Chuyên đề Vật lí 10 Bài 2 (Cánh diều): Ứng dụng của Vật lí trong một số lĩnh vực

Giải bài tập Chuyên đề Vật lí 10 Bài 2: Ứng dụng của Vật lí trong một số lĩnh vực

A/ Câu hỏi đầu bài

Mở đầu trang 19 Chuyên đề Vật lí 10: Những tiến bộ trong nghiên cứu vật lí đã được áp dụng để cải tiến kĩ thuật cũng như phát triển công nghệ mới trong hầu hết các lĩnh vực ngành nghề. Hãy mô tả việc sử dụng kiến thức vật lí trong một lĩnh vực khoa học hoặc ngành nghề mà bạn biết.

Lời giải:

Ứng dụng của vật Lí trong y học, góp phần quan trọng trong việc chuẩn đoán, điều trị, chăm sóc sức khỏe cho con người với một số phương pháp mang lại hiệu quả cao như:  vật lí trị liệu, chụp X-quang, chiếu xạ, chiếu tia phóng xạ, chiếu tia laser.

Ví dụ: Trong phẫu thuật tim: tia laser có tác dụng tái tạo sự phân bố mạch bằng laser xuyên qua cơ tim, tạo hình mạch bằng laser chọc qua da, nối vi phẫu động mạch bằng laser.

B/ Câu hỏi giữa bài

I. Ứng dụng vật lí trong quân sự

Câu hỏi 1 trang 20 Chuyên đề Vật lí 10: Kiến thức vật lí nào được áp dụng cho kĩ thuật phát hiện sớm các phương tiện tấn công của đối phương?

Lời giải:

Một số thiết bị được áp dụng kiến thức vật lí vào quân sự để phát hiện sớm các phương tiện tấn công của đối phương:

- Áp dụng nguyên lí về phản xạ âm để chế tạo tra chiếc rada hoàn chỉnh đầu tiên sử dụng trong quân sự năm 1935. Chỉ khác là rađa quân sự thường hoạt động ở tần số vô tuyến siêu cao tần, có bước sóng ngắn và có bản chất là sóng điện từ chứ không phải là sóng âm.

- Vận dụng tính chất đường truyền của tia sáng khi qua các kính, các nhà khoa học đã thiết kế ống nhòm để có thể nhìn được vật từ xa.

- Vận dụng tính chất tia hồng ngoại, các nhà khoa học đã chế tạo ra ống nhòm hồng ngoại để có thể quan sát mọi thứ vào ban đêm.

Câu hỏi 2 trang 20 Chuyên đề Vật lí 10: Sóng dùng trong kĩ thuật rađa quân sự của quân chủng phòng không không quân khác gì với sóng được cá heo sử dụng để xác định phương hướng?

Lời giải:

- Ở hành vi của một số loài động vật như cá heo,… khi xác định phương hướng và săn mồi chúng sử dụng siêu âm là âm có tần số trên 20 kHz.

- Còn rada quân sự thường hoạt động ở tần số vô tuyến siêu cao tần, có bước sóng ngắn và có bản chất là sóng điện từ chứ không phải là sóng cơ học.

Câu hỏi 3 trang 20 Chuyên đề Vật lí 10: Nguyên tắc vật lí nào được áp dụng để các máy bay tránh sóng rađa của đối phương?

Lời giải:

- Áp dụng "Phương pháp Sóng cạnh trong Lý thuyết Vật lý Nhiễu xạ". Phương pháp này cho phép tính toán mô hình nhiễu xạ của sóng radar từ máy bay, cũng như giúp thiết kế những hình dạng không phản xạ sóng radar trở lại nguồn phát, khiến phi cơ gần như biến mất khỏi màn hình radar.

- Áp dụng tính chất của các vật liệu có khả năng hấp thụ hay tán xạ sóng ra đa theo nhiều hướng chứ không phản xạ trở lại rađa.

