Đề thi HSG môn Công nghệ lớp 9 năm học 2024 - 2025

Câu 1

a

Cấu tạo, nguyên lý và hệ thức máy biến áp một pha (1,5 điểm)

1,5

- Cấu tạo gồm 2 bộ phận chính:
+ Lõi thép: Làm bằng các lá thép kỹ thuật điện có sơn cách điện ghép lại, dùng để dẫn từ và làm khung quấn dây.
+ Dây quấn: Làm bằng dây điện từ có tráng lớp men cách điện, gồm cuộn sơ cấp nối với nguồn điện (số vòng $N_1$) và cuộn thứ cấp lấy điện ra phụ tải (số vòng $N_2$).

0,5

- Nguyên lý làm việc: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi đưa dòng điện xoay chiều điện áp $U_1$ vào cuộn sơ cấp, trong lõi thép sinh ra từ thông biến thiên qua cả hai cuộn dây, làm xuất hiện suất điện động cảm ứng và tạo ra điện áp xoay chiều $U_2$ ở cuộn thứ cấp.

0,5

- Hệ thức biến áp: $\dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{N_1}{N_2} = k$ ($k$ là hệ số biến áp).
+ Nếu $N_1 > N_2$ ($k > 1 \Rightarrow U_1 > U_2$): Máy biến áp giảm áp.
+ Nếu $N_1 < N_2$ ($k < 1 \Rightarrow U_1 < U_2$): Máy biến áp tăng áp.

0,5

b

Giải thích cấu tạo lõi thép (0,5 điểm)

0,5

- Khi từ thông biến thiên đi qua lõi thép đặc, trong lòng kim loại sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng khép kín gọi là dòng điện xoáy (dòng Foucault).
- Nếu lõi thép là một khối đặc, điện trở nhỏ khiến dòng Foucault sinh ra rất lớn, làm nóng lõi thép dữ dội, gây tổn hao điện năng lớn và làm cháy lớp cách điện của các cuộn dây.
- Ghép từ các lá thép mỏng có sơn cách điện giúp tăng điện trở đối với dòng Foucault, hạn chế tối đa tổn hao năng lượng và hiện tượng phát nhiệt.

0,5

Câu 2

a

Các nguyên nhân gây tai nạn điện (1,0 điểm)

1,0

- Chạm trực tiếp vào vật mang điện: Chạm vào dây dẫn trần, thiết bị bị rò điện ra vỏ kim loại do hỏng lớp cách điện, sửa chữa điện không cắt nguồn.
- Vi phạm khoảng cách an toàn đối với lưới điện cao áp và trạm biến áp (phóng điện qua không khí).
- Đến gần dây dẫn điện có điện áp cao bị đứt rơi xuống đất (hiện tượng điện áp bước).

1,0

b

Biện pháp an toàn và giải thích quy định an toàn (1,0 điểm)

1,0

- Biện pháp an toàn khi sử dụng: Đảm bảo cách điện tốt; thực hiện nối đất an toàn vỏ kim loại của đồ dùng điện; sử dụng aptomat chống giật (ELCB/RCCB); không dùng thiết bị điện khi tay ướt.
- Biện pháp an toàn khi sửa chữa: Cắt nguồn điện (cầu dao/aptomat); sử dụng dụng cụ cách điện chuẩn (kìm cách điện, tua vít có chuôi cách điện, găng tay, ủng cao su); kiểm tra bằng bút thử điện trước khi chạm vào dây.

0,5

- Giải thích: Cắt nguồn điện để triệt tiêu hoàn toàn điện áp nơi làm việc, loại bỏ nguy cơ giật điện. Treo biển "Cấm đóng điện, có người đang làm việc" nhằm ngăn chặn người khác vô tình đóng điện trở lại khi đang thao tác.

0,5

Câu 3

a

Tính điện năng tiêu thụ trong 1 ngày (1,0 điểm)

1,0

Áp dụng công thức $A = P \cdot t$:
- Đèn LED: $A_1 = 6 \times 20\text{ W} \times 5\text{ h} = 600\text{ Wh} = 0,6\text{ kWh}$
- Quạt trần: $A_2 = 3 \times 75\text{ W} \times 6\text{ h} = 1.350\text{ Wh} = 1,35\text{ kWh}$
- Tủ lạnh: $A_3 = 1 \times 120\text{ W} \times 10\text{ h} = 1.200\text{ Wh} = 1,2\text{ kWh}$
- Tivi: $A_4 = 1 \times 100\text{ W} \times 4\text{ h} = 400\text{ Wh} = 0,4\text{ kWh}$
- Bình nước nóng: $A_5 = 1 \times 2500\text{ W} \times 1,2\text{ h} = 3.000\text{ Wh} = 3,0\text{ kWh}$
- Nồi cơm điện: $A_6 = 1 \times 800\text{ W} \times 1,5\text{ h} = 1.200\text{ Wh} = 1,2\text{ kWh}$

0,5

Tổng điện năng tiêu thụ trong 1 ngày:
$A_{\text{ngày}} = 600 + 1350 + 1200 + 400 + 3000 + 1200 = 7.750\text{ Wh} = 7,75\text{ kWh}$.

