Bài 1. Sơ lược về sự phát triển của Vật lí - Chuyên đề học tập Lí 10 Chân trời sáng tạo

CH

Trình bày một số kết quả nổi bật của Vật lí thực nghiệm. Từ đó phân tích được vai trò của Vật lí thực nghiệm trong sự phát triển của Vật lí.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết trong sách chuyên đề

Lời giải chi tiết:

- Một số kết quả nổi bật của Vật lí thực nghiệm:

v

+ Galilei chế tạo thành công kính thiên văn vào năm 1609 và mở đầu cho kỉ nguyên nghiên cứu vũ trụ.

+ Newton nghiên cứu hiện tượng tán sắc ánh sáng chứng minh ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc mà là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu trải dài liên tục từ đỏ đến tím. Ngoài ra Newton cũng nêu ra giả thuyết ánh sáng có tính chất hạt.

+ Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ của Faraday tạo cơ sở cho sự phát minh ra điện.

+ Sự ra đời của động cơ hơi nước vào năm 1765 của James Watt 

+ Phát minh ra bóng đèn dây tóc

=> Vai trò của Vật lí thực nghiệm: Vật lí thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của Vật lí khi giúp phát hiện ra những hiện tượng mới cũng như kiểm chứng lại những nghiên cứu lí thuyết. Vật lí thực nghiệm đóng vai trò quyết định trong việc công nhận hay phản bác một vấn đề khoa học trong Vật lí, đúng như nhà Vật lí Richard P.Feynman đã nói: “Không quan trọng lí thuyết của bạn đẹp đến đâu hay bạn thông minh đến mức nào. Nếu lí thuyết đó không đúng với kết quả thực nghiệm thì nó sai”.

CH

Tiến hành thí nghiệm để chứng minh quan điểm vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ của Aristotle là không chính xác.

Lời giải chi tiết:

Các bước tiến hành thí nghiệm:

+ Thả hai vật có khối lượng khác nhau nhưng có hình dạng tương đương nhau từ cùng một độ cao => rơi đồng thời

+ Thả hai vật có khối lượng bằng nhau nhưng có hình dạng khác nhau (một tờ giấy để phẳng và một tờ giấy vo tròn) từ cùng một độ cao => rơi không đồng thời dù khối lượng bằng nhau.

LT

Nêu vai trò của Vật lí thực nghiệm trong quá trình phát triển của khoa học.

Lời giải chi tiết:

Vật lí thực nghiệm không chỉ đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển chung của Vật lí mà còn có ở ngành khoa học khác:

+ Trong hóa học: phương pháp điện phân được phát triển dựa trên các phương pháp thực nghiệm về hiện tượng điện và từ. Các phương pháp phân tích trong hóa học cũng dựa trên những nghiên cứu về quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD – X-ray difraction), kính hiển vi điện tử quét.

+ Trong khoa học vật liệu: phương pháp chụp hình độ phân giải cao không phá hủy mẫu dựa trên các phương pháp thực nghiệm tán xạ của Vật lí hạt nhân.

+ Trong y học: Các phương pháp chuẩn đoán và điều trị sử dụng rất nhiều thành tựu của Vật lí thực nghiệm như những nghiên cứu về X-quan, phóng xạ, siêu âm, laser,...

CH

Tìm hiểu và trình bày những đóng góp quan trọng của Newton trong các lĩnh vực nghiên cứu khác.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết trong sách và tìm hiểu trên Internet

Lời giải chi tiết:

Một số đóng góp quan trọng của Newton trong các lĩnh vực nghiên cứu khác:

+ Toán học: Ông phát minh ra phép tính vi phân, tích phân, phương pháp nhị thức Newton, phương pháp tính xấp xỉ trong thực nghiệm, phương pháp tìm nghiệm của các phương trình

+ Quang học: Ông đã có những nghiên cứu về các hiện tượng phản xạ, tán sắc và có những lí giải ban đầu (dù chưa thật sự chính xác) về bản chất của ánh sáng là các hạt.

+ Nhiệt học: Ông cũng có những nghiên cứu về hiệnt ượng truyền nhiệt

+ Newton có một số đóng góp vào việc phát hiện và xử lí nạn tiền xu giả tại Anh.

