IMSO 2019 Khoa học Quốc tế - Thực nghiệm

Tổng thời gian: 120 phút cho cả hai phần. Họ tên: __________ Mã số: __________.

Hướng dẫn: Chỉ mở đề khi được phép. Ghi họ tên và mã số vào chỗ quy định. Chỉ ghi đáp án trên phiếu trả lời được phát, bằng bút mực xanh/đen hoặc bút chì. Hình chỉ có tính minh họa, không theo tỉ lệ. Sau cuộc thi, giám thị thu toàn bộ giấy tờ thi.

PHẦN 1: CHIẾU SÁNG TRONG THẾ KỶ 21

Giải Nobel Vật lý 2014 được trao chung cho ba nhà khoa học phát minh ra điốt phát quang (LED) hiệu suất cao có màu X vào đầu thập niên 1990. Phát minh này làm thay đổi công nghệ chiếu sáng, tạo nguồn sáng trắng mạnh và tiết kiệm năng lượng. Bóng đèn sợi đốt chiếu sáng thế kỷ 20; đèn LED sẽ chiếu sáng thế kỷ 21. Trong thí nghiệm này, em phải tìm màu X.

LÝ THUYẾT

LED là nguồn sáng bán dẫn có hai chân: anôt (A) và catôt (K). Nó cho dòng điện thuận đi từ anôt đến catôt và ngăn dòng ngược. Khi đặt điện áp thuận thích hợp, LED phát ánh sáng đơn sắc. Điện áp nhỏ nhất để LED bắt đầu sáng gọi là điện áp ngưỡng. Nguồn nêu rằng bước sóng tỉ lệ nghịch với điện áp ngưỡng.



Bảng 1: Bước sóng của một số màu (giữ nguyên nhãn nguồn).

| Màu | Bước sóng (nm) |
| --- | --- |
| Tím | 400–435 |
| Lam | 435–480 |
| Lam lục nhạt (Patina) | 480–490 |
| Lam lục | 490–500 |
| Lục | 500–560 |
| Vàng lục | 560–580 |
| Vàng | 580–595 |
| Cam | 595–610 |
| Đỏ | 610–750 |



Chú ý: $1\,\mathrm{nm}=10^{-3}\,\mu\mathrm{m}=10^{-9}\,\mathrm{m}$.

LED trắng kết hợp LED màu X với lớp phủ chất phát quang màu vàng trong cùng một vỏ. Một phần ánh sáng X xuyên qua lớp phủ; phần còn lại được chuyển thành ánh sáng vàng. Ánh sáng X và vàng kết hợp thành trắng, nên điện áp ngưỡng của LED trắng bằng điện áp ngưỡng LED màu X.

Mục tiêu: Giả sử $V_{\mathrm{nguong}}=k/\lambda$, với cùng hằng số $k$ cho mọi loại LED. Xác định màu X và bước sóng của nó.

Dụng cụ: Đồng hồ vạn năng số; cặp dây đo đỏ/đen; hộp thí nghiệm LED; ống PVC che ánh sáng môi trường khi cần.

Chú ý: Không nhìn ánh sáng LED quá lâu để tránh mỏi mắt.

Tiến hành:

1\. Đặt tất cả công tắc của hộp ở OFF. Nhẹ nhàng xoay biến trở P1 ngược chiều kim đồng hồ đến hết.

2\. Xoay núm chọn đồng hồ theo chiều kim đồng hồ đến V. Màn hình phải hiện DC, AUTO và V như Hình 2.

3\. Nối dây đo với cực hộp: đỏ vào +, đen vào −.

4\. Bật S1 sang ON.

5\. Bật công tắc A sang ON.

6\. Nhẹ nhàng xoay P1 theo chiều kim đồng hồ đến khi LED A sáng; ghi màu vào Bảng 2.

7\. Xoay chậm P1 theo hoặc ngược chiều kim đồng hồ để tìm vị trí LED vừa bắt đầu sáng. Ghi số chỉ vào Bảng 2. Lặp ba lần. Dùng ống PVC che ánh sáng môi trường nếu cần.

8\. Tắt A về OFF, nhẹ nhàng xoay P1 ngược chiều kim đồng hồ đến hết.