Ví dụ: Người ta sơn ngoài chiếc máy bay một lớp sơn tàng hình bằng bột mịn niken, coban hoặc kim loại-kim loại đã bị oxy hóa. Lớp sơn này có thể làm tổn thương sóng radar, có tác dụng làm trong sóng. Hay sử dụng một chất liệu của muối kiềm chuyển sóng radar thành nhiệt năng và không thể phản xạ lại.

Câu hỏi 4 trang 21 Chuyên đề Vật lí 10: Định luật vật lí nào đã được áp dụng để cải thiện công nghệ chế tạo động cơ máy bay?

Lời giải:

Nhiều máy bay mới được thử nghiệm động cơ phản lực, từ loại thả bom đến loại chiến đấu. Động cơ phản lực tên lửa hoạt động dựa trên định luật II Niuton cho vật có khối lượng thay đổi.

Luyện tập 1 trang 21 Chuyên đề Vật lí 10: Thảo luận để thống nhất phương án và thực hiện dự án tìm hiểu về những ứng dụng vật lí đã giúp cải tiến các thiết bị, kĩ thuật trong lĩnh vực quân sự.

Lời giải:

Những ứng dụng vật lí đã giúp cải tiến các thiết bị, kĩ thuật trong lĩnh vực quân sự.

- Ứng dụng công nghệ nano để tạo ra những vũ khí nano nhỏ nhẹ.

- Ứng dụng công nghệ laser để chế tạo hệ thống laser không quân.

- Ứng dụng nguyên tắc phản lực để tạo ra súng bắn không giật, tên lửa,…

- Ứng dụng công nghệ hạt nhân tạo ra bom hạt nhân.

II. Ứng dụng Vật lí trong lĩnh vực truyền thông, thông tin

Câu hỏi 5 trang 23 Chuyên đề Vật lí 10: Lĩnh vực vật lí nào được áp dụng để truyền thông tin trong các máy điện báo?

Lời giải:

Chiếc máy điện báo đầu tiên ra đời đánh dấu ứng dụng điện trong thông tin và truyền thông.

Câu hỏi 6 trang 23 Chuyên đề Vật lí 10: Hãy chỉ ra những hiện tượng vật lí là cơ sở cho việc chế tạo điện thoại của Bell?

Lời giải:

Những hiện tượng vật lí là cơ sở cho việc chế tạo điện thoại của Bell là:

+ Vận dụng lí thuyết về cảm ứng điện từ, biến các rung động thành các tín hiệu điện và ngược lại.

+ Vận dụng kiến thức vật lí về việc âm thanh được tạo ra và truyền đi nhờ các rung động để thiết kế ra thiết bị giúp chuyển đổi âm thanh thành tín hiệu điện và ngược lại.

Câu hỏi 7 trang 24 Chuyên đề Vật lí 10: Thảo luận để chỉ ra nhu cầu trao đổi thông tin của con người đã thay đổi như thế nào từ thời có điện thoại của Bell đến khi có điện thoại thông minh?

Lời giải:

Khi đi vào sử dụng thực tế, người dùng nhận ra là điện thoại của Bell khá cồng kềnh và bất tiện, khi muốn gọi điện thì phải di chuyển đến vị trí cố định nơi có đặt điện thoại. Mọi người dần muốn một chiếc điện thoại nhỏ gọn để có thể mang theo người và liên lạc từ bất kì đâu, một chiếc điện thoại không chỉ có để nghe – nói mà còn phục vụ những nhu cầu kết nối khác nữa. Mong muốn này càng trở thành sự thực trong thực tế nhờ sự tiến bộ trong nghiên cứu vật lí bán dẫn. Các mạch điện tử được cải tiến để trở nên nhỏ gọn và tiêu tốn ít điện năng hơn, mở ra kỉ nguyên mới về công nghệ thông tin của loài người với sự ra đời của điện thoại thông minh, máy tính điện tử,…

Luyện tập 2 trang 24 Chuyên đề Vật lí 10: Thảo luận để thống nhất phương án và thực hiện dự án tìm hiểu về những ứng dụng vật lí đã giúp phát triển lĩnh vực thông tin, truyền thông.

