Bài 1. Khái quát về môn vật lí
A/ Câu hỏi đầu bài
Câu hỏi mở đầu trang 5 SGK Vật lí 10: Ở cấp trung học cơ sở, các em đã tìm hiểu về: lực, năng lượng, âm thanh, ánh sáng, điện, từ, …; tất cả đều thuộc môn Vật lí.
Tuy nhiên, trước khi bắt đầu vào chương trình Vật lí cấp Trung học phổ thông, các em cần trả lời câu hỏi: Vật lí nghiên cứu gì? Nghiên cứu vật lí để làm gì? Nghiên cứu vật lí bằng cách nào?
Trả lời:
- Vật lý học - một cách tổng quát nhất đó là khoa học nghiên cứu về "vật chất" và
"sự tương tác". Cụ thể thì Vật lý là khoa học nghiên cứu về các quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và vũ trụ). Đối tượng nghiên cứu chính của vật lý hiện nay bao gồm vật chất, năng lượng.
- Vật lý còn được xem là ngành khoa học cơ bản bởi vì các định luật vật lý chi phối tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác. Điều này có nghĩa là những ngành khoa học tự nhiên như sinh học, hóa học, địa lý học... chỉ nghiên cứu từng phần cụ thể của tự nhiên và đều phải tuân thủ các định luật vật lý. Ví dụ, tính chất hoá học của các chất đều bị chi phối bởi các định luật vật lý về cơ học lượng tử, nhiệt động lực học và điện từ học.
- Vật lý có hai trường phái chính là Vật lí thực nghiệm và Vật lí lý thuyết. Trong khi vật lí thực nghiệm tập trung nhiều vào các phương pháp thí nghiệm và quan sát để làm tiền đề khẳng định, phát hiện những định lý, định luật… thì vật lí lý thuyết tập trung xây dựng các học thuyết vật lí. Nhưng tóm lại, vật lí vẫn là môn học thực nghiệm vì chỉ có thực nghiệm mới kiểm chứng được các lý thuyết khoa học.
B/ Câu hỏi giữa bài
I. Đối tượng – mục tiêu – phương pháp nghiên cứu vật lí Đối tượng nghiên cứu của Vật lí
Hình thành kiến thức mới 1 trang 5 SGK Vật lí 10:
Nêu đối tượng nghiên cứu tương ứng với từng phân ngành sau của Vật lí: cơ, ánh sáng, điện, từ
Trả lời:
Đối tượng nghiên cứu của cơ học: Tốc độ, quãng đường, thời gian, lực, mômen lực.
- Ánh sáng: Các hiện tượng quang học, đường truyền của tia sáng, các dụng cụ quang học.
- Điện: Dòng điện, mạch điện, các nguyên tắc trong sản xuất và truyền tải điện.
- Từ: Từ trường, nam châm, các hiện tượng từ như cảm ứng điện từ….
Mục tiêu của vật lí
Hình thành kiến thức mới 2 trang 6 SGK Vật lí 10:
Quan sát hình 1.2, thảo luận để nêu thế nào là cấp độ vi mô, vĩ mô.
Trả lời:
- Cấp vi mô: Là cấp độ các hạt có kích thước rất nhỏ từ khoảng 10-10 trở xuống như nguyên tử, proton, neutron, electron và bé hơn.
- Cấp độ vĩ mô, các vật có kích thước lớn hơn nhiều so với nguyên tử như các vật có kích cỡ tương đương con người cho tới các vật có kích thước lớn trong vũ trụ như các hành tinh, thiên hà, vũ trụ….
Phương pháp nghiên cứu của Vật lí Phương pháp thực nghiệm
Hình thành kiến thức mới 3 trang 7 SGK Vật lí 10:
Trình bày một số ví dụ khác để minh họa cho phương pháp thực nghiệm trong Vật lí
Trả lời:
Một số ví dụ:
- Lấy một vật phát ra âm thanh và cho truyền trong chất lỏng, chất rắn, không khí để chứng minh âm thanh có thể truyền trong các môi trường đó.
- Thí nghiệm dùng kính lúp hội tụ ánh sáng làm cháy các vật bằng gỗ, giấy… để chứng tỏ ánh sáng mặt trời mang năng lượng.