0,5

b

Tính điện năng tiêu thụ trong tháng (0,5 điểm)

0,5

Điện năng tiêu thụ trong tháng (30 ngày):
$A_{\text{tháng}} = A_{\text{ngày}} \times 30 = 7,75 \times 30 = 232,5\text{ kWh}$.

0,5

c

Tính tiền điện theo bậc thang và thuế VAT 10% (1,5 điểm)

1,5

Tính tiền điện chưa thuế theo các bậc thang cho lượng điện $232,5\text{ kWh}$:
- Bậc 1 ($0 - 50\text{ kWh}$): $50 \times 1.806 = 90.300$ đồng.
- Bậc 2 ($51 - 100\text{ kWh}$): $50 \times 1.866 = 93.300$ đồng.
- Bậc 3 ($101 - 200\text{ kWh}$): $100 \times 2.167 = 216.700$ đồng.
- Bậc 4 ($201 - 232,5\text{ kWh}$): $(232,5 - 200) \times 2.729 = 32,5 \times 2.729 = 88.692,5$ đồng.

0,75

- Tổng tiền điện chưa thuế:
$T_{\text{chưa thuế}} = 90.300 + 93.300 + 216.700 + 88.692,5 = 488.992,5$ đồng.
- Thuế giá trị gia tăng (VAT 10%):
$T_{\text{VAT}} = 488.992,5 \times 10\% = 48.899,25$ đồng.
- Tổng số tiền điện gia đình phải thanh toán:
$T_{\text{tổng}} = 488.992,5 + 48.899,25 = 537.891,75$ đồng.
Làm tròn theo quy định: $537.892$ đồng.

0,75

Câu 4

a

Đặc điểm nghề kỹ thuật điện (1,25 điểm)

1,25

- Đối tượng lao động: Các thiết bị đóng cắt, lấy điện, bảo vệ; dây dẫn, cáp điện; đồ dùng điện; các sơ đồ mạng điện chiếu sáng và động lực.
- Công cụ lao động: Dụng cụ đo kiểm (đồng hồ vạn năng, bút thử điện), dụng cụ cơ khí và cách điện (kìm, tua vít, khoan, mỏ hàn, dao tuốt dây...), thiết bị an toàn.
- Điều kiện làm việc: Trong nhà, ngoài trời, trên cao, có thể ở môi trường ẩm ướt, khói bụi; tiềm ẩn nguy hiểm về điện và tai nạn cơ học.
- Yêu cầu phẩm chất và năng lực: Cẩn thận, tỉ mỉ, kiên nhẫn; có sức khỏe tốt; nắm vững kiến thức kỹ thuật điện và an toàn lao động; có tư duy logic và kỹ năng thực hành tốt.

1,25

b

Hướng đi sau THCS và rèn luyện bản thân (0,75 điểm)

0,75

- Các hướng đi sau THCS:
+ Học THPT kết hợp định hướng nghề nghiệp, sau đó thi tuyển vào các trường Đại học, Cao đẳng khối kỹ thuật điện - điện tử, cơ điện tử, tự động hóa.
+ Học Trung cấp nghề hoặc hệ Cao đẳng 9+ tại các trường nghề đào tạo trực tiếp ngành Kỹ thuật lắp đặt điện, Điện dân dụng và công nghiệp.
- Rèn luyện bản thân: Rèn luyện tính kỷ luật, ý thức chấp hành an toàn lao động; bồi dưỡng đam mê kỹ thuật, ham học hỏi công nghệ mới (IoT, nhà thông minh); rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề và làm việc nhóm.

0,75

Câu 5

a

Nguyên lý làm việc của mạch điện (0,5 điểm)

0,5

- Khi đóng aptomat, toàn bộ mạch điện được cấp điện áp.
- Ổ cắm được nối song song trực tiếp với nguồn (sau aptomat) nên luôn luôn có điện sẵn sàng cung cấp cho phụ tải di động.
- Công tắc 1 và công tắc 2 được mắc song song với nhau; mỗi công tắc mắc nối tiếp với một bóng đèn tương ứng để thực hiện bật/tắt độc lập đèn phòng khách và đèn hiên.

