Giải Vật lí 10 Bài 1 (Chân trời sáng tạo): Khái quát về môn Vật lí

Giải Vật lí lớp 10 Bài 1: Khái quát về môn Vật lí

Video giải Vật lí lớp 10 Bài 1: Khái quát về môn Vật lí

Mở đầu trang 5 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: Vật lí nghiên cứu gì? Nghiên cứu vật lí để làm gì? Nghiên cứu vật lí bằng cách nào?

Lời giải:

- 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.

1. Đối tượng – mục tiêu – phương pháp nghiên cứu vật lí

Câu hỏi 1 trang 5 Vật Lí 10: Nêu đối tượng nghiên cứu tương ứng với từng phân ngành sau của Vật lí: cơ, ánh sáng, điện, từ.

Lời giải:

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….

Câu hỏi 2 trang 6 Vật Lí 10: Quan sát hình 1.2, thảo luận để nêu thế nào là cấp độ vi mô, vĩ mô.

Lời giải:

- 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

Câu hỏi 3 trang 7 Vật Lí 10: Trình bày một số ví dụ khác để minh họa cho phương pháp thực nghiệm trong Vật lí.

Lời giải:

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

Câu hỏi 4 trang 8 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.

Lời giải:

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.

Luyện tập trang 9 Vật Lí 10: Hãy sơ đồ hóa quá trình tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ Vật lí.

Lời giải:

2. Ảnh hưởng của Vật lí đến một số lĩnh vực

Câu hỏi 5 trang 10 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.

Lời giải:

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 bệnh cho người với độ chính xác cao như máy đo nhịp tim, thiết bị dùng trong phẫu thuật, công nghệ nano giúp chữa các bệnh 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.

Câu hỏi 6 trang 10 Vật Lí 10: Hãy nêu và phân tích một số ứng dụng khác của Vật lí trong đời sống hằng ngày.

Lời giải:

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 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.

Lời giải:

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 Vật Lí 10: Tìm hiểu để viết bài thuyết trình ngắn về quá trình sản xuất, truyền tải và lợi ích của điện năng.

Lời giải:

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.

Bài tập (Trang 11)

Bài 1 trang 11 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.

Lời giải:

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 2 trang 11 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, …

Lời giải:

Thiết vị chẩn 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.

Lý thuyết Khái quát