Lời giải:

Những ứng dụng vật lí đã giúp phát triển lĩnh vực thông tin, truyền thông.

- Sự ra đời của máy tính có CPU được chế tạo từ vật liệu bán dẫn, để nhận các thông tin đầu vào từ thiết bị ngoại vi (chuột máy tính, bàn phím, máy in,...) hoặc các chương trình máy tính rồi phân tích. Từ đó, xuất thông tin ra ngoài màn hình hoặc có thể thực hiện tất cả các tác vụ của thiết bị ngoại vi yêu cầu.

- Sự ra đời của các vi mạch điện tử, có thể biến điệu tín hiệu thành sóng cao tần, sự lan truyền sóng trong không gian, sự thu, phát sóng từ các vệ tinh,… trong các quá trình này, các quy luật biến đổi của điện từ trường bị chi phối bởi hệ phương trình Maxwell.

- Những tiến bộ trong vật lí lượng tử đã đáp ứng yêu cầu chế tạo các siêu máy tính. Thế hệ siêu máy tính lượng tử đang được nghiên cứu để xử lí các phép tính phức tạp trong thời gian ngắn.

III. Ứng dụng Vật lí trong y học

Câu hỏi 8 trang 25 Chuyên đề Vật lí 10: Đặc điểm nào của tia X là cơ sở cho phương pháp chụp X-quang?

Lời giải:

Khi khám phá ra tia X, một loại bức xạ có khả năng đâm xuyên cơ thể con người và làm đen phim ảnh thì các nhà kĩ thuật đã nghĩ ngay đến việc ứng dụng tia này để “thấy” những gì xảy ra bên trong cơ thể bệnh nhân. Kết quả là phương pháp chụp X-quang ra đời.

Câu hỏi 9 trang 26 Chuyên đề Vật lí 10: Các tế bào bình thường lớn lên, phân chia để hình thành tế bào mới thay thế tế bào cũ già dần và chết đi. Những tế bào ung thư không chết đi mà liên tục phát triển và nhân lên không kiểm soát, tạo thành khối u. Đặc điểm nào của các tia phóng xạ đã được ứng dụng để điều trị ung thư?

Lời giải:

Các tia phóng xạ mà Rutherford tìm được tạo thành trong quá trình phân rã hạt nhân. Khả năng đâm xuyên và phá hủy tế bào của các tia (các bức xạ) này rất lớn. 

+ Tia phóng xạ này có khả năng đâm xuyên, phá hủy tế bào.

+ Nếu cường độ phóng xạ yếu thì chỉ có phần các tế bào tại vị trí bị phơi nhiễm phóng xạ sẽ chết đi. Việc của các nhà kĩ thuật là áp dụng những kết quả vật lí đã cung cấp về tia phóng xạ để điều khiển các tia này tới vị trí có thế bào cần loại bỏ. Đây là công nghệ điều trị ung thư bằng xạ trị.

Câu hỏi 10 trang 27 Chuyên đề Vật lí 10: Vì sao có thể nói các nhà vật lí đã tạo ra loại dao phẫu thuật tốt nhất cho các bác sĩ?

Lời giải:

- Quan niệm về dao phẫu thuật đã hoàn toàn thay đổi khi các nhà vật lí đã phát minh ra tia Laser (lade) –một loại ánh sáng rất đặc biệt, có thể được tạo ra dưới dạng chùm sáng hẹp với cường độ cao theo ý muốn. Tia laser mạnh đến nỗi có thể được sử dụng để cắt gọt, tạo hình trên nguyên liệu là sắt, thép, thậm chí là kim cương. Laser có thể được điều khiển tập trung vào một vùng rất nhỏ trên cơ thể để phá hủy, cắt bỏ nó mà rất ít gây tổn thương có các mô xung quanh. Đây chính là cơ sở để chế tạo các dao phẫu thuật bằng tia laser.

