Chuyên đề Vật lí 10 Bài 1 (Chân trời sáng tạo): Sơ lược về sự phát triển của Vật lí

Giải bài tập Chuyên đề Vật lí 10 Bài 1: Sơ lược về sự phát triển của Vật lí

A/ Câu hỏi đầu bài

Mở đầu trang 5 Chuyên đề Vật lí 10: Trong bài 1 sách giáo khoa Vật lí 10 các em đã tìm hiểu khái quát về đối tượng, mục tiêu và một số phương pháp nghiên cứu vật lí cũng như ảnh hưởng của vật lí đến các lĩnh vực khác nhau trong đời sống hàng ngày. Để đạt được những thành tựu và ảnh hưởng sâu rộng như hiện nay vật lí đã trải qua những giai đoạn phát triển và vượt qua những khó khăn nào? Trong những thập niên đầu của thế kỷ XXI, vật lí đã đạt được những thành tựu nổi bật nào và một số lĩnh vực của vật lí hiện đại là gì?

Lời giải:

Để đạt được những thành tựu và ảnh hưởng sâu rộng như hiện nay vật lí đã trải qua những giai đoạn phát triển:

- Vật lí thực nghiệm.

- Vật lí cổ điển.

- Vật lí hiện đại.

Và vượt qua những khó khăn:

- “Khủng hoảng vùng tử ngoại (ultraviolet catastrophe)”trong quá trình nghiên cứu về bức xạ của vật đen tuyệt đối, các kết quả tính toán và lý thuyết điện từ cho kết quả sai lệch hoàn toàn so với kết quả thực nghiệm ở vùng bước sóng tử ngoại. Ngoài ra các tính toán lý thuyết còn đưa ra một kết quả vô lý khi cho rằng năng lượng của vật đen tuyệt đối là vô cùng.

Vào thế kỷ XVII nhà vật lí Christiaan Huyghens (1629 – 1695) đã giải thích thành công hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng khi cho rằng bản chất của ánh sáng là sóng. Tuy nhiên sau các thí nghiệm Albert Michelson và Edward Morley cho thấy vấn đề về môi trường truyền sóng ánh sáng chưa được giải quyết một cách triệt để.

Trong những thập niên đầu của thế kỷ XXI, vật lí đã đạt được những thành tựu nổi bật phát hiện sóng hấp dẫn tạo ra do sự sáp nhập của hai hố đen vũ trụ và laser.

Một số lĩnh vực của vật lí hiện đại là

- Vật lí hạt nhân.

-Vật lí laser.

-Vật lí nguyên tử, phân tử và quang học.

-Vật lí kĩ thuật: cơ khí, điện - điện tử.

-Vật lí thiên văn và vũ trụ.

-Vật lí nano.

-Vật lí tính toán lượng tử.

-Vật lí vật chất ngưng tụ.

-Vật lí bán dẫn, công nghệ vật liệu.

-Vật lí y học, vật lí sinh học.

-Vật lí cơ bản và năng lượng cao.

B/ Câu hỏi giữa bài

1. Sơ lược về lịch sử hình thành của Vật lí thực nghiệm và một số thành tựu

Câu hỏi 1 trang 5 Chuyên đề Vật lí 10:

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.

Lời giải:

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

- Newton tìm ra định luật cơ bản về chuyển động đặt nền móng cho cơ học cổ điển.

- 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 dải màu liên tục từ đỏ đến tím. Ngoài ra Newton cũng nêu ra giả thuyết ánh sáng có tính chất hạt.

- Michael Faraday (1791 – 1867)  nghiên cứu các hiện tượng về điện từ và mối quan hệ tương hỗ giữa điện và từ hay còn gọi là hiện tượng cảm ứng điện và từ. Đây là cơ sở cho sự ra đời của máy phát điện xoay chiều.

- Sự ra đời của động cơ hơi nước vào năm 1765 của James Watt (1736 -1819) là thành tựu quan trọng của vật lí thực nghiệm trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.

- Thomas Young (1773 – 1829) thực hiện thí nghiệm giao thoa ánh sáng từ đó chứng minh ánh sáng có tính chất sóng.