- Thí nghiệm đặt vật trong một luồng hơi mạnh chứng minh hình dáng khí động học của các vật ảnh hưởng tới chuyển động của chúng.
Phương pháp lí thuyết
Hình thành kiến thức mới 4 trang 8 SGK Vật lí 10:
Nêu nhận định về vai trò của thí nghiệm trong phương pháp thực nghiệm và xác định điểm cốt lõi của phương pháp lí thuyết.
Trả lời:
Có thể thấy các kết quả của thực nghiệm là cơ sở quan trọng nhất để kết luận tính đúng đắn của giả thuyết, mô hình hay lí thuyết vật lí. Điểm cốt lõi của phương pháp lí thuyết là các phương pháp và công cụ toán học. Tuy nhiên, nếu kết quả lí thuyết có chặt chẽ nhưng không phù hợp với thực nghiệm thì lý thuyết đó cũng không thể sử dụng.
Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ Vật lí
Luyện tập trang 9 SGK Vật lí 10:
Hãy sơ đồ hóa quá trình tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ Vật lí Trả lời:
II. Ảnh hưởng của Vật lí đến một số lĩnh vực trong đời sống kĩ thuật Ảnh hưởng của Vật lí trong một số lĩnh vực
Hình thành kiến thức mới 5 trang 10 SGK Vật lí 10:
Quan sát hình 1.5 và phân tích ảnh hưởng của Vật lí trong một số lĩnh vực. Từ đó, trình bày ưu điểm của việc ứng dụng Vật lí vào đời sống so với các phương pháp truyền thống ở các lĩnh vực trên.
Trả lời:
Hình a, b: Lĩnh vực truyền thông đã thay đổi rất nhiều nhờ Vật lí, thay vì phải truyền tin bằng người, động vật với tốc độ chậm và khối lượng thông tin hạn chế thì ngày nay Vật lí đã giúp chúng ta truyền thông tin đi tới bất cứ đâu và khối lượng không hạn chế thông qua hệ thống thông tin liên lạc viễn thông và công nghệ vệ tinh cùng hạ tầng cơ sở hiện đại.
Hình c,d: Vật lí giúp ích nhiều trong y học, với các thiết bị và công nghệ tiên tiến, con người đã chế tạo ra các công cụ phục vụ chữa bênh cho người với độ chính xác cao như máy đo nhịp tim, thiết bị dùng trong phẫu thuật, công nghệ nano giúp chữa các bênh nan y như ung thư. Trong tương lai, công nghệ sẽ giúp giới khoa học khám phá sâu hơn về con người ví dụ các lĩnh vực về tế bào, gene, nghiên cứu về thần kinh…
Hình e,f: Với quy trình đóng gói, máy móc đang dần dần thay thế con người với tốc độ cao, độ chính xác gần như tuyệt đối và có hệ thống, giúp tiết kiệm chi phí vận hành hệ thống logictic ở quy mô lớn.
Hình g,h: Lĩnh vực thiên văn với sự giúp sức của công nghệ, chúng ta đã đưa được các ống kính lớn lên vũ trụ, chụp được các bức ảnh với độ chi tiết ngày càng cao, góc càng rộng. Các tín hiệu thu được đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu không gian và xa hơn nữa… tìm kiếm những sự sống ngoài Trái Đất.
Hình thành kiến thức mới 6 trang 10 SGK Vật lí 10:
Hãy nêu và phân tích một số ứng dụng khác của Vật lí trong đời sống hằng ngày.
Trả lời:
Một số ứng dụng khác của Vật lí
- Công nghệ Laze dùng làm bút chiếu, dao mổ, cắt kim loại, dùng trong các máy tính, xóa vết xăm….
- Sóng âm được dùng trong dò tìm bom mìn (vốn rất kị với sóng điện từ), dò độ sâu đáy biển, làm máy siêu âm trong y học, dùng để tẩy rửa những vật nhỏ như đồ thí nghiệm với độ sạch cao.
- Hồng ngoại: Một dạng sóng điện từ được dùng trong quân sự (nhìn ban đêm), trong điều khiển từ xa, trong các loại bếp, sấy….
