Phần IV (3 điểm). Thí sinh trình bày đầy đủ lời giải câu 5, câu 6.

Vào thế kỷ XIX, Lord Kelvin đã đưa ra phương pháp “ống đo độ sâu” để đo độ sâu dưới mặt nước biển. Với phương pháp này, người ta sử dụng một ống chứa không khí có một đầu bịt kín, một đầu để hở. Thành trong của ống được phủ một lớp bột. Trong quá trình ống được đưa xuống nước tới độ sâu h (tính từ mặt nước), lượng không khí trong ống luôn không đổi. Khi ống được đưa trở lại trên mặt nước, bằng cách đo chiều dài đoạn ống đã bị rửa trôi bột, người ta có thể xác định được độ sâu h. Coi không khí trong ống là khí lí tưởng và nhiệt độ của nó không đổi. Cho biết khi ống được đưa xuống dưới nước, áp suất không khí p trong ống tăng lên theo công thức \(p = {p_0} + \rho gh\), với \({p_0}\) là áp suất khí quyển trên mặt nước, \(\rho \) là khối lượng riêng của nước, g là gia tốc trọng trường.

(a) Giải thích tại sao bột trong ống không bị nước rửa trôi hết mà chỉ bị rửa trôi một phần.

(b) Một nhà khoa học sử dụng phương pháp “ống đo độ sâu” để nghiên cứu tập tính lặn của một loài chim biển. Nhà khoa học gắn các ống có chiều dài 6,5 cm vào các con chim. Khi chúng trở lại mặt nước, nhà khoa học thu hồi các ống và đo chiều dài đoạn ống đã bị rửa trôi bột. Kết quả cho thấy nước đã rửa trôi bột một đoạn dài lớn nhất 1,5 cm tính từ đầu hở của ống. Cho \({p_0} = 1,{013.10^5}\;{\rm{Pa}}\), \(\rho = 1030\;kg/{m^3}\), \(g = 9,80\;m/{s^2}.\) Tính độ sâu lớn nhất mà loài chim này lặn xuống.

Đồng vị phóng xạ Technetium-99 (\(_{43}^{99}{\rm{Tc}}\)) được sử dụng rộng rãi trong y tế để chẩn đoán hình ảnh. Vào lúc 8h sáng, người bệnh được truyền một liều thuốc có chứa \({N_0} = 5,{0.10^9}\) hạt nhân Tc vào trong cơ thể.

(a) Hình bên biểu diễn tỉ số giữa số hạt nhân Tc chưa bị phân rã phóng xạ N so với số hạt nhân ban đầu \({N_0}\) theo thời gian t. Tính N vào lúc 14h cùng ngày.

(b) Trong thực tế, đồng vị Tc vừa bị phân rã phóng xạ vừa bị đào thải sinh học khỏi cơ thể. Cho biết số hạt nhân Tc do đào thải sinh học giảm dần theo thời gian cùng dạng hàm số mũ với số hạt nhân do phân rã phóng xạ. Thời gian để số hạt nhân Tc-99 giảm đi một nửa do đào thải sinh học là 3 giờ. Xét đồng thời cả hai quá trình phân rã phóng xạ và đào thải sinh học, tính số hạt nhân \(_{43}^{99}{\rm{Tc}}\) còn lại trong cơ thể vào lúc 14h cùng ngày.

Vào những ngày lạnh, cơ thể con người cần tiêu hao năng lượng qua đường hô hấp nhiều hơn những ngày ấm do cơ thể phải làm ấm không khí trước khi đưa vào phổi. Xét vào một ngày lạnh, không khí bên ngoài có nhiệt độ $-10,0^{°}\text{C}.$ Một người có nhiệt độ cơ thể $37,0^{°}\text{C}$, hít vào 20 lần trong một phút, mỗi lần hít vào đưa 0,500 lít không khí vào phổi (không khí khi vào phổi được làm ẩm đến nhiệt độ cơ thể). Năng lượng cơ thể người đó tiêu hao để làm ấm không khí hít vào trong ngày đó (24 giờ) chiếm 7,23% tổng năng lượng hoạt động trong 24 giờ. Biết không khí có khối lượng riêng \(1,30\;kg/{m^3}\) và có nhiệt dung riêng \(1,{02.10^3}\;J/(kg.K).\)

Một ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ là tạo ra âm thanh trong đàn guitar điện. Bộ cảm ứng (pickup) của guitar điện, gồm cuộn dây và một nam châm vĩnh cửu, được đặt gần dây đàn bằng thép có thể nhiễm từ (hình bên). Khi gảy đàn, đoạn dây đàn bị nhiễm từ dao động và tạo ra suất điện động cảm ứng trong cuộn dây. Tín hiệu điện được đưa đến bộ khuếch đại rồi đến loa tạo ra âm thanh mà chúng ta nghe được.

Cuộn dây trong máy phát điện của một tua-bin gió có 800 vòng, mỗi vòng có diện tích 0,100 m². Cuộn dây này quay trong một từ trường đều có cảm ứng từ 0,200 T, trục quay của cuộn dây vuông góc hướng từ trường. Cuộn dây quay với tốc độ 2,00 vòng/giây. Lấy \(\pi = 3,14.\) Giá trị cực đại của suất điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây bằng bao nhiêu V?

Một sóng ngang hình sin lan truyền trên một sợi dây rất dài. Tại một thời điểm nào đó, hình dạng của dây như hình bên với \(\vec v\) là vận tốc truyền sóng hướng theo phương ngang. Phần tử dây tại điểm B trong hình bên đang chuyển động với hướng

Năng lượng điện tiêu thụ trung bình của Việt Nam trong một năm vào khoảng \(1,{00.10^{18}}\;J.\) Giả sử năng lượng này được lấy từ sự phân hạch của hạt nhân \(_{92}^{235}{\rm{U}}.\) Mỗi phân hạch \(_{92}^{235}{\rm{U}}\) sinh ra năng lượng \(200\;{\rm{MeV}}.\) Năng lượng phân hạch chuyển thành năng lượng điện với hiệu suất \(30\% .\) Cho điện tích nguyên tố bằng \(1,{60.10^{ - 19}}\;{\rm{C}}\), khối lượng mol nguyên tử của \(_{92}^{235}{\rm{U}}\) bằng \(235\;g/mol\), số Avogadro bằng \(6,{02.10^{23}}\;mo{l^{ - 1}}.\) Khối lượng \(_{92}^{235}{\rm{U}}\) trung bình cần sử dụng trong một năm bằng bao nhiêu tấn?