Vậy vật lí thực nghiệm có vai trò quan trọng trong sự phát triển của vật lý. Khẳng định hoặc bác bỏ cho những lí thuyết trước đó, cơ sở để vật lí làm tiền đề cho các cuộc cách mạng khoa học, công nghiệp, kĩ thuật,… chế tạo các thiết bị máy móc phục vụ vào cuộc sống, sinh hoạt, sản xuất, …

Câu hỏi 2 trang 6 Chuyên đề Vật lí 10: Tiến hành thí nghiệm để chứng minh quan điểm vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ của Aristotle là không chính xác.

Lời giải:

Ta tiến hành các thí nghiệm:

Thí nghiệm 1: Thả rơi hai tờ giấy giống nhau, nhưng một tờ được vo tròn, một tờ để phẳng. Ta thấy hai vật nặng như nhau lại rơi nhanh, chậm khác nhau.

Thí nghiệm 2: Thả một viên phấn nhỏ và một tấm bìa phẳng (nặng hơn viên phấn) ta thấy vật nhẹ rơi nhanh hơn vật nặng.

Vậy quan điểm vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ của Aristotle là không chính xác.

Luyện tập trang 6 Chuyên đề Vật lí 10: Nêu vai trò của vật lí thực nghiệm trong quá trình phát triển của khoa học

Lời giải:

Vai trò của vật lí thực nghiệm trong quá trình phát triển của khoa học là

- Vật lí thực nghiệm ra đời mở đầu cho kỉ nguyên nghiên cứu vũ trụ.

- Là cơ sở cho sự ra đời ngành điện xoay chiều.

- Là cơ sở cho sự ra đời của ngành nhiệt động lực học.

- Là cơ sở cho sự ra đời của sóng ánh sáng và lượng tử ánh sáng.

2. Vai trò của cơ học Newton trong sự phát triển của vật lí

Câu hỏi 3 trang 7 Chuyên đề Vật lí 10:

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

Lời giải:

Những đóng góp quan trọng của Newton trong các lĩnh vực nghiên cứu khác

- Isaac Newton đã xây dựng nên hệ thống các định luật về chuyển động và định luật vạn vật hấp dẫn. Hệ thống các định luật này đã tạo cơ sở lý luận và Toán học vững chắc cho sự ra đời và phát triển của cơ học cổ điển khi có thể giải thích không chỉ các chuyển động của các vật thể trong cuộc sống hàng ngày mà còn cả các hành tinh và các vật thể trong vũ trụ.

- Newton đã chế tạo kính thiên văn phản xạ thực tế đầu tiên và phát triển một lý thuyết phức tạp về màu sắc dựa trên quan sát rằng một lăng kính phân tách ánh sáng trắng thành các màu của quang phổ nhìn thấy được.

- Ông cũng đưa ra định luật thực nghiệm về sự tiêu tán nhiệt, thực hiện phép tính lý thuyết đầu tiên về tốc độ âm thanh và đưa ra khái niệm về chất lỏng Newton.

- Ngoài ra Newton đã phát minh công cụ toán học có tên gọi là phép tính vi phân và tích phân để phục vụ cho những phép tính của mình. Sau này các phép tính vi phân và tích phân trở thành một ngành nghiên cứu quan trọng của toán học được gọi là giải tích.

3. Một số nhánh nghiên cứu chính của vật lí cổ điển

Câu hỏi 4 trang 8 Chuyên đề Vật lí 10: Quan sát hình 1.4 và kết nối với từng trường hợp với những nhánh nghiên cứu chính của vật lí cổ điển

Lời giải:

Hình 1.4 a luồng khí qua ô tô: cơ học (cụ thể là khí động lực học).

Hình 1.4 b chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt Trời: cơ học cổ điển (cụ thể là các lực tương tác).

Hình 1.4 c than củi đang cháy: nhiệt động lực học.

Hình 1.4 d cầu vồng: quang học.

Hình 1.4 e sạc điện cho xe: điện và từ học.

Hình 1.4 f nhà máy nhiệt điện: nhiệt động lực học.

Luyện tập trang 9 Chuyên đề Vật lí 10: Hệ thống hóa các nhánh nghiên cứu chính của vật lý cổ điển bằng sơ đồ tư duy trong đó nêu rõ ví dụ thực tiễn để minh họa cho từng nhánh nghiên cứu.

Lời giải:

Vận dụng trang 9 Chuyên đề Vật lí 10:

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

Lời giải:

Nicolaus Copernicus đã phá vỡ quan niệm Trái đất nằm ở trung tâm của vũ trụ tồn tại suốt nhiều thế kỷ. Bằng những lập luận sắc bén trong thuyết nhật tâm, ông đề xuất rằng Trái đất và các hành tinh khác quay xung quanh Mặt trời.

Bén duyên với thiên văn học

- Nicolaus Copernicus được sinh ra tại Torun, một thành phố ở phía bắc trung tâm của Ba Lan, vào ngày 19/2/1473. Cha của Copernicus là một thương nhân giàu có, nhưng ông qua đời sớm khi Copernicus lên 10 tuổi. Kể từ đó, Copernicus chuyển tới sống với người cậu Lucas Watzenrode. Sau khi được phong chức Giám mục Warmia, Watzenrode trở thành người bảo trợ quan trọng cho cháu trai của mình. Ngay từ nhỏ, Copernicus được tiếp xúc với một nền giáo dục tốt nhất thời bấy giờ để chuẩn bị sẵn sàng cho sự nghiệp về giáo luật. Năm 1491, Copernicus học giáo dục khai phóng (liberal arts) tại Đại học Krakow, bao gồm các môn thiên văn học và chiêm tinh học. Vài năm sau, giống nhiều người Ba Lan thuộc tầng lớp xã hội của mình, Copernicus được gửi sang Italy để nghiên cứu y học và luật.

Nicolaus Copernicus. Ảnh: Alamy

- Khi học tại Đại học Bologna (Italy), Copernicus từng sống một thời gian trong nhà của Domenico Maria de Novara, nhà thiên văn nổi tiếng nhất của trường đại học này. Vào thời điểm đó, thiên văn học cũng như chiêm tinh học có mối liên hệ chặt chẽ và được coi trọng như nhau. Novara chịu trách nhiệm đưa ra các tiên đoán chiêm tinh cho những người cai trị và giới quý tộc của thành phố Bologna. Copernicus đôi khi hỗ trợ thầy quan sát bầu trời, và Novara đã hướng dẫn học trò về phản biện trong chiêm tinh, cũng như các khía cạnh của hệ thống Ptolemaic (thuyết địa tâm), xem Trái đất là trung tâm của vũ trụ.

- Copernicus sau đó học tại Đại học Padua, và nhận bằng tiến sĩ giáo luật của Đại học Ferrara vào năm 1503. Copernicus quay lại Ba Lan, nơi ông chịu trách nhiệm quản lý công việc của một nhà thờ, đồng thời là bác sĩ chữa bệnh cho người dân. Vào thời gian rảnh rỗi, Copernicus dành hết tâm huyết cho hoạt động nghiên cứu học thuật, bao gồm thiên văn học. Năm 1514, danh tiếng của Copernicus trên cương vị một nhà thiên văn học đã vang xa, giúp ông trở thành người tư vấn cho các lãnh đạo giáo hội trong việc cải tổ lịch Julius.

- Ngành vũ trụ học châu Âu đầu thế kỷ 16 cho rằng, Trái đất đứng yên và nằm bất động ở trung tâm của một số mặt cầu xoay tròn, mang theo các thiên thể như Mặt trời, Mặt trăng, những hành tinh đã biết và các ngôi sao. Lý thuyết này do nhà thiên văn học Ptolemy đề xuất từ đầu thế kỷ thứ 2 sau công nguyên trong cuốn sách Almagest. Để giải thích chuyển động giật lùi của nhiều hành tinh trên bầu trời, Ptolemy đã sử dụng một hệ thống các vòng ngoại luân (epicycles) – theo đó các hành tinh phải chuyển động trên những vòng tròn nhỏ hơn gắn với các mặt cầu tương ứng của chúng. Mô hình của Ptolemy phù hợp với hầu hết quan sát thiên văn, đồng thời tạo ra được một hệ thống tương đối chính xác để tiên đoán vị trí các thiên thể trên bầu trời. Lý thuyết của Ptolemy được các nhà khoa học châu Âu chấp nhận trong hơn 1.000 năm.