- Đặc biệt hơn nữa khi sử dụng dao laser để phẫu thuật có độ chính xác rất cao.

Luyện tập 3 trang 27 Chuyên đề Vật lí 10: Thảo luận để thống nhất phương án và thực hiện dự án tìm hiểu về những ứng dụng vật lí đã giúp cải tiến thiết bị, kĩ thuật trong lĩnh vực y tế.

Lời giải:

Vật lí đã sẵn sàng cung cấp cơ sở khoa học cho những tiến bộ vượt bậc của ngành y tế bằng các ứng dụng:

+ Tia X có khả năng đâm xuyên qua cơ thể để thấy những gì xảy ra bên trong cơ thể bệnh nhân. Phục vụ cho kĩ thuật chụp chiếu X-quang.

+ Phát hiện tế bào ung thư bằng các tia phóng xạ Rutherford.

+ Tia laser có thể làm phá hủy các cấu trúc nhỏ bé bên trong một tế bào sống mà không giết chết tế bào đó. Đó là cơ sở phương pháp phẫu thuật nano laser

Vận dụng trang 28 Chuyên đề Vật lí 10: Lập kế hoạch và thực hiện dự án tìm hiểu về ứng dụng của vật lí trong mọi lĩnh vực, ngành nghề.

1. Thảo luận, đưa ra danh sách 2 – 3 ngành nghề phổ biến ở địa phương và lựa chọn ngành nghề mà nhóm muốn tìm hiểu.

2. Thảo luận các câu hỏi định hướng

- Kiến thức vật lí nào đã được ứng dụng trong nghành nghề muốn tìm hiểu?

- Kiến thức vật lí đó được phát triển và áp dụng như thế nào trong công việc của ngành nghề?

- Có thể đưa thêm kiến thức vật lí nào khác để phát triển công nghệ mới ứng dụng trong ngành nghề này?

3. Thảo luận, thống nhất sản phẩm dự kiến

4. Lập kế hoạch thực hiện dự án của nhóm

Xác định các nhiệm vụ cần thực hiện để hoàn thành sản phẩm dự án; phân chia nhiệm vụ cho các thành viên trong nhóm; xác định thời hạn hoàn thành, phương tiện để khảo sát, thu thập, xử lí thông tin và sản phẩm dự kiến.

5. Thực hiện dự án, báo cáo và thảo luận

- Tiến hành thu thập, xử lí thông tin theo kế hoạch và xây dựng sản phẩm trình bày trên lớp.

- Bảo cáo về quá trình thực hiện và kết quả dự án tìm hiểu.

- Thảo luận, nhận xét để thấy được ứng dụng rộng rãi của vật lí trong các lĩnh vực ngành nghề và xác định được việc cần thực hiện để học tập tốt bộ môn vật lí, phục vụ cho định hướng nghề nghiệp của bản thân.

Lời giải:

Với mỗi học sinh sẽ có ý tưởng riêng. Dưới đây là phần gợi ý:

1. Danh sách 2 – 3 ngành nghề phổ biến ở địa phương

- Nông nghiệp.

- Xây dựng.

- Công nghệ thông tin.

Ngành nghề mà nhóm muốn tìm hiểu là nông nghiệp.

2.

- Kiến thức vật lí nào đã được ứng dụng trong nghành nghề muốn tìm hiểu là:

+ Công nghệ nano

+ Công nghệ hạt nhân

+ Vật lý kỹ thuật – điện tử

- Kiến thức vật lí đó được phát triển và áp dụng trong công việc của ngành nghề em chọn là:

+ Công nghệ nano được áp dụng để tăng hiệu quả và an toàn của phân bón và thuốc bảo vệ thực vật làm tăng sản lượng và chất lượng sản phẩm của cây lương thực, thời gian dự trữ rau quả, tạo tính chín sớm của cây trồng.

+ Công nghệ hạt nhân sử dụng phương pháp chiếu xạ để tạo ra các giống cây trồng mới có năng suất và chất lượng cao, tăng thời gian dự trữ rau quả, …

+ Vật lý kỹ thuật – điện tử chế tạo các máy nông nghiệp tự động có gắn camera, hệ thống định vị và điều hướng, kết nối internet, radar sẽ làm giảm đáng kể sức lao động của con người trong trồng trọt, thu hoạch, làm tăng năng suất và hiệu quả của sản suất nông nghiệp.

- Có thể đưa thêm kiến thức vật lí bán dẫn để phát triển công nghệ tự động hóa trong các khâu trồng cây, chăm sóc, thu hoạch. Công nghệ tự động hóa nông nghiệp sẽ giải quyết các vấn đề lớn như dân số toàn cầu gia tăng, tình trạng thiếu lao động và đáp ứng những thay đổi sở thích của người tiêu dùng. Lợi ích của việc tự động hóa nông nghiệp so các quy trình canh tác truyền thống là rất lớn.

3. Thống nhất tìm hiểu về:

+ Máy bay không người lái

+ Máy kéo tự lái

+ Robot trồng cây

4. Lập kế hoạch thực hiện dự án của nhóm

Nhóm có 3 bạn, mỗi bạn tìm hiểu về một thiết bị bằng các cách như qua phương tiện internet, tìm hiểu qua kiến thức của người thân trong gia đình trong thời gian 1 tuần.

5. Thực hiện dự án, báo cáo và thảo luận

Nhóm tổng hợp thông tin từ các thành viên và báo cáo kết quả.

- Tự động hóa nông nghiệp, thường được kết hợp với “canh tác thông minh”, là công nghệ giúp các trang trại hoạt động hiệu quả hơn và tự động hóa chu trình sản xuất cây trồng hoặc vật nuôi. Ngày nay với những tiến bộ mới trong công nghệ như robot, máy bay không người lái, phần mềm máy tính đã và đang làm thay đổi hoàn toàn nền nông nghiệp hiện đại.

- Mục tiêu chính của công nghệ tự động hóa nông nghiệp là giúp người nông dân thực hiện các nhiệm vụ một cách đơn giản và dễ dàng hơn. Người nông dân hiện có quyền truy cập vào các công cụ, ứng dụng thông minh, qua đó giúp họ nâng cao sản xuất, đáp ứng nhu cầu về lương thực đang ngày càng tăng.

- Ví dụ các robot, máy móc được chế tạo bằng cách lập trình sẵn hay điều khiển từ xa được sử dụng để gieo trồng, thu hoạch, tưới nước, …

- Ứng dụng tư động hóa có thể làm cho ngành nông nghiệp thân thiện với môi trường hơn. Các phần mềm ứng dụng có thể giảm thiểu lượng thuốc trừ sâu và phân bón được sử dụng đồng thời giảm phát thải khí nhà kính.

- Từ đây ta thấy, không chỉ trong nông nghiệp mà trong các lĩnh vực ngành nghề khác, Vật lí đều có ứng dụng rộng rãi giúp các ngành nghề phát triển tốt hơn. Qua đây, ta nhận thấy môn Vật lí thú vị và có nhiều lợi ích. Do đó, ta cần có tinh thần hứng thú, say mê học tập môn Vật lí để phục vụ định hướng nghề nghiệp của bản thân.

Xem thêm lời giải Chuyên đề Vật lí lớp 10 bộ sách Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 1: Xác định phương hướng

Bài 2: Chuyển động nhìn thấy của bầu trời

Bài 3: Nhật thực, Nguyệt thực và Thủy triều

Bài 1: Sự cần thiết phải bảo vệ môi trường

Bài 2: Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả