Đề thi HSG môn Công nghệ 8 - 9 (Kèm Hướng dẫn chấm chi tiết)

Câu 1

a

Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tỉ số biến áp:
• Cấu tạo gồm hai bộ phận chính:
- Lõi thép: Làm bằng các lá thép kĩ thuật điện ghép lại, dùng để dẫn từ và làm khung quấn dây.
- Dây quấn: Làm bằng dây đồng hoặc nhôm tráng men cách điện, gồm cuộn sơ cấp (nối với nguồn điện, $N_1$ vòng) và cuộn thứ cấp (lấy điện ra phụ tải, $N_2$ vòng).
• Nguyên lý làm việc: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi đưa dòng điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp có điện áp $U_1$, trong lõi thép sinh ra từ thông biến thiên. Từ thông này móc vòng qua cuộn thứ cấp cảm ứng ra suất điện động và điện áp xoay chiều $U_2$.
• Hệ thức tỉ số biến áp: $\dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{N_1}{N_2} = k$.
- Nếu $k > 1$ ($U_1 > U_2$ hay $N_1 > N_2$): Máy biến áp hạ áp.
- Nếu $k < 1$ ($U_1 < U_2$ hay $N_1 < N_2$): Máy biến áp tăng áp.

0,25

0,25

0,25

0,25

b

Hiện tượng dòng Foucault và kết nối nguồn một chiều:
• Lõi thép ghép từ các lá thép mỏng cách điện:
- Khi từ thông biến thiên qua lõi thép sẽ sinh ra dòng điện xoáy (dòng điện Foucault) chạy quẩn trong khối kim loại.
- Nếu lõi đúc đặc, điện trở nhỏ, dòng Foucault rất lớn gây phát nhiệt mạnh, làm nóng chảy lớp cách điện, gây tổn hao công suất vô ích và phá hỏng máy biến áp.
- Việc ghép từ các lá thép mỏng có sơn cách điện giúp chia nhỏ mạch từ, tăng điện trở của lõi đối với dòng Foucault, giảm thiểu tối đa tổn hao dòng xoáy.
• Khi nối máy biến áp vào nguồn điện một chiều ($U_{\text{DC}} = 220\text{ V}$):
- Dòng điện một chiều không đổi nên từ thông do cuộn sơ cấp tạo ra trong lõi thép là từ thông không đổi theo thời gian ($\Phi = \text{const}$).
- Do từ thông không biến thiên, suất điện động cảm ứng ở cuộn thứ cấp bằng không ($U_2 = 0\text{ V}$), máy không hoạt động được.
- Ở cuộn sơ cấp không có cảm kháng ($X_L = 0$), dòng điện chỉ bị giới hạn bởi điện trở thuần $R_1$ rất nhỏ của dây quấn: $I_1 = \dfrac{U_{\text{DC}}}{R_1} \to$ cường độ dòng điện tăng vọt cực lớn, cuộn dây bị phát nhiệt dữ dội và bốc cháy (chập cháy máy) trong thời gian rất ngắn.

0,25

0,25


0,25

0,25

Câu 2

a

Nguyên nhân tai nạn điện và biện pháp an toàn:
• Các nguyên nhân gây tai nạn điện:
- Chạm trực tiếp vào vật mang điện (dây trần, ổ cắm hở, thiết bị rò điện ra vỏ kim loại).
- Vi phạm khoảng cách an toàn với lưới điện cao áp (phóng điện qua không khí).
- Đến gần vị trí dây điện bị đứt rơi xuống đất (điện áp bước).
• Biện pháp an toàn khi sử dụng:
- Thực hiện tốt cách điện các phần mang điện; nối đất bảo vệ hoặc nối trung tính bảo vệ cho vỏ kim loại của thiết bị (máy giặt, bình nóng lạnh...).
- Lắp đặt thiết bị bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch (Aptomat/cầu chì) và chống giật (Aptomat chống dòng rò - ELCB/RCBO).
- Không dùng thiết bị điện khi tay ướt hoặc đứng trên nền nhà ẩm ướt.
• Biện pháp an toàn khi sửa chữa:
- Cắt nguồn điện trước khi sửa (ngắt cầu dao, aptomat), treo biển cảnh báo "Cấm đóng điện!".
- Dùng dụng cụ kiểm tra điện (bút thử điện) để kiểm tra chắc chắn không còn điện.
- Sử dụng đầy đủ trang bị bảo hộ cách điện: kìm cách điện, găng tay, ủng cao su, thảm cách điện.

0,25


0,25

0,25


0,25

b

Quy trình cấp cứu nạn nhân bị điện giật:
• Bước 1: Tách ngay nạn nhân ra khỏi nguồn điện một cách an toàn và nhanh nhất:
- Nhanh chóng ngắt cầu dao/aptomat gần nhất.
- Nếu không cắt được điện ngay: Người cứu phải đứng trên vật cách điện khô (ván gỗ, dép cao su), dùng gậy tre/gỗ khô gạt dây điện ra khỏi người nạn nhân, hoặc túm lấy quần áo khô của nạn nhân kéo ra. Tuyệt đối không chạm trực tiếp vào người nạn nhân khi chưa cắt điện.
• Bước 2: Đưa nạn nhân ra nơi thoáng khí, kiểm tra tình trạng (tri giác, thở, mạch).
• Bước 3: Sơ cứu tại chỗ:
- Nếu nạn nhân bất tỉnh, ngừng thở, tim ngừng đập: Phải khẩn trương hô hấp nhân tạo kết hợp ép tim ngoài lồng ngực (tỉ lệ 30 lần ép tim : 2 lần thổi ngạt) liên tục cho đến khi nạn nhân tự thở lại được.
- Gọi ngay cấp cứu 115 hoặc nhân viên y tế hỗ trợ.
• Giải thích nguyên tắc tách nguồn điện trước tiên:
- Khi dòng điện đang chạy qua cơ thể, cơ bị co giật mạnh khiến nạn nhân không thể tự buông vật mang điện ra; đồng thời tim có thể bị rung thất, ngừng tim và bỏng sâu mô mềm.
- Nếu người cứu chạm vào nạn nhân mà chưa ngắt điện sẽ lập tức bị điện giật theo (tai nạn kép). Việc tách nguồn điện là điều kiện tiên quyết để ngắt tác động nguy hiểm của dòng điện và bảo vệ an toàn cho người cứu hộ.