Sự ra đời của thuyết nhật tâm

- Đến thời Copernicus, các bằng chứng thiên văn đủ nhiều cho thấy một số lý thuyết của Ptolemy không chính xác. Một số nhà thiên văn học không còn nhất trí với thứ tự của các hành tinh tính từ Trái đất, và đó là vấn đề mà Copernicus muốn tập trung giải quyết.

- Trong giai đoạn từ năm 1508 đến năm 1514, Copernicus viết một chuyên luận thiên văn ngắn gọi là “Commentariolus”, đặt nền tảng cho hệ thống nhật tâm. Tác phẩm này không được công bố khi Copernicus còn sống, nhưng ông đã lưu hành một số bản viết tay và gửi cho bạn bè. Trong chuyên luận, Copernicus xác định chính các thứ tự của các hành tinh đã biết vào thời kỳ đó. Ông cho rằng, các hành tinh chuyển động quanh Mặt trời, trong khi Mặt trời đứng yên. Sử dụng kết quả quan sát của mình và nhiều nhà nghiên cứu khác, Copernicus đã ước tính chu kỳ quỹ đạo của mỗi hành tinh quay quanh Mặt trời tương đối chính xác: Sao Thủy (88 ngày), Sao Kim (225 ngày), Trái đất (một năm), Sao Hỏa (1,9 năm), Sao Mộc (12 năm), và Sao Thổ (30 năm).

- Đối với Copernicus, lý thuyết nhật tâm của ông không hẳn là một bước ngoặt, bởi vì nó tạo ra nhiều vấn đề lớn cần phải giải quyết. Ví dụ, các vật thể nặng luôn được cho là rơi xuống mặt đất vì Trái đất là trung tâm của vũ trụ. Vậy tạo sao chúng lại rơi xuống đất trong một hệ thống lấy Mặt trời làm trung tâm? Copernicus vẫn giữ niềm tin cổ xưa cho rằng, sự chuyển động của các hành tinh tuân theo những quỹ đạo tròn. Nhưng dữ liệu quan sát thực tế của ông cho thấy, các hành tinh và ngôi sao không quay quanh Mặt trời theo quỹ đạo tròn. Do đó, Copernicus đã trì hoãn xuất bản công trình thiên văn lớn nhất của mình mang tên “De revolutionibus orbium coelestium”, tạm dịch là “Bàn về sự chuyển động quay của các thiên thể”. Cuốn sách hoàn thành vào năm 1530, nhưng nó không được công bố cho đến khi Copernicus qua đời năm 1543.

- Trong tác phẩm này, Copernicus lập luận rằng Trái đất tự quay quanh trục của nó mỗi ngày trong lúc quay quanh Mặt trời. Độ nghiêng của trục quay tạo ra các mùa trên Trái đất và sự tiến động của các điểm phân (precession of the equinoxes). Sai sót lớn trong công trình của Copernicus bao gồm khái niệm Mặt trời là trung tâm của toàn vũ trụ, chứ không chỉ riêng hệ Mặt trời. Việc Copernicus chưa xác định được quỹ đạo hình elip của các hành tinh đã khiến ông buộc phải kết hợp nhiều vòng ngoại luân vào hệ thống của mình, giống như Ptolemy. Do chưa có những hiểu biết về trọng lực, nên Copernicus giả định Trái đất và các hành tinh quay xung quanh Mặt trời trên những mặt cầu khổng lồ trong suốt.

- Trong lời đề tặng của cuốn sách De revolutionibus orbium coelestium, Copernicus ghi chú rằng “toán học được viết ra dành cho các nhà toán học”. Nếu tác phẩm dễ tiếp cận hơn, chắc hẳn sẽ có nhiều người phản đối khái niệm phản Kinh thánh về vũ trụ của ông và xem nó là dị giáo. Suốt nhiều thập kỷ, tác phẩm của Copernicus không được nhiều người biết đến, ngoại trừ một số nhà thiên văn học giỏi nhất. Hầu hết những người này, dù ngưỡng mộ một số lập luận của Copernicus, đã bác bỏ cơ sở thuyết nhật tâm của ông. Phải đến đầu thế kỷ 17, Galileo Galilei và Johannes Kepler mới hoàn thiện và phổ biến lý thuyết của Copernicus – điều này đã khiến Galileo phải đối mặt với Tòa án dị giáo La Mã. Sau khi công trình cơ học thiên thể của Isaac Newton vào cuối thế kỷ 17 được công bố, sự chấp nhận thuyết nhật tâm lan truyền nhanh chóng ở các quốc gia ngoài Công giáo, và đến cuối thế kỷ 18, nó gần như được chấp nhận rộng rãi.

4. Sự khủng hoảng của vật lí cuối thế kỉ XIX và sự ra đời của vật lí hiện đại

Câu hỏi 5 trang 9 Chuyên đề Vật lí 10:

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?

Lời giải:

- Trong vật lý học, vật đen tuyệt đối, hay ngắn gọn là vật đen, là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các bức xạ điện từ chiếu đến nó, bất kể bước sóng nào. Điều này có nghĩa là sẽ không có hiện tượng phản xạ hay tán xạ trên vật đó, cũng như không có dòng bức xạ điện từ nào đi xuyên qua vật.

- Ý nghĩa vật lý về khả năng hấp thụ 100% bức xạ điện từ chiếu vào mang đến cái tên "đen" cho vật thể. Tuy nhiên, các vật thể này không đen, mà chúng luôn bức xạ trở lại môi trường xung quanh các bức xạ điện từ, tạo nên quang phổ đặc trưng cho nhiệt độ của vật, gọi là bức xạ vật đen. Quang phổ của vật đen là quang phổ liên tục và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật đen.

- Vật đen định nghĩa như trên là một vật lý tưởng, không tồn tại trong thực tế, có đặc tính biến tất cả năng lượng nhận được thành năng lượng bức xạ đặc trưng cho nhiệt độ của vật, với bất kỳ trị số nào của bước sóng. Mô hình vật đen là một mô hình lý tưởng trong vật lý, nhưng có thể áp dụng gần đúng cho nhiều vật thể thực tế. Các vật thể thực đôi khi được mô tả chính xác hơn bởi khái niệm vật xám. Vật thể trên thực tế gần đúng với khái niệm vật đen nhất là lỗ đen, là vật có lực hấp dẫn mạnh đến nỗi hút gần như tất cả các vật chất (hạt, sóng bức xạ) nào ở gần nó.

- Một vật màu đen không hẳn là một vật đen. Thí dụ: chiếc tàu lặn sơn đen đi trong đêm tối. Tuy chúng ta không thấy nó, nhưng nó vẫn bị phát hiện bởi radar, có nghĩa là nó vẫn phản xạ các tia đó với độ dài sóng radar.

- Theo em tốc độ truyền ánh sáng không phụ thuộc vào tốc độ của nguồn sáng vì khi nghiên cứu sâu lý 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 ether tương tự như môi trường không khí có thể truyền sóng âm. Các nhà vật lí cho rằng Trái Đất chuyển động trong môi trường ether giả định đứng yên. Do đó, tốc độ của ánh sáng phụ thuộc vào tốc độ tương đối giữa Trái Đất và ether. Từ đó các nhà vật lí đã dành rất nhiều công sức tìm ra bằng chứng về sự tồn tại của môi trường ether. Trong nỗ lực giải quyết bài toán này, nhà vật lí Albert Michelson (1852 – 1931) đã xây dựng giao thoa kế sau này được đặt tên là giao thoa kế Michelson để cùng với Edward Morley (1838– 1923) thực hiện thí nghiệm đo tốc độ ánh sáng và xác định môi trường giả định ether. Tuy nhiên, các thí nghiệm của Michelson với độ chính xác ngày càng cao luôn cho ra kết quả “âm”, nghĩa là cho thấy tốc độ truyền ánh sáng trong cùng một môi trường là một hằng số,  hoàn toàn không phụ thuộc vào môi trường ether.

Câu hỏi 6 trang 12 Chuyên đề Vật lí 10:

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

Lời giải:

Những hiểu biết của em về một số lĩnh vực nghiên cứu chính của vật lí hiện đại là:

- Vật lí hạt nhân là một nhánh của vật lí đi sâu nghiên cứu về hạt nhân của nguyên tử (gọi tắt là hạt nhân). Các ứng dụng phổ biến nhất được biết đến của vật lí hạt nhân là sự tạo năng lượng hạt nhân và công nghệ vũ khí hạt nhân, nhưng các nghiên cứu đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm trong y học hạt nhân, hình ảnh cộng hưởng điện từ, cấy ion trong kỹ thuật vật liệu, bức xạ cacbon xác định tuổi trong địa chất học và khảo cổ học. Vật lí hạt nhân gồm 3 phần: mô tả các hạt cơ bản (prôtôn và nơtrôn) và các tương tác giữa chúng, phân loại và trình bày các tính chất của hạt nhân, và cung cấp các kỹ thuật tân tiến mà nó mang lại.

- Vật lí vật chất ngưng tụ là một nhánh của vật lí học nghiên cứu các tính chất vật lí của pha ngưng tụ của vật chất. Các nhà vật lí vật chất ngưng tụ có xu hướng muốn hiểu được hành xử của những pha này bằng cách sử dụng các định luật vật lí. Đặc biệt, bao gồm các định luật của cơ học lượng tử, điện từ học và cơ học thống kê.

Khoa học nghiên cứu vật lí vật chất ngưng tụ bao gồm những đo đạc về các tính chất của vật liệu thông qua các thí nghiệm thăm dò song hành với các kỹ thuật dựa trên vật lí lí thuyết nhằm phát triển các mô hình toán học giúp hiểu được các tính chất vật lí của hệ.

Sự đa dạng của các hệ ngưng tụ cũng như nhiều hiện tượng liên quan khiến cho lĩnh vực nghiên cứu vật chất ngưng tụ là một trong những hoạt động sôi nổi của vật lí hiện đại. Nhiều nhánh trong vật lý học như tinh thể học, luyện kim, lí thuyết đàn hồi, từ học,..., được nghiên cứu như những nhánh riêng biệt cho đến tận những năm 1940 khi chúng được quy gọn lại trong ngành Vật lí trạng thái rắn. Trong khoảng những năm 1960, nhánh nghiên cứu các tính chất vật lí của chất lỏng đã đưa vào ngành này, và ngành này trở thành Vật lí vật chất ngưng tụ.

- Vật lí thiên văn được định nghĩa là “một nhánh của thiên văn học chuyên áp dụng các định luật vật lý và hóa học để xác định bản chất của các thiên thể, thay vì tìm hiểu vị trí và chuyển động của chúng trong không gian.” Vật lí thiên văn nghiên cứu Mặt Trời, các sao, môi trường liên sao và nền vi sóng vũ trụ. Vật lí thiên văn cũng khảo cứu phổ điện từ được các quang phổ kế thu nhận và từ đó suy luận ra các đặc điểm vật lí, hóa học của thiên thể. Nhà vật lí thiên văn sẽ sử dụng các bộ môn chủ chốt của vật lý để giải mã vũ trụ. Cơ học thống kê, Cơ học lượng tử, thuyết tương đối rộng, nhiệt động lực học, điện động lực học, vật lý hạt nhân và vật lí hạt cơ bản là những công cụ giúp nhà vật lí thiên văn có thể giải mã những bí ẩn của vũ trụ.

Luyện tập trang 12 Chuyên đề Vật lí 10: 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:

Vận dụng trang 12 Chuyên đề Vật lí 10: 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 kỷ XXI

Lời giải:

- Laser là một trong những thành tựu lớn nhất của vật lý hiện đại trong thế kỷ XXI, được phát minh vào những năm thập niên 60 của thế kỷ XX ứng dụng của laser nhanh chóng tạo nên một cơn sốt rộng khắp trên nhiều lĩnh vực như: công nghệ chữa bệnh bằng laser trong y khoa, cắt kim loại bằng laser trong công nghiệp chế tạo cơ khí, quang học ứng dụng, điện tử, công nghệ thông tin và nhiều lĩnh vực đa dạng khác.

- Ứng dụng rộng rãi nhất của công nghệ laser là trên lĩnh vực gia công chế tạo máy, khả năng cắt nhanh chóng chính xác khiến ngành công nghiệp này vươn lên một tầm cao mới. Đối với các công cụ truyền thống, khi gia công kim loại và chế tác vật liệu đòi hỏi người thợ phải hao tổn nhiều thời gian và công sức mới tạo ra được sản phẩm ưng ý, tuy vậy vẫn còn nhiều nhược điểm lớn không thể khắc phục như không gia công được các sản phẩm có chi tiết phực tạp, vật liệu quá cứng, quá mỏng hay đường cong, đường gấp khúc…. Công nghệ laser là giải pháp toàn diện cho những nhược điểm trên. Máy cắt laser bằng kim loại, soi rãnh kim loại, soi rãnh Inox được hoạt động dựa trên nguyên lý tự động hóa, mọi thông số được lập trình trên máy, chỉ cần bấm công tắc và vận hành. Laser có thể xử lý được hầu hết các kim loại, vật liệu siêu cứng, chi tiết cực nhỏ, chi tiết phức tạp... chỉ trong một lần cắt mà không cần tốn nhiều thời gian sức lực, giúp tiết kiệm nguyên liệu, chi phí và gia tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh.

- Ứng dụng của laser trong Y học đã tạo ra một bước phát triển mới đầy triển vọng trong việc chuẩn đoán và điều trị. Nhiều nhà khoa học cho rằng, qua thế kỷ XXI dao mổ laser sẽ thay thế hoàn toàn lưỡi dao mổ trước đây. Việc sử dụng laser có công suất thấp trong điều trị không dùng thuốc cũng là một ứng dụng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực công nghệ sinh học.

- Đối với lĩnh vực công nghệ thông tin, laser phát triển đến mức người ta dự đoán rằng trong thế kỷ XXI cáp quang học sẽ thay thế hoàn toàn cho các loại cáp hiện nay, khái niệm “điện tử” sẽ thay bằng “quang tử”. Thực tế ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa ứng dụng nhiều công nghệ laser vào cuộc sống, một phần vì giá thành các loại máy laser còn khá cao chủ yếu nhập khẩu ở thị trường nước ngoài, mặt khác là do nước ta chưa tự chế tạo được các loại máy laser ứng dụng.

- Hy vọng trong tương lai gần các kỹ sư công nghệ tại Việt Nam có thể chế tạo thành công các loại máy có ứng dụng công nghệ laser, từ đó làm giảm giá thành và tạo bước đệm cho các ngành công nghiệp nước ta phát triển mạnh mẽ, nhất là ngành gia công soi rãnh inox, công cắt kim loại bằng laser. 

C. Bài tập

Bài 1 trang 13 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu và vẽ sơ đồ một số mốc quan trọng trong sự hình thành và phát triển của Vật lí

Lời giải:

Bài 2 trang 13 Chuyên đề Vật lí 10: 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:

- 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 chẩn 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 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 được ứng dụng vào chẩn 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 các bác sĩ chẩn đoán sớm và chính xác bệnh tật 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.

Xem thêm lời giải Chuyên đề Vật lí lớp 10 bộ sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 2: Giới thiệu một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí

Bài 3: Ứng dụng của vật lí trong một số ngành nghề

Bài 4: Xác định phương hướng

Bài 5: Chuyển động nhìn thấy của một số thiên thể trên nền trời sao

Bài 6: Một số hiện tượng thiên văn