0,5

b

Sơ đồ nguyên lý mạch điện (1,0 điểm)

1,0

[Hình vẽ]

1,0

c

Sơ đồ lắp đặt mạch điện (1,0 điểm)

1,0

- Bố trí thiết bị trên bảng điện hợp lý: Aptomat nằm ở góc trái trên; ổ cắm điện và 2 công tắc bố trí gọn gàng, thuận tiện thao tác.
- Thể hiện đường đi của dây dẫn: Nguồn vào bảng điện gồm 2 dây (pha L và trung tính N). Dây pha qua aptomat chia nhánh tới ổ cắm và 2 công tắc. Từ 2 công tắc có 2 dây pha đi ra 2 đèn. Dây trung tính N nối tới ổ cắm và đi chung ống luồn dây tới các cực còn lại của 2 bóng đèn.
- Các ống luồn dây PVC được thể hiện rõ ràng, mối nối dây đặt trong hộp nối.

1,0

d

Bảng dự trù vật tư, thiết bị (0,5 điểm)

0,5

Liệt kê đầy đủ danh mục: Bảng điện nhựa ($20 \times 15\text{ cm}$), 01 Aptomat 1 pha (15A/20A), 01 Ổ cắm đôi, 02 Công tắc đơn, 02 Đui đèn + 02 Bóng đèn LED, Dây dẫn đồng bọc cách điện (dây pha màu đỏ, dây trung tính màu xanh), Ống luồn dây PVC, kẹp đỡ ống, băng dính cách điện, tắc kê, vít bắt.

0,5

Câu 6

a

Sơ đồ nguyên lý mạch đèn hành lang có chế độ khẩn cấp (1,0 điểm)

1,0

[Hình vẽ]

1,0

b

Thuyết minh nguyên lý hoạt động (1,0 điểm)

1,0

- Chế độ thông thường (Công tắc $K_0$ mở): Dòng điện không qua nhánh cưỡng bức. Mạch hoạt động theo sơ đồ cầu thang: Cực động của $K_1$ nối với dây pha, cực động của $K_2$ nối với đèn. Khi hai tiếp điểm của $K_1$ và $K_2$ cùng nối vào một dây nối chung thì mạch kín $\Rightarrow$ đèn sáng; khi hai tiếp điểm nối vào hai dây khác nhau thì mạch hở $\Rightarrow$ đèn tắt. Người đi từ đầu nào cũng có thể bật hoặc tắt đèn.

0,5

- Chế độ khẩn cấp/báo hiệu (Công tắc $K_0$ đóng): Dòng điện từ dây pha đi trực tiếp qua $K_0$ đến đèn rồi về dây trung tính. Mạch đèn được cấp điện trực tiếp, đèn luôn sáng liên tục mà không phụ thuộc vào vị trí tiếp điểm của $K_1$ và $K_2$.

0,5

Câu 7

a

Cảm biến và thiết bị điều khiển (0,75 điểm)

0,75

- Cảm biến quang (LDR / Photocell): Đo cường độ ánh sáng môi trường để nhận biết ngày/đêm.
- Cảm biến chuyển động hồng ngoại thụ động (PIR) hoặc vi ba radar: Phát hiện người di chuyển trong vùng quét.
- Bộ điều khiển trung tâm (Microcontroller/Smart Relay/Module Zigbee hoặc Wi-Fi): Nhận tín hiệu, xử lý thuật toán logic và xuất lệnh.
- Cơ cấu chấp hành: Rơle đóng cắt mạch đèn LED sân vườn/cổng.

0,75

b

Logic điều khiển và nguyên lý làm việc (0,75 điểm)

0,75

- Logic điều khiển: Trạng thái đèn = [(Cảm biến quang báo Tối) AND (Cảm biến PIR phát hiện người)] OR (Lệnh cưỡng bức từ Smartphone).
- Nguyên lý hoạt động:
+ Ban ngày: Cảm biến quang xuất tín hiệu mức thấp (sáng) $\Rightarrow$ khóa cổng logic, rơle luôn ngắt, đèn không sáng dù có người.
+ Ban đêm: Cảm biến quang kích hoạt cho phép mạch làm việc. Khi có người, cảm biến PIR báo tín hiệu $\Rightarrow$ bộ điều khiển đóng rơle bật đèn. Khi người rời đi, bộ định thời (Timer) đếm ngược 60 giây, sau đó tự ngắt rơle.
+ Khi người dùng bật qua ứng dụng smartphone: Lệnh qua Wi-Fi/Zigbee tác động trực tiếp rơle đóng tiếp điểm, đèn sáng liên tục mà không phụ thuộc cảm biến.

0,75

Câu 8

a

Sơ đồ khối hệ thống an ninh (1,0 điểm)

1,0

1,0

b

Nhiệm vụ của từng khối chức năng (1,0 điểm)

1,0

- Khối cảm biến: Thu thập các tín hiệu vật lý từ môi trường (chuyển động, mở cửa, nồng độ khói, nồng độ khí gas) và chuyển đổi thành tín hiệu điện gửi về trung tâm.
- Khối xử lý trung tâm: Tiếp nhận tín hiệu, phân tích dữ liệu theo thuật toán cài đặt sẵn, đưa ra quyết định điều khiển và kích hoạt khối chấp hành tương ứng.
- Khối chấp hành và cảnh báo: Thực hiện các hành động bảo vệ (hú còi, chớp đèn, đóng van gas, cắt điện) và gửi tin nhắn/cuộc gọi cảnh báo đến điện thoại chủ nhà qua Internet/mạng di động GSM.

1,0

c

Quy trình xử lý sự cố rò rỉ khí gas tại nhà bếp (1,0 điểm)

1,0

1. Phát hiện: Cảm biến gas (MQ-2/MQ-5) phát hiện nồng độ gas vượt ngưỡng an toàn ($> 1000\text{ ppm}$) và truyền tín hiệu khẩn cấp về bộ xử lý trung tâm.
2. Cách ly nguồn nguy hiểm: Bộ xử lý lập tức kích hoạt van điện từ (Solenoid valve) tự động ngắt nguồn cấp gas ngay tại đầu bình gas để ngăn khí gas tiếp tục rò rỉ.
3. Phòng chống cháy nổ: Hệ thống tuyệt đối KHÔNG đóng/ngắt các rơle điện thông thường hay bật quạt điện thông thường trong bếp để tránh phát sinh tia lửa điện gây nổ hỗn hợp khí.
4. Báo động và thông tin: Kích hoạt còi báo động với âm báo riêng biệt; gửi đồng thời thông báo khẩn cấp, tin nhắn và cuộc gọi đến điện thoại các thành viên trong gia đình.
5. Thông gió tự nhiên: Kích hoạt mô-tơ mở cửa sổ thông gió tự nhiên (nếu có lắp đặt) để làm loãng nồng độ gas.

1,0

Câu 9

a

04 tiêu chí đánh giá công nghệ (0,75 điểm)

0,75

1. Tính hiệu quả năng lượng và độ ổn định: Khả năng đáp ứng phụ tải, tính liên tục của nguồn điện và nguồn nước nóng.
2. Tính kinh tế: Chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành - bảo dưỡng, thời gian thu hồi vốn.
3. Tính an toàn và thân thiện môi trường: Mức độ phát thải khí nhà kính ($CO_2$), nguy cơ cháy nổ, an toàn điện, tác động của chất thải pin lưu trữ.
4. Tính tiện nghi và thẩm mỹ công trình: Mức độ tự động hóa, diện tích chiếm dụng, độ bền và tính mỹ quan của ngôi nhà.

0,75

b

Phân tích ưu - nhược điểm và đưa ra lời khuyên (0,75 điểm)

0,75

- Phân tích Giải pháp 2:
+ Ưu điểm: Tiết kiệm tối đa chi phí tiền điện hàng tháng; chủ động nguồn điện khi lưới điện mất nhờ hệ thống lưu trữ; sử dụng năng lượng tái tạo sạch, giảm phát thải carbon; tuổi thọ tấm pin mặt trời và dàn nước nóng cao (trên 15 - 20 năm).
+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu cao; phụ thuộc vào thời tiết (hiệu suất giảm vào mùa đông hoặc những ngày mưa kéo dài); ắc quy/pin lithium lưu trữ cần thay thế sau 5 - 8 năm và đòi hỏi quy trình an toàn phòng cháy chữa cháy nghiêm ngặt.

0,5

- Lời khuyên cho người tiêu dùng: Giải pháp 2 rất thích hợp với các hộ gia đình có mức tiêu thụ điện lớn (đặc biệt rơi vào các bậc thang giá cao từ bậc 4 trở lên), có diện tích mái đón nắng tốt không bị che khuất và có nguồn tài chính nhàn rỗi đầu tư dài hạn. Đối với gia đình tiêu thụ điện ít hoặc tài chính hạn chế, nên ưu tiên lắp đặt máy nước nóng năng lượng mặt trời trước vì chi phí hợp lý và hoàn vốn nhanh (khoảng 2 năm).

0,25

TỔNG ĐIỂM TOÀN BÀI

20,0