9\. Lặp bước 5–8 cho LED B, C, D và E.

Khi xong, tắt mọi công tắc, nhẹ nhàng xoay P1 ngược chiều kim đồng hồ đến hết và tắt đồng hồ.



I. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

(1) Bảng 2: Số liệu đo. Ghi màu và ba số đo điện áp ngưỡng cho mỗi LED. [10 điểm]

| LED | Màu | V ngưỡng lần 1 (V) | Lần 2 (V) | Lần 3 (V) |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| A | ____ | ____ | ____ | ____ |
| B | ____ | ____ | ____ | ____ |
| C | ____ | ____ | ____ | ____ |
| D | ____ | ____ | ____ | ____ |
| E | ____ | ____ | ____ | ____ |

II. PHÂN TÍCH SỐ LIỆU

(2) Đổi bước sóng từ nm sang μm; tính $1/\lambda$ và trung bình điện áp ngưỡng đã đo, làm tròn cả hai đại lượng tính được đến một chữ số thập phân. Điền Bảng 3. Em nghĩ gì về bước sóng ánh sáng LED D? [6 điểm]

| LED | λ (nm) | λ (μm) | 1/λ (μm⁻¹) | Ngưỡng trung bình (V) |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| A | 630 | ____ | ____ | ____ |
| B | 590 | ____ | ____ | ____ |
| C | 540 | ____ | ____ | ____ |
| D | x | x | x | ____ |
| E | 410 | ____ | ____ | ____ |

Trả lời về D: ____________________________________

(3) Vẽ điện áp ngưỡng trung bình theo trục đứng và $1/\lambda$ theo trục ngang. Vẽ đường thẳng phù hợp nhất. [4 điểm]



(4) Giải thích cách tìm X. Bước sóng tương đương LED D: ______ đơn vị: ______. LED màu X là ______. [4 điểm]

CÂU HỎI

(1) Nếu điều chỉnh P1 để đồng hồ chỉ 2 V, LED nào sẽ sáng khi lần lượt bật từng LED sang ON, mỗi lần chỉ một LED? [1 điểm]

(2) Hai LED có điện áp ngưỡng 1,55 V và 1,2 V. Chúng có màu gì? Giải thích. [2 điểm]

(3) LED hồng kết hợp LED có màu với lớp phủ chất phát quang. Điện áp ngưỡng đo được là 2,41 V. Cần kết hợp: (a) LED màu ______ (b) chất phát quang màu ______? [2 điểm]

(4) Nếu dùng LED tử ngoại kích thích chất phát quang vàng, em nhìn thấy ánh sáng màu gì? [1 điểm]

Chỗ trả lời: __________________________________________________


Chú thích hình: A: anôt; K: catôt; R: điện trở; dòng thuận làm sáng LED, dòng ngược không làm sáng.

Chú thích hình: Bảng màu nguồn; bản dịch và số liệu được chép đầy đủ ở trên.

Chú thích hình: Đồng hồ vạn năng; mũi tên chỉ núm chọn chế độ đo.

Chú thích hình: Lưới trống để vẽ đồ thị từ số đo thật.

Tổng thời gian: 120 phút cho cả hai phần. Họ tên: __________ Mã số: __________.

Hướng dẫn: Chỉ mở đề khi được phép. Ghi họ tên và mã số vào chỗ quy định. Chỉ ghi đáp án trên phiếu trả lời được phát, bằng bút mực xanh/đen hoặc bút chì. Hình chỉ có tính minh họa, không theo tỉ lệ. Sau cuộc thi, giám thị thu toàn bộ giấy tờ thi.

PHẦN 2: THÂN MỀM — THÍ NGHIỆM 1

Giới thiệu: Thân mềm là nhóm động vật thú vị có số loài chỉ đứng sau chân khớp. Ốc và trai là hai nhóm quen thuộc. Dựa vào đặc điểm, sinh vật được phân thành loài, chi, họ, bộ… Thí nghiệm giúp làm quen đặc điểm hình thái để nghiên cứu sự đa dạng của thân mềm.

Trong danh pháp hai phần, từ đầu là tên chi; từ thứ hai là tên riêng phân biệt loài trong chi. Viết hoa chữ đầu tên chi, viết thường tên riêng và in nghiêng cả hai từ (hoặc gạch dưới khi viết tay). Ví dụ: *Sermyla tornatella*.

Cẩn thận: Mẫu vỏ có thể có cạnh sắc; hãy cầm nhẹ và cẩn thận.

Mục tiêu: Xác định tên khoa học của ốc nước ngọt bằng hình thái vỏ và khóa định loại họ/loài.

Dụng cụ: Bốn vỏ của bốn loài ốc nước ngọt; ảnh bốn vỏ có nhãn A–D; Khóa 1 định loại bốn họ; Khóa 2–5 định loại loài trong từng họ; kính lúp; găng tay.

Tiến hành: Định loại lần lượt từng vỏ. Tìm các đặc điểm chính bằng Hình 1–3 rồi đối chiếu khóa.



Hình 1: Các bộ phận chính của vỏ ốc điển hình.



Hình 2: Bên trái có 2,5 vòng xoắn; bên phải có 6 vòng.



Hình 3: Lỗ rốn từ nhỏ đến rộng theo chiều trái sang phải.

Bước 1: Lấy một vỏ ra khỏi túi và quan sát toàn mẫu.

Bước 2: So sánh với ảnh để xác định nhãn A, B, C hoặc D.

Bước 3: Bắt đầu ở cặp lựa chọn đầu của Khóa 1. Chọn mô tả phù hợp rồi chuyển đến cặp được chỉ dẫn cho đến khi xác định họ. Ví dụ, vỏ nón nhọn chuyển đến cặp 2; vỏ hình cầu đến nón bầu chuyển đến cặp 3.

Câu 1: Xác định tên khoa học của họ cho mỗi vỏ, ghi vào phiếu trả lời. [2 điểm mỗi vỏ, tổng 8]

| Nhãn vỏ | Tên họ |
| --- | --- |
| A | ____________ |
| B | ____________ |
| C | ____________ |
| D | ____________ |

Bước 4: Sau khi tìm họ, dùng Khóa 2, 3, 4 hoặc 5 tương ứng để tìm loài.

Câu 2: Xác định tên khoa học của loài cho mỗi vỏ, ghi vào phiếu trả lời. [2 điểm mỗi vỏ, tổng 8]

| Nhãn vỏ | Tên loài |
| --- | --- |
| A | ____________ |
| B | ____________ |
| C | ____________ |
| D | ____________ |

KHÓA ĐỊNH LOẠI

Mỗi cặp có hai mô tả lựa chọn về vỏ chưa biết. Theo số chỉ dẫn hoặc tên kết thúc. Giữ nguyên cách viết tên trong nguồn.


Khóa 1: Các họ ốc nước ngọt

| Lựa chọn | Đặc điểm | Đến / tên |
| --- | --- | --- |
| 1a | Vỏ hình nón nhọn | 2 |
| 1b | Vỏ hình cầu đến hình nón bầu | 3 |
| 2a | Miệng vỏ hình giọt nước | Thiaridae |
| 2b | Miệng vỏ gần tròn | Viviparidae |
| 3a | Miệng vỏ tròn | Stenothyridae |
| 3b | Miệng vỏ hình quả lê | Ampulariidae |

Khóa 2: Loài thuộc Thiaridae

| Lựa chọn | Đặc điểm | Đến / tên |
| --- | --- | --- |
| 1a | Chỉ có một kiểu gờ nổi, không song song với đường khớp | Sermyla tornatella |
| 1b | Có gờ nổi song song với đường khớp | 2 |
| 2a | Gờ nổi phát triển thành gai | Thiara scabra |
| 2b | Gờ nổi không phát triển thành gai | 3 |
| 3a | Gờ đứt đoạn tạo thành các hàng nốt sần | Tarebia grannifera |
| 3b | Gờ liên tục và song song đường khớp | Melanoides tuberculatus |

Khóa 3: Loài thuộc Viviparidae

| Lựa chọn | Đặc điểm | Đến / tên |
| --- | --- | --- |
| 1a | Vỏ không có gờ nổi | 2 |
| 1b | Gờ nổi song song đường khớp | 3 |
| 2a | Lỗ rốn rộng | Cipangopaludina lecythoides |
| 2b | Lỗ rốn hẹp | Sinotaia aeruginosa |
| 3a | Miệng vỏ tròn | Filopaludina polygramma |
| 3b | Miệng vỏ hình giọt nước | Angulyagra boettgeri |

Khóa 4: Loài thuộc Stenothyridae

| Lựa chọn | Đặc điểm | Đến / tên |
| --- | --- | --- |
| 1a | Miệng vỏ có cả môi ngoài và môi trong | 2 |
| 1b | Miệng vỏ chỉ có môi ngoài hoặc môi trong | 3 |
| 2a | Đỉnh tạo góc nhọn, không bị cụt | Stenothyra polita |
| 2b | Đỉnh cụt | Stenothyra ovata |
| 3a | Môi miệng vỏ mở rộng | Stenothyra messageri |
| 3b | Môi miệng vỏ không mở rộng | Stenothyra alba |

Khóa 5: Loài thuộc Ampullariidae

| Lựa chọn | Đặc điểm | Đến / tên |
| --- | --- | --- |
| 1a | Không có lỗ rốn | 2 |
| 1b | Lỗ rốn rất rộng | 3 |
| 2a | Bề mặt vỏ không có đường màu | Pila polita |
| 2b | Bề mặt vỏ có đường màu | Pila ampullacea |
| 3a | Tháp vỏ nhô rõ trên vòng xoắn thân | Pomacea maculata |
| 3b | Tháp vỏ thấp trên vòng xoắn thân, gần như phẳng | Ampullaria turbinis |

Lưu ý về tư liệu: Các tệp được cung cấp không có ảnh riêng của bốn mẫu gắn nhãn hoặc vỏ thật. Các hình hướng dẫn không phải mẫu A–D. Để trống kết quả định loại đến khi có mẫu và ảnh nhãn.

Chú thích hình: Apex: đỉnh; spire: tháp vỏ; whorl: vòng xoắn; suture: đường khớp; body whorl: vòng xoắn thân; outer/inner lip: môi ngoài/trong; umbilicus: lỗ rốn; aperture: miệng vỏ.

Chú thích hình: Các vòng xoắn nhìn từ đỉnh: 2,5 vòng bên trái; 6 vòng bên phải.

Chú thích hình: Lỗ rốn nhỏ đến rộng, từ trái sang phải.

PHẦN 2 — THÍ NGHIỆM 2

Xác định các bộ phận chính trên một mảnh vỏ trai nước ngọt. Thời gian 120 phút dùng chung cho mọi nhiệm vụ thực nghiệm. Cẩn thận với cạnh vỏ sắc.

Vật liệu: Một mảnh vỏ khô của trai nước ngọt *Sinanodonta* sp.

Cách tiến hành và mô tả: Vỏ trai *Sinanodonta* sp. gồm hai mảnh bằng nhau, nối bởi khớp bản lề. Hai cơ khép co lại để đóng vỏ; chúng để lại sẹo cơ khép trên vỏ khô. Đỉnh vỏ (umbo) là phần già nhất. Khi trai lớn, vỏ to ra và hình thành đường sinh trưởng trên mặt ngoài. Vỏ có ba lớp, trong đó có xà cừ, được con người dùng rộng rãi để trang trí.

Câu 3: Quan sát mảnh vỏ, đọc mô tả và chỉ ra khớp bản lề, đỉnh vỏ, đường sinh trưởng và lớp xà cừ trên Hình 4. Ghi nhãn vỏ trên phiếu trả lời. Sẹo cơ khép đã được chỉ sẵn làm ví dụ.



Hình 4: Mặt ngoài (A) và mặt trong (B) của vỏ hai mảnh điển hình.

Chỗ ghi nhãn: khớp bản lề ______; đỉnh vỏ ______; đường sinh trưởng ______; lớp xà cừ ______.

Nguồn không in điểm câu này; gói dùng tiêu chí 4 điểm do biên soạn.

Chú thích hình: A: mặt ngoài; B: mặt trong; adductor muscle scar: sẹo cơ khép (nhãn ví dụ nguồn).