0,25



0,25


0,25


0,25

Câu 3

a

Tính toán điện năng tiêu thụ:
• Điện năng tiêu thụ của từng thiết bị trong 1 ngày:
- Đèn LED: $A_1 = 6 \times 15\text{ W} \times 5\text{ h} = 450\text{ Wh}$.
- Quạt trần: $A_2 = 3 \times 75\text{ W} \times 6\text{ h} = 1350\text{ Wh}$.
- Tivi LED: $A_3 = 1 \times 120\text{ W} \times 4\text{ h} = 480\text{ Wh}$.
- Tủ lạnh Inverter: $A_4 = 1 \times 150\text{ W} \times 12\text{ h} = 1800\text{ Wh}$.
- Bình nóng lạnh: $A_5 = 1 \times 2500\text{ W} \times 1,5\text{ h} = 3750\text{ Wh}$.
- Nồi cơm điện: $A_6 = 1 \times 800\text{ W} \times 1,5\text{ h} = 1200\text{ Wh}$.
- Máy bơm nước: $A_7 = 1 \times 750\text{ W} \times 0,5\text{ h} = 375\text{ Wh}$.
• Tổng điện năng tiêu thụ trong 1 ngày:
$A_{\text{ngày}} = A_1 + A_2 + A_3 + A_4 + A_5 + A_6 + A_7$
$A_{\text{ngày}} = 450 + 1350 + 480 + 1800 + 3750 + 1200 + 375 = 9405\text{ Wh} = 9,405\text{ kWh}$.
• Tổng điện năng tiêu thụ trong 1 tháng (30 ngày):
$A_{\text{tháng}} = 9,405\text{ kWh} \times 30 = 282,15\text{ kWh}$.

0,5






0,25

0,25

b

Tính tiền điện EVN theo bậc thang và thuế VAT 10%:
• Sản lượng điện năng tính tiền trong tháng là $282,15\text{ kWh}$, phân bổ theo các bậc:
- Bậc 1 ($50\text{ kWh}$ đầu): $50 \times 1806 = 90.300$ đồng.
- Bậc 2 ($50\text{ kWh}$ tiếp, từ 51 đến 100): $50 \times 1866 = 93.300$ đồng.
- Bậc 3 ($100\text{ kWh}$ tiếp, từ 101 đến 200): $100 \times 2167 = 216.700$ đồng.
- Bậc 4 ($282,15 - 200 = 82,15\text{ kWh}$): $82,15 \times 2729 = 224.187,35$ đồng.
• Tổng tiền điện chưa có thuế VAT:
$T_{\text{chưa VAT}} = 90.300 + 93.300 + 216.700 + 224.187,35 = 624.487,35$ đồng.
• Tiền thuế giá trị gia tăng (VAT 10%):
$\text{Tiền VAT} = 624.487,35 \times 10\% = 62.448,735$ đồng.
• Tổng số tiền điện gia đình phải thanh toán:
$T_{\text{tổng}} = 624.487,35 + 62.448,735 = 686.936,085$ đồng $\approx 686.936$ đồng.

0,25
0,25
0,25
0,25

0,25

0,25

c

Giải pháp sử dụng điện an toàn, tiết kiệm, hiệu quả:
• Bật/tắt hợp lý: Tắt các thiết bị khi không sử dụng; chỉ bật bình nóng lạnh trước khi tắm 15–20 phút rồi ngắt điện.
• Lựa chọn thiết bị hiệu suất cao: Sử dụng thiết bị có dán nhãn năng lượng 5 sao, công nghệ biến tần Inverter.
• Tận dụng tự nhiên: Mở cửa đón gió và ánh sáng tự nhiên vào ban ngày; vệ sinh định kỳ lưới lọc quạt, điều hòa để máy hoạt động tối ưu.

0,5

Câu 4

a

Đặc điểm nghề nghiệp và yêu cầu của ngành Kĩ thuật điện:
• Đối tượng lao động: Thiết bị điện, khí cụ điện, đường dây truyền tải, mạng điện chiếu sáng và động lực trong công trình.
• Môi trường làm việc: Đa dạng, từ trong nhà đến ngoài trời, trên cao, trong hầm cáp; tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn điện, làm việc với điện áp nguy hiểm.
• Yêu cầu phẩm chất và năng lực:
- Phẩm chất: Cẩn thận, tỉ mỉ, kiên nhẫn, trung thực, có tinh thần trách nhiệm cao và ý thức kỷ luật lao động nghiêm ngặt tuân thủ quy chuẩn an toàn.
- Năng lực: Nắm vững kiến thức kĩ thuật điện, đọc hiểu bản vẽ sơ đồ điện, thành thạo thao tác lắp đặt, đo kiểm, chẩn đoán và khắc phục sự cố kĩ thuật.

0,25

0,25

0,75

b

Ý nghĩa định hướng nghề nghiệp sớm cho học sinh THCS:
• Giúp học sinh nhận thức sớm về sở thích, năng khiếu và sở trường cá nhân để đối chiếu với yêu cầu thực tế của từng ngành nghề kĩ thuật.
• Giúp học sinh và gia đình chủ động xây dựng lộ trình học tập, rèn luyện phù hợp (chọn tổ hợp môn học ở cấp THPT hoặc học nghề sau THCS).
• Đáp ứng nhu cầu xã hội: Trong bối cảnh công nghiệp 4.0 và chuyển đổi số, ngành kĩ thuật điện đòi hỏi nhân lực chất lượng cao (điện tự động hóa, điện thông minh, năng lượng tái tạo); định hướng đúng giúp tránh lãng phí nguồn lực đào tạo và gia tăng cơ hội việc làm.

0,25

0,25

0,25

Câu 5

a

Nguyên lý hoạt động của mạch điện:
• Khi đóng Aptomat chung, mạng điện được cấp nguồn:
- Ổ cắm điện luôn có điện trực tiếp từ nguồn ($L$ và $N$), sẵn sàng cấp điện cho các phụ tải cắm vào.
- Đèn $Đ_1$ chịu sự điều khiển độc lập của công tắc cực đơn: Đóng công tắc thì đèn $Đ_1$ sáng; mở công tắc thì đèn $Đ_1$ tắt.
- Đèn $Đ_2$ chịu sự điều khiển của 2 công tắc 3 cực ($K_1$, $K_2$): Khi hai công tắc cùng nối vào một đường dây dẫn truyền động chung (cùng ở vị trí trên hoặc cùng ở vị trí dưới) thì mạch kín, đèn $Đ_2$ sáng. Khi một trong hai công tắc chuyển trạng thái sang đường dây còn lại thì mạch hở, đèn $Đ_2$ tắt. Do đó, người dùng có thể bật/tắt đèn $Đ_2$ độc lập tại bất kỳ vị trí nào trong hai công tắc.

0,5

b

Sơ đồ nguyên lý mạng điện:

[Hình vẽ]

1,0

c

Sơ đồ lắp đặt mạng điện (đường đi dây dẫn trong ống luồn):

[Hình vẽ]

1,0

d

Bảng dự trù vật tư, thiết bị:
• Aptomat 1 pha (10A - 16A): 01 cái.
• Ổ cắm điện đôi 220V/10A: 01 cái.
• Công tắc cực đơn 220V/6A: 01 cái.
• Công tắc 3 cực 220V/6A: 02 cái.
• Bóng đèn sợi đốt/LED (kèm đui đèn): 02 bộ.
• Bảng điện nhựa (kích thước phù hợp): 02 chiếc.
• Ống luồn dây điện PVC, co nối, kẹp đỡ ống: Đủ dùng.
• Dây dẫn điện đôi (dây đồng bọc cách điện PVC $1,5\text{ mm}^2$ và $2,5\text{ mm}^2$): Đủ dùng.
• Phụ liệu: Băng dính cách điện, tắc kê, vít bắt gỗ.

0,5

Câu 6

a

Sơ đồ nguyên lý mạch điện báo hiệu gọi y tá:

[Hình vẽ]

• Đường đi của dòng điện khi bấm nút $N_1$:
Từ cực dương ($+24\text{ V}$) qua tiếp điểm nút bấm $N_1$, dòng điện rẽ làm 3 nhánh song song:
- Nhánh 1: Qua đèn $Đ_1$ tại đầu giường 1 về cực âm ($0\text{ V}$) $\to$ Đèn $Đ_1$ sáng.
- Nhánh 2: Qua đèn chỉ thị $Đ_{B1}$ tại phòng trực về cực âm ($0\text{ V}$) $\to$ Đèn $Đ_{B1}$ sáng báo vị trí giường 1.
- Nhánh 3: Qua diode ngăn dòng chạy vào cuộn dây chuông điện $C$ về nguồn $\to$ Chuông kêu báo động.

0,75







0,5

b

Giải pháp cải tiến sử dụng rơle tự giữ:
• Nguyên lý mạch tự giữ (Latching Relay):
- Mỗi nhánh nút bấm ($N_1, N_2$) được mắc nối tiếp với cuộn hút của 01 Rơle trung gian tương ứng ($R_1, R_2$).
- Một cặp tiếp điểm thường mở của rơle ($K_{R1}$) được mắc song song với nút bấm $N_1$ đóng vai trò tiếp điểm duy trì (tự giữ nguồn nuôi cuộn hút khi nhả nút ấn).
- Tải chuông và các đèn báo được cấp nguồn qua cặp tiếp điểm thường mở thứ hai của rơle.
- Nút bấm thường đóng (Reset) được mắc nối tiếp trên đường cấp nguồn chung cho các cuộn hút rơle tại phòng trực.
• Hoạt động: Khi bệnh nhân nhấn $N_1$, cuộn hút $R_1$ có điện lập tức đóng các tiếp điểm $K_{R1}$. Khi nhả tay khỏi $N_1$, dòng điện tiếp tục đi qua tiếp điểm $K_{R1}$ tự nuôi cuộn hút $R_1$, do đó chuông vẫn kêu và đèn vẫn sáng liên tục. Chỉ khi nhân viên y tế nhấn nút Reset thường đóng, mạch cuộn hút bị ngắt, rơle nhả tiếp điểm và hệ thống trở về trạng thái chờ ban đầu.

0,25



0,5

Câu 7

a

Sơ đồ khối và chức năng các khối:
• Sơ đồ khối: [Khối cảm biến (LDR + PIR)] $\to$ [Khối xử lý logic (AND) & Định thời gian trễ] $\to$ [Khối chấp hành (Rơle đóng cắt)] $\to$ [Đèn chiếu sáng].
• Chức năng các linh kiện chính:
- Cảm biến quang trở LDR (hoặc công tắc quang): Phát hiện mức độ chiếu sáng môi trường. Khi trời tối, điện trở LDR tăng cao, kích hoạt tín hiệu cho phép.
- Cảm biến hồng ngoại chuyển động PIR: Cảm nhận bức xạ nhiệt hồng ngoại từ cơ thể người di chuyển trong vùng quét để phát tín hiệu kích hoạt.
- Mạch điều khiển / Rơle: Đóng tiếp điểm cấp điện $220\text{ V}$ cho đèn khi đồng thời thỏa mãn 2 điều kiện (Trời tối AND Có người), đồng thời giữ mạch sáng trong 30 giây nhờ mạch định thời trễ (Timer delay).

0,25

0,5

b

Sơ đồ nguyên lý và giải pháp dự phòng:
• Sơ đồ nguyên lý kết nối liên động:

[Hình vẽ]

• Phương án điều khiển dự phòng bằng tay:
- Đấu nối song song một công tắc cơ truyền thống (Manual Switch) với tiếp điểm của rơle tự động.
- Khi hệ thống cảm biến hoặc bộ điều khiển thông minh gặp sự cố, người dùng chỉ cần bật công tắc cơ thì nguồn điện pha ($L$) vẫn được nối thẳng tới đèn, đảm bảo chiếu sáng bình thường.

0,5


0,25

Câu 8

a

Quy trình hoạt động liên động của hệ thống an ninh rò rỉ gas:
• Khi không có sự cố: Nồng độ khí gas trong không khí ở mức an toàn ($< \text{ngưỡng}$ cài đặt), cảm biến xuất tín hiệu mức bình thường, van gas duy trì trạng thái mở, quạt hút và còi báo ở trạng thái nghỉ.
• Khi phát hiện rò rỉ khí gas vượt ngưỡng an toàn:
- Bước 1: Cảm biến gas phát hiện nồng độ tăng cao, lập tức gửi tín hiệu điện áp về khối xử lý trung tâm.
- Bước 2: Khối xử lý kích hoạt tức thời khối chấp hành thực hiện 3 hành động song song:
+ Ngắt van gas điện từ (Solenoid Valve): Tự động đóng chặt van gas tại bình/đường ống chính để cô lập nguồn rò rỉ, ngăn chặn khí tiếp tục thoát ra.
+ Bật quạt thông gió: Hút khí gas tồn đọng thổi ra ngoài để giảm nồng độ khí cháy trong phòng xuống dưới giới hạn bắt cháy.
+ Bật còi hú và đèn chớp: Phát tín hiệu âm thanh và ánh sáng cảnh báo khẩn cấp cho người trong nhà; đồng thời gửi cảnh báo về điện thoại người dùng.
- Bước 3: Sau khi nồng độ gas giảm về mức an toàn và người dùng kiểm tra xong, hệ thống mới cho phép mở lại van gas (thường phải gạt chốt cơ học an toàn).

0,25

0,25

0,25


0,25

b

Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống cảnh báo và xử lý gas:

[Hình vẽ]

1,25

c

Yêu cầu kĩ thuật lắp đặt đảm bảo an toàn:
• Vị trí lắp đặt cảm biến khí gas:
- Phụ thuộc vào tỉ trọng của loại khí sử dụng: Đối với khí gas dân dụng LPG (nặng hơn không khí, chìm xuống dưới), phải lắp cảm biến ở vị trí thấp, cách sàn nhà từ $20 - 30\text{ cm}$ và cách bếp gas/bình gas từ $1 - 2\text{ m}$. Không lắp ngay phía trên bếp nấu (tránh hơi dầu mỡ, khói làm hỏng cảm biến) và không lắp nơi gió lùa trực diện.
• Quạt thông gió: Phải lắp sát sàn nhà (nơi tích tụ khí gas) hoặc bố trí lưu thông tốt; động cơ quạt phải là loại phòng nổ (brushless / động cơ kín), tiếp điểm rơle đóng cắt quạt không được phát sinh tia lửa điện trong vùng có khí gas.
• Van điện từ ngắt gas: Phải lắp ngay sau van điều áp ở đầu ra của bình gas hoặc trên đường ống chính trước khi dẫn vào bếp; dùng loại van thường mở, tự giữ bằng chốt cơ khí chống rò điện.

0,25


0,25

0,25

Câu 9

a

Bảng so sánh, đánh giá toàn diện hai giải pháp công nghệ chiếu sáng:

Tiêu chí

Đèn truyền thống (Huỳnh quang/Sợi đốt)

Đèn LED thông minh (Smart LED)

---

---

---

Kĩ thuật

- Hiệu suất phát quang thấp ($15 - 60\text{ lm/W}$).
- Tuổi thọ ngắn ($1000 - 8000\text{ giờ}$).
- Dễ nhấp nháy, suy giảm quang thông nhanh.

- Hiệu suất phát quang rất cao ($100 - 150\text{ lm/W}$).
- Tuổi thọ vượt trội ($25000 - 50000\text{ giờ}$).
- Ánh sáng ổn định, điều chỉnh mượt mà độ sáng và dải nhiệt độ màu ($2700\text{K} - 6500\text{K}$).

Kinh tế

- Chi phí đầu tư ban đầu rất thấp.
- Chi phí điện năng vận hành hàng tháng cao; chi phí sửa chữa, thay thế bóng hỏng thường xuyên.

- Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn.
- Tiết kiệm $60 - 80\%$ điện năng tiêu thụ; thời gian hoàn vốn đầu tư từ 1 đến 2 năm sử dụng.

Môi trường

- Chứa thủy ngân, phosphor độc hại; phát thải lượng lớn nhiệt và khí CO2.

- Không chứa thủy ngân/hóa chất độc hại; giảm phát thải khí nhà kính, thân thiện môi trường.

Tiện ích

- Bật/tắt thủ công qua công tắc cơ truyền thống; không có tính năng tự động.

- Điều khiển từ xa qua smartphone, giọng nói; tự động hóa theo kịch bản, hẹn giờ, cảm biến.

1,0

b

Lời khuyên thực tế cho gia đình có thu nhập trung bình:
• Lộ trình nâng cấp theo từng giai đoạn (cuốn chiếu): Không nhất thiết phải thay đồng loạt toàn bộ nhà ngay một lúc để tránh gánh nặng chi phí.
• Ưu tiên các khu vực sử dụng nhiều: Nâng cấp đèn LED trước cho các khu vực có thời gian thắp sáng nhiều nhất trong ngày (phòng khách, phòng bếp, bàn học).
• Lựa chọn giải pháp thông minh tối ưu chi phí: Có thể sử dụng các bóng đèn LED chất lượng cao thông thường kết hợp với công tắc thông minh (Smart Switch) thay vì mua toàn bộ bóng đèn Smart LED đắt tiền; giải pháp này vừa giữ được thẩm mỹ, vừa tiết kiệm chi phí đầu tư đáng kể.

0,25

0,25

TỔNG

TOÀN BÀI: 9 CÂU HỎI TỰ LUẬN

20,0

Câu 1
(2,0 điểm)

a

Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tỉ số biến áp

1,0

• Cấu tạo gồm 2 bộ phận chính:
- Lõi thép: Ghép từ các lá thép kĩ thuật điện mỏng (dày $0,35 - 0,5$ mm) có sơn cách điện, dùng để dẫn từ và làm khung quấn dây.
- Dây quấn: Bằng đồng hoặc nhôm tráng men cách điện; gồm cuộn sơ cấp nối với nguồn ($N_1$ vòng, điện áp $U_1$) và cuộn thứ cấp lấy điện ra phụ tải ($N_2$ vòng, điện áp $U_2$).

0,25

• Nguyên lý làm việc: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi đưa dòng điện xoay chiều có điện áp $U_1$ vào cuộn sơ cấp, trong lõi thép sinh ra từ thông biến thiên. Từ thông này móc vòng qua cuộn thứ cấp cảm ứng ra suất điện động và điện áp xoay chiều $U_2$.

0,25

• Hệ thức liên hệ tỉ số biến áp: $\dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{N_1}{N_2} = k$.

0,25

• Phân loại chức năng:
- Khi $k > 1$ ($U_1 > U_2$ hay $N_1 > N_2$): Máy biến áp làm nhiệm vụ hạ áp.
- Khi $k < 1$ ($U_1 < U_2$ hay $N_1 < N_2$): Máy biến áp làm nhiệm vụ tăng áp.

0,25

b

Hiện tượng dòng Foucault và kết nối nguồn một chiều

1,0

• Lõi thép ghép từ các lá thép mỏng cách điện:
- Khi từ thông biến thiên qua lõi thép, trong lòng khối kim loại xuất hiện dòng điện xoáy (dòng Foucault).
- Nếu đúc nguyên khối đặc, điện trở lõi rất nhỏ làm dòng Foucault cực lớn gây phát nhiệt dữ dội (theo định luật Joule – Lenz), làm cháy hỏng lớp cách điện và tiêu hao công suất vô ích.
- Ghép từ các lá thép mỏng có sơn cách điện giúp chia nhỏ mạch từ, tăng điện trở đối với dòng xoáy, giảm tối đa hao tổn do dòng Foucault.

0,5

• Khi nối máy biến áp vào nguồn điện một chiều ($U_{\text{DC}} = 220$ V):
- Dòng điện một chiều có cường độ không đổi theo thời gian nên từ thông trong lõi thép không đổi ($\Phi = \text{const}$). Do không có từ thông biến thiên nên không xuất hiện cảm ứng điện từ ở cuộn thứ cấp $\Rightarrow$ điện áp ra $U_2 = 0$ V, máy không hoạt động.
- Ở cuộn sơ cấp không có cảm kháng ($X_L = 0$), dòng điện chỉ bị cản trở bởi điện trở thuần $R_1$ rất nhỏ của dây quấn: $I_1 = \dfrac{U_{\text{DC}}}{R_1}$. Dòng điện tăng vọt cực lớn làm cuộn dây phát nhiệt dữ dội và bốc cháy (chập cháy) trong thời gian rất ngắn.

0,5

Câu 2
(2,0 điểm)

a

Nguyên nhân tai nạn điện và biện pháp an toàn

1,0

• Các nguyên nhân phổ biến gây tai nạn điện:
- Chạm trực tiếp vào vật mang điện (dây dẫn trần, ổ cắm hở, thiết bị rò điện ra vỏ kim loại).
- Vi phạm khoảng cách an toàn với lưới điện cao áp (phóng điện qua không khí).
- Đến gần vị trí dây điện bị đứt rơi xuống đất ẩm (tai nạn do điện áp bước).

0,25

• Biện pháp an toàn khi sử dụng điện:
- Thực hiện tốt cách điện các phần mang điện; nối đất bảo vệ hoặc nối trung tính bảo vệ cho vỏ kim loại của thiết bị (máy giặt, bình nóng lạnh...).
- Lắp đặt thiết bị bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch (Aptomat/cầu chì) và chống giật (Aptomat chống dòng rò - ELCB/RCBO).
- Không dùng thiết bị điện khi tay ướt hoặc đứng trên nền nhà ẩm ướt.

0,5

• Biện pháp an toàn khi sửa chữa điện:
- Cắt nguồn điện trước khi sửa chữa (ngắt cầu dao/aptomat), treo biển cảnh báo "Cấm đóng điện!".
- Dùng bút thử điện kiểm tra chắc chắn không còn điện.
- Sử dụng dụng cụ và trang bị bảo hộ cách điện: kìm bọc cách điện, găng tay, ủng cao su, thảm cách điện.

0,25

b

Quy trình cấp cứu nạn nhân bị điện giật

1,0

• Bước 1: Nhanh chóng tách nạn nhân ra khỏi nguồn điện một cách an toàn nhất:
- Cắt cầu dao/aptomat gần nhất.
- Nếu không cắt được điện ngay: Người cứu đứng trên vật cách điện khô (ván gỗ, dép cao su), dùng gậy tre/gỗ khô gạt dây điện ra hoặc túm vào quần áo khô của nạn nhân kéo ra. Tuyệt đối không chạm trực tiếp vào người nạn nhân.

0,25

• Bước 2: Đưa nạn nhân ra nơi thoáng khí, kiểm tra tri giác, nhịp thở và mạch đập.

0,25

• Bước 3: Sơ cứu tại chỗ:
- Nếu ngừng thở, tim ngừng đập: Thực hiện ngay ép tim ngoài lồng ngực kết hợp hô hấp nhân tạo (tỉ lệ 30 lần ép tim : 2 lần thổi ngạt) liên tục đến khi nạn nhân tự thở lại được.
- Gọi ngay cấp cứu 115 hoặc nhân viên y tế hỗ trợ.

0,25

• Giải thích nguyên tắc bắt buộc tách nguồn điện trước tiên:
- Dòng điện chạy qua cơ thể gây co cứng cơ khiến nạn nhân không thể tự buông vật mang điện, đồng thời gây rung thất tim, liệt hô hấp và bỏng sâu. Kéo dài thời gian tiếp xúc sẽ dẫn đến tử vong nhanh chóng.
- Nếu chưa ngắt nguồn mà chạm vào nạn nhân, dòng điện sẽ truyền sang người cứu gây tai nạn kép. Do đó, tách nguồn điện là điều kiện tiên quyết để bảo vệ an toàn cho cả hai.

0,25

Câu 3
(3,0 điểm)

a

Tính toán điện năng tiêu thụ trong 1 ngày và 1 tháng

1,0

• Điện năng tiêu thụ của từng thiết bị trong 1 ngày ($A = P \times t$):
- Đèn LED: $A_1 = 6 \times 15\text{ W} \times 5\text{ h} = 450\text{ Wh}$.
- Quạt trần: $A_2 = 3 \times 75\text{ W} \times 6\text{ h} = 1350\text{ Wh}$.
- Tivi LED: $A_3 = 1 \times 120\text{ W} \times 4\text{ h} = 480\text{ Wh}$.
- Tủ lạnh Inverter: $A_4 = 1 \times 150\text{ W} \times 12\text{ h} = 1800\text{ Wh}$.
- Bình nóng lạnh: $A_5 = 1 \times 2500\text{ W} \times 1,5\text{ h} = 3750\text{ Wh}$.
- Nồi cơm điện: $A_6 = 1 \times 800\text{ W} \times 1,5\text{ h} = 1200\text{ Wh}$.
- Máy bơm nước: $A_7 = 1 \times 750\text{ W} \times 0,5\text{ h} = 375\text{ Wh}$.

0,5

• Tổng điện năng tiêu thụ trong 1 ngày:
$A_{\text{ngày}} = 450 + 1350 + 480 + 1800 + 3750 + 1200 + 375 = 9405\text{ Wh} = 9,405\text{ kWh}$.

0,25

• Tổng điện năng tiêu thụ trong 1 tháng (30 ngày):
$A_{\text{tháng}} = 9,405\text{ kWh} \times 30 = 282,15\text{ kWh}$.

0,25

b

Tính tiền điện EVN theo biểu giá bậc thang và thuế VAT 10%

1,5

• Sản lượng điện năng tính tiền trong tháng là $282,15\text{ kWh}$, phân bổ theo các bậc thang:
- Bậc 1 ($50\text{ kWh}$ đầu): $50 \times 1806 = 90.300$ đồng.
- Bậc 2 ($50\text{ kWh}$ tiếp theo): $50 \times 1866 = 93.300$ đồng.
- Bậc 3 ($100\text{ kWh}$ tiếp theo): $100 \times 2167 = 216.700$ đồng.
- Bậc 4 ($282,15 - 200 = 82,15\text{ kWh}$): $82,15 \times 2729 = 224.187,35$ đồng.

0,75

• Tổng tiền điện chưa có thuế VAT:
$T_{\text{chưa VAT}} = 90.300 + 93.300 + 216.700 + 224.187,35 = 624.487,35$ đồng.

0,25

• Tiền thuế giá trị gia tăng (VAT 10%):
$T_{\text{VAT}} = 624.487,35 \times 10\% = 62.448,735$ đồng.

0,25

• Tổng số tiền điện gia đình phải thanh toán:
$T_{\text{tổng}} = 624.487,35 + 62.448,735 = 686.936,085$ đồng $\approx 686.936$ đồng.

0,25

c

03 giải pháp sử dụng điện an toàn, tiết kiệm và hiệu quả

0,5

Nêu đúng 03 giải pháp thiết thực (mỗi giải pháp đạt chuẩn được tính điểm):
1. Thói quen sử dụng: Tắt các thiết bị khi không dùng; rút phích cắm để tránh hao tổn điện ở chế độ chờ (standby); chỉ bật bình nóng lạnh trước khi tắm 15–20 phút rồi ngắt hẳn aptomat.
2. Lựa chọn thiết bị: Ưu tiên thiết bị có dán nhãn năng lượng 5 sao, công nghệ biến tần Inverter tiết kiệm điện.
3. Tận dụng tự nhiên và bảo dưỡng: Tận dụng gió và ánh sáng tự nhiên ban ngày; định kỳ vệ sinh lưới lọc của quạt, điều hòa để nâng cao hiệu suất làm việc.

0,5

Câu 4
(2,0 điểm)

a

Đặc điểm nghề nghiệp và yêu cầu ngành Kĩ thuật điện

1,25

• Đối tượng lao động: Nguồn điện, khí cụ điện, đường dây truyền tải, mạng điện chiếu sáng, động lực và các thiết bị tiêu thụ điện trong công trình dân dụng, công nghiệp.

0,25

• Môi trường làm việc: Đa dạng, từ trong nhà đến ngoài trời, trên cao, trong hầm cáp; tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn điện, làm việc với điện áp nguy hiểm, tiếng ồn, từ trường.

0,25

• Yêu cầu về phẩm chất: Cẩn thận, tỉ mỉ, kiên nhẫn, trung thực, có tinh thần trách nhiệm cao; ý thức kỷ luật lao động nghiêm ngặt tuân thủ quy chuẩn an toàn.

0,25

• Yêu cầu về năng lực: Nắm vững kiến thức kĩ thuật điện; đọc hiểu bản vẽ sơ đồ điện; thành thạo thao tác lắp đặt, đo kiểm, chẩn đoán và khắc phục sự cố kĩ thuật.

0,5

b

Ý nghĩa định hướng nghề nghiệp sớm cho học sinh THCS

0,75

• Giúp học sinh nhận thức sớm về sở thích, năng khiếu và sở trường cá nhân để đối chiếu với yêu cầu thực tế của từng ngành nghề kỹ thuật.

0,25

• Giúp học sinh và gia đình chủ động xây dựng lộ trình học tập, rèn luyện phù hợp (chọn tổ hợp môn học ở THPT hoặc học nghề sau THCS), tránh lãng phí thời gian và nguồn lực.

0,25

• Đáp ứng nhu cầu xã hội: Trong bối cảnh CMCN 4.0 và chuyển dịch năng lượng xanh (lưới điện thông minh, điện mặt trời, điện gió, xe điện), định hướng sớm giúp cung ứng nguồn nhân lực chất lượng cao, gia tăng cơ hội việc làm bền vững.

0,25

Câu 5
(3,0 điểm)

a

Nguyên lý hoạt động của mạch điện

0,5

Khi đóng Aptomat chung, mạch điện được cấp nguồn từ dây pha $L$ và dây trung tính $N$:
- Ổ cắm đôi luôn có điện 220 V trực tiếp độc lập với các công tắc.
- Đèn $Đ_1$ chịu sự điều khiển độc lập của công tắc cực đơn: Đóng công tắc thì đèn $Đ_1$ sáng, mở công tắc thì đèn $Đ_1$ tắt.
- Đèn $Đ_2$ chịu sự điều khiển của 2 công tắc 3 cực: Khi hai công tắc cùng nối vào cùng một đường dây dẫn chuyển mạch thì mạch kín, đèn $Đ_2$ sáng. Khi một trong hai công tắc chuyển trạng thái sang đường dây còn lại thì mạch hở, đèn tắt. Nhờ đó, người dùng có thể bật/tắt đèn $Đ_2$ độc lập tại hai vị trí khác nhau.

0,5

b

Sơ đồ nguyên lý mạch điện

1,0

[Hình vẽ]

1,0

c

Sơ đồ lắp đặt mạng điện

1,0

[Hình vẽ]

1,0

d

Bảng dự trù vật tư, thiết bị

0,5

Lập bảng dự trù đầy đủ các thiết bị:
1. Aptomat 1 pha (10A – 16A): 01 cái.
2. Ổ cắm đôi 220V/10A: 01 cái.
3. Công tắc cực đơn 220V/6A: 01 cái.
4. Công tắc 3 cực 220V/6A: 02 cái.
5. Bóng đèn LED/sợi đốt kèm đui đèn: 02 bộ.
6. Bảng điện nhựa: 02 chiếc.
7. Ống luồn PVC, co nối, kẹp đỡ, dây điện ($1,5\text{ mm}^2$ và $2,5\text{ mm}^2$), băng dính cách điện, vít nở: Đủ dùng.

0,5

Câu 6
(2,0 điểm)

a

Sơ đồ nguyên lý mạch báo hiệu gọi y tá

1,25

[Hình vẽ]

0,75

• Đường đi của dòng điện khi bệnh nhân ở giường 1 nhấn nút $N_1$:
Dòng điện từ cực dương ($+24$ V) qua tiếp điểm nút bấm $N_1$, phân làm 3 nhánh song song:
- Nhánh 1: Qua đèn báo tại chỗ $Đ_1$ về cực âm ($0$ V) $\rightarrow$ Đèn $Đ_1$ sáng.
- Nhánh 2: Qua đèn chỉ thị $Đ_{B1}$ tại phòng trực về cực âm ($0$ V) $\rightarrow$ Đèn $Đ_{B1}$ sáng báo vị trí giường 1.
- Nhánh 3: Qua diode ngăn dòng chảy vào chuông điện $C$ về nguồn $\rightarrow$ Chuông kêu báo động.

0,5

b

Giải pháp cải tiến sử dụng rơle tự giữ (Latching Relay)

0,75

• Nguyên lý mạch tự giữ:
- Nút bấm tại mỗi giường ($N_1, N_2$) được mắc nối tiếp với cuộn hút của 01 Rơle trung gian tương ứng ($R_1, R_2$).
- Một cặp tiếp điểm thường mở của rơle ($K_{R1}$) mắc song song với nút bấm $N_1$ làm tiếp điểm duy trì (tự giữ nguồn nuôi cuộn hút khi buông tay khỏi nút ấn).
- Tải chuông và các đèn báo được cấp nguồn qua cặp tiếp điểm thường mở thứ hai của rơle.
- Nút bấm thường đóng (Reset) được mắc nối tiếp trên đường cấp nguồn chung cho các cuộn hút rơle tại phòng trực.

0,25

• Hoạt động: Khi bệnh nhân nhấn $N_1$, cuộn hút $R_1$ có điện lập tức đóng các tiếp điểm $K_{R1}$. Khi buông tay, dòng điện tiếp tục đi qua tiếp điểm $K_{R1}$ tự nuôi cuộn hút $R_1$, do đó chuông vẫn kêu và đèn vẫn sáng liên tục. Chỉ khi nhân viên y tế nhấn nút Reset thường đóng, mạch cuộn hút bị ngắt, rơle nhả tiếp điểm và hệ thống trở về trạng thái chờ.

0,5

Câu 7
(1,5 điểm)

a

Sơ đồ khối và chức năng các linh kiện chính

0,75

• Sơ đồ khối: [Khối cảm biến (LDR + PIR)] $\rightarrow$ [Khối xử lý logic (AND) & Định thời trễ] $\rightarrow$ [Khối chấp hành (Rơle đóng cắt)] $\rightarrow$ [Đèn chiếu sáng 220V].

0,25

• Chức năng các linh kiện chính:
- Cảm biến quang trở LDR: Phát hiện mức độ chiếu sáng môi trường. Khi trời tối, điện trở LDR tăng, xuất tín hiệu cho phép.
- Cảm biến hồng ngoại chuyển động PIR: Cảm nhận bức xạ nhiệt hồng ngoại từ cơ thể người di chuyển trong vùng quét để phát tín hiệu kích hoạt.
- Mạch điều khiển / Rơle: Đóng tiếp điểm cấp điện 220 V cho đèn khi đồng thời thỏa mãn 2 điều kiện (Trời tối AND Có người), đồng thời duy trì mạch sáng trong 30 giây nhờ mạch định thời trễ (Timer delay).

0,5

b

Sơ đồ nguyên lý kết nối liên động và phương án dự phòng

0,75

[Hình vẽ]

0,5

• Phương án điều khiển dự phòng bằng tay: Đấu nối song song một công tắc cơ truyền thống với tiếp điểm của rơle. Khi hệ thống cảm biến gặp sự cố, người dùng chỉ cần bật công tắc cơ thì nguồn điện pha ($L$) vẫn được nối thẳng tới đèn, đảm bảo chiếu sáng bình thường.

0,25

Câu 8
(3,0 điểm)

a

Quy trình hoạt động liên động khép kín của hệ thống an ninh gas

1,0

• Trạng thái bình thường: Nồng độ khí gas trong phòng bếp ở mức an toàn ($< \text{ngưỡng cài đặt}$), van gas mở cho nấu nướng, quạt hút và còi báo động ở trạng thái nghỉ.

0,25

• Khi phát hiện rò rỉ khí gas vượt ngưỡng an toàn:
- Bước 1: Cảm biến phát hiện nồng độ gas tăng cao, gửi tín hiệu điện áp về khối xử lý trung tâm.
- Bước 2: Khối xử lý lập tức kích hoạt đồng thời 3 hành động song song:
+ Ngắt van gas điện từ (Solenoid Valve): Tự động đóng chặt van tại đầu bình/đường ống chính nhằm cô lập nguồn rò rỉ, ngăn không cho khí gas tiếp tục thoát ra.
+ Bật quạt thông gió chống cháy nổ: Hút khí gas tồn đọng thổi ra ngoài để giảm nhanh nồng độ khí cháy xuống dưới giới hạn bắt cháy.
+ Bật còi hú và đèn chớp: Cảnh báo khẩn cấp cho người trong nhà; đồng thời gửi cảnh báo về điện thoại gia chủ.

0,5

• Bước 3: Sau khi nồng độ gas giảm về mức an toàn và người dùng kiểm tra xong thiết bị, hệ thống mới cho phép mở lại van gas (thao tác gạt chốt cơ khí an toàn).

0,25

b

Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống an ninh gas

1,25

[Hình vẽ]

1,25

c

Yêu cầu kĩ thuật bắt buộc về vị trí lắp đặt

0,75

• Vị trí cảm biến gas: Khí gas dân dụng LPG nặng hơn không khí, chìm xuống dưới sàn. Do đó phải lắp cảm biến ở vị trí thấp, cách sàn nhà từ $20 - 30$ cm và cách bếp/bình gas từ $1 - 2$ m. Không lắp sát trần nhà, không lắp ngay trên bếp nấu (tránh hơi dầu mỡ làm bẩn cảm biến) và không lắp nơi gió lùa trực diện.

0,25

• Vị trí quạt thông gió: Phải lắp sát sàn nhà (nơi tích tụ gas) hoặc bố trí lưu thông tốt; động cơ quạt bắt buộc là loại phòng nổ (không chổi than / động cơ kín), tiếp điểm đóng cắt không được phát sinh tia lửa điện.

0,25

• Van ngắt điện từ: Phải lắp ngay sau van điều áp ở đầu ra bình gas hoặc trên đường ống chính trước khi dẫn vào bếp; dùng loại van thường mở, tự giữ bằng chốt cơ khí chống rò rỉ điện.

0,25

Câu 9
(1,5 điểm)

a

Bảng so sánh, đánh giá toàn diện hai giải pháp chiếu sáng

1,0

So sánh đầy đủ theo 4 tiêu chí công nghệ:
- Kĩ thuật: Đèn truyền thống hiệu suất thấp ($15 - 60\text{ lm/W}$), tuổi thọ ngắn ($1000 - 8000\text{ giờ}$), dễ nhấp nháy; Smart LED hiệu suất rất cao ($100 - 150\text{ lm/W}$), tuổi thọ vượt trội ($25000 - 50000\text{ giờ}$), ánh sáng ổn định, điều chỉnh linh hoạt độ sáng và dải màu.
- Kinh tế: Đèn truyền thống chi phí mua ban đầu rẻ nhưng tốn điện và tốn chi phí thay bóng; Smart LED đầu tư ban đầu cao hơn nhưng tiết kiệm $60 - 80\%$ điện năng, thời gian hoàn vốn $1 - 2$ năm.
- Môi trường: Đèn huỳnh quang chứa thủy ngân độc hại, phát thải nhiều nhiệt và $CO_2$; Smart LED không độc hại, giảm phát thải khí nhà kính, thân thiện môi trường.
- Tiện ích: Đèn truyền thống chỉ bật/tắt thủ công; Smart LED điều khiển từ xa qua điện thoại/giọng nói, tự động hóa theo kịch bản, hẹn giờ.

1,0

b

Lời khuyên thực tế cho gia đình thu nhập trung bình

0,5

• Lộ trình nâng cấp từng bước (cuốn chiếu): Thay thế dần khi bóng đèn cũ bị hỏng, tránh gánh nặng chi phí đầu tư cùng một lúc.
• Ưu tiên khu vực trọng điểm: Nâng cấp đèn LED trước cho các khu vực sử dụng nhiều nhất (phòng khách, phòng bếp, bàn học).
• Giải pháp tối ưu chi phí: Kết hợp bóng đèn LED thông thường chất lượng cao với công tắc thông minh (Smart Switch) thay vì mua toàn bộ bóng Smart LED đắt tiền; giải pháp này vừa tiết kiệm chi phí vừa điều khiển thông minh hiệu quả.

0,5

TỔNG ĐIỂM

20,0