CH

Quan sát Hình 1.4 và kết nối từng trường hợp với những nhánh nghiên cứu chính của Vật lí cổ điển.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ kết hợp kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

a) Cơ học chất lưu

b) Cơ học

c) Nhiệt học

d) Quang học

e) Diện – từ học

f) Điện – từ học, nhiệt học

LT

Hệ thống hóa các nhánh nghiên cứu chính của Vật lí cổ điển bằng sơ đồ tư duy, trong đó nêu rõ ví dụ thực tiễn minh họa cho từng nhánh nghiên cứu.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học trong sách chuyên đề

Lời giải chi tiết:

VD

Tìm hiểu và viết bài luận ngắn về một thành tựu của Vật lí cổ điển mà em tâm đắc

Lời giải chi tiết:

Thành tựu của Vật lí cổ điển mà em tâm đắc: sóng siêu âm (âm học)

- Sóng siêu âm là một rung động được truyền qua một phương tiện, chẳng hạn như không khí, nước, kim loại. Sóng siêu âm là những âm thanh không nghe thấy được với tần số cao hơn giới hạn nghe thấy đối với con người, thường vượt quá 20 KHz cho tới vài GHz

- Sóng siêu âm có tần số cụ thể hoặc số lần dao động trong 1 giây và vận tốc của sóng siêu âm tại một thời điểm, nhiệt độ cụ thể là không đổi trong một môi trường. Công thức thể hiện là:

CH

Trình bày hiểu biết của em về vật đen tuyệt đối. Theo em, tốc độ truyền ánh sáng có phụ thuộc vào tốc độ của nguồn sáng hay không? Tại sao?

Phương pháp giải:

Tìm hiểu trên Internet và sách báo

Lời giải chi tiết:

- Vật đen tuyệt đối là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các bức xạ điện từ chiếu đến nó

- Vào thế kỉ XVII, nhà Vật lí Christiaan Huygens đã giải thíc thành công hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng khi cho rằng bản chất của ánh sáng là sóng. Tuy nhiên khi nghiên cứu sâu lí thuyết về sóng ánh sáng, các nhà vật lí đã đặt trong giả thuyết về một môi trường để ánh sáng truyền đi gọi là ê-te, tương tự như môi trường không khí có thể truyền sóng âm. Các nhà Vật lí cho rằng Trái Đất chuyển đọng trong môi trường ê-te giả định đứng yên. Do đó, tốc độ ánh sáng phụ thuộc vào tốc độ tương đối giữa Trái Đất và ê-te

=> Tốc độ ánh sáng không phụ thuộc vào tốc độ nguồn sáng

CH

Trình bày những hiểu biết của em về một số lĩnh vực nghiên cứu chính của Vật lí hiện đại

Lời giải chi tiết:

Một số lĩnh vực nghiên cứu chính của Vật lí hiện đại:

+ Vật lí cơ bản và năng lượng cao: nghiên cứu sự va chạm giữa các hạt để tìm hiểu tính chất của các hạt cơ bản cấu thành vũ trụ

+ Vật lí thiên văn và vũ trụ: nghiên cứu các chuyển động của các thiên thể, thiên hà trong vũ trụ. Ngoài ra, nhánh Vật lí này còn nghiên cứu sự hình thành các nguyên tốc trong vũ trụ với sự hỗ trợ của Vật lí hạt nhân

+ Vật lí bán dẫn, công nghệ vật liệu: nghiên cứu về chất bán dẫn để chế tạo các loại vi mạch, chip xử lí và các loại vật liệu tiên tiến.

VD

Ngoài thành tựu tiêu biểu trên, các em hãy tìm hiểu và viết bài luận ngắn về một số thành tựu nổi bật của Vật lí trong thế kỉ XXI.

Lời giải chi tiết:

Các em tự tìm hiểu trên Internet về một thành tựu nổi bật của Vật lí trong thế kỉ XXI và viết lại thành bài luận.

Ví dụ: Quá trình phát triển của Laser

Ngày nay Laser hiện diện ở nhiều nơi, nhưng khách quan mà nói, chúng ta hiểu về nó còn rất hạn chế. Laser phát triển mạnh mẽ vào những năm 1980 và bây giờ Laser phát triển rất nhanh, nó đã xâm nhập vào nhiều ngõ ngách của cuộc sống. Laser là chữ viết tắt của “Light Amplification by Stimulated Emisson of Radiation” nghĩa là khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cưỡng bức. Vào năm 1916, sau khi được bầu vào Viện hàn lâm khoa học Đức, Einstein bằng tư duy trừu tượng cao, đã nêu thuyết: nếu chiếu những nguyên tử bằng một làn sóng điện từ, sẽ có thể xảy ra một bức xạ “được kích hoạt” và trở thành một chùm tia hoàn toàn đơn sắc, ở đó tất cả những photon quang tử phát ra sẽ có cùng một bước sóng. Đó là một ý tưởng khoa học. Nhưng chưa ai có thể chứng minh nên lí thuyết đó và nó gần như bị lãng quên trong nhiều năm. Mãi tới năm 1951, giáo sư Charles Townes thuộc trường Đại học Columbia của thành phố New York mới chú ý đến sự khuếch đại của sóng cực ngắn vi sóng. Ông thực hiện một thí nghiệm mang tên Maser maze là khuếch đại vi sóng bằng bức xạ cảm ứng. Ông đã thành công mặc dù chi phí khá tốn kém để nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Cũng vào thời gian này, ở một phương trời khác, hai nhà khoa học Xô Viết là N.Batsov và A. Prokhorov cũng phát minh ra máy khuếch đại vi sóng và gần như cùng một dạng nguyên lí. Vì thế cả ba nhà khoa học nói trên đều được nhận giải thưởng Nobel Vật lí vào năm 1964. 

LT

Kết hợp với câu thảo luận 6, hệ thống hóa các hướng nghiên cứu chính của Vật lí hiện đại bằng sơ đồ tư duy

Lời giải chi tiết:

Sơ đồ tư duy về các hướng nghiên cứu chính của Vật lí hiện đại

Bài 1

Tìm hiểu và vẽ sơ dồ một số mốc quan trọng trong sự hình thàn và phát triển của Vật lí

Lời giải chi tiết:

Bài 2

Cho ví dụ về ứng dụng của một số lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí hiện đại trong thực tiễn cuộc sống

Lời giải chi tiết:

Ví dụ về ứng dụng của một số lĩnh vực của Vật lí hiện đại trong thực tiễn cuộc sống

- Vật lí hạt nhân: Việc phát hiện ra hiện tượng phóng xạ vào năm 1896 bởi nhà Vật lí người pháp Henri Becquerel và những nghiên cứu tinh chế và tổng hợp các nguyên tố phóng xạ của hai vợ chồng Pierre Curie và Marie Curie đã tạo ra cơ sở vững chắc cho sự hình thành và phát triển của Vật lí hạt nhân. Ứng dụng phổ biến nhất của Vật lí hạt nhân đó là khai thác năng lượng của quá trình phân rã hạt nhân để sản xuất điện. Trong y tế, kĩ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ hay chụp X-quang được sử dụng rộng rãi để chuẩn đoán các tổn thương ở các mô mềm hay cơ quan trong cơ thể

- Vật lí y – sinh học: Vật lí sinh học là một cầu nối khoa học giữa các nhà Vật lí, sinh học và y học. Vật lí y – sinh học sử dụng những phương pháp và định luật vật lí giúp các nhà sinh học tìm hiểu và nghiên cứu các cơ chế vận hành của những hệ sinh học như các sự tạo thành các phân tử của sự sống, các hệ phức hợp trong cơ thể sống (não, hệ tuần hoàn, hệ miễn dịch,...), và cách các tế bào hay mô dịch chuyển và liên lạc với nhau. Những thành tựu của Vật lí y – sinh học được ứng dụng vào chuẩn đoán hay điều trị các bệnh liên quan trong y học hoặc điều chế thuốc đặc trị. Các kĩ thuật chụp và phân tích hình ảnh có thể giúp bác sĩ chuẩn đoán sớm và chính xác bệnh của bệnh nhân. Việc mô phỏng quá trình tương tác giữa phân tử sinh học và thuốc giúp đẩy nhanh quá trình điều chế các loại vaccine hay thuốc đặc trị những bệnh mới có thể nhanh chóng đẩy lùi dịch bệnh.