- Các loại pin công nghệ có thể dự trữ được lượng lớn năng lượng so với pin truyền thống và sử dụng được trong các máy có công suất cao. Công nghệ năng lượng hiện đại như pin mặt trời ngày càng có hiệu suất cao hơn giúp gia tăng lượng sản xuất năng lượng xanh phục vụ mục đích bảo vệ môi trường.
Luyện tập trang 11 SGK Vật lí 10:
Có ý kiến nhận định điện năng là thành tựu cốt lõi và huyết mạch của Vật lí cho nền văn minh của nhân loại. Hình 1.8 cho thấy các châu lục sáng rực về đêm. Trình bày quan điểm của em về nhận định này.
Trả lời:
Xét trên những khía cạnh nhất định thì nhận định này là đúng. Cho tới khi con người tìm ra được cách sử dụng năng lượng khác thì điện năng vẫn là nguồn năng lượng được con người sử dụng nhiều nhất và giữ vị trí độc tôn của nó trong sự phát triển của nền văn minh nhân loại.
Vận dụng trang 11 SGK Vật lí 10:
Tìm hiểu để viết bài thuyết trình ngắn về quá trình sản xuất, truyền tải và lợi ích của điện năng.
Trả lời:
Gợi ý:
- Sản xuất điện năng: Chủ yếu điện năng sản xuất trên thế giới là dưới dạng điện xoay chiều tới từ các nhà máy điện (thủy điện, nhiệt điện, điện gió, điện mặt trời, điện sóng biển, địa nhiệt….). Dòng điện sinh ra nhờ việc làm quay các tua – bin lớn thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Truyền tải điện năng: Điện năng được truyền tải thông qua hệ thống dây điện lớn, qua các trạm biến áp để chúng có thể đi được rất xa.
- Lợi ích của điện năng: Điện năng trong cuộc sống hiện đại ngày nay là một nguồn năng lượng không thể thiếu. Chúng duy trì hoạt động cho con người hàng ngày, là đầu vào cho các quy trình sản xuất.
C/ Bài tập
Bài tập 1 trang 11 SGK Vật lí 10:
Vào đầu thế kỉ XX, J.J.Thomson (Tôm -xơn) đã đề xuất mô hình cấu tạo nguyên tử gồm các electron phân bố đều trong một khối điện dương kết cấu tựa như khối mây.
Để kiểm chứng giả thuyết này, E.Rutherford (Rơ-dơ-pho) đã sử dụng tia alpha gồm các hạt mang điện dương bắn vào các nguyên tử kim loại vàng (Hình 1P.1). Kết quả của thí nghiệm đã bác bỏ giả thuyết của J.J.Thomson, đồng thời đã giúp khám phá ra hạt nhân nguyên tử. E.Rutherford đã vận dụng phương pháp nghiên cứu nào để nghiên cứu vấn đề này? Giải thích.
Trả lời:
Phương pháp giúp E.Rutherford nghiên cứu vấn đề này là phương pháp thực nghiệm.
Giải thích: Kết quả của nghiên cứu này được suy ra trực tiếp từ thực nghiệm bắn phá
các nguyên tử trên lá vàng chứ không phải các suy luận lí thuyết hay tính toán các phương trình toán học nào mà suy luận ra được.
Bài tập 2 trang 11 SGK Vật lí 10:
Tìm hiểu thực tế một số thiết bị vật lí dùng trong y tế để chẩn đoán, đo lường và chữa bệnh.
Gợi ý: Các thiết bị quang học của bệnh viện mắt, của các phòng khám bệnh chẩn đoán bằng hình ảnh, …
Trả lời:
Thiết vị chuẩn đoán đo lường và chữa bệnh ví dụ:
- Sợi quang dùng trong nội soi, phẫu thuật
- Máy chụp cắt lớp sử dụng sóng điện từ để chụp bên trong cấu tạo não của bệnh nhân.
- Máy chụp X-quang để chụp xương.
- Máy gia tốc dùng để tạo ra các tia phóng xạ điều trị ung thư.
- Máy kích tim sử dụng kiến thức về tác dụng sinh lí của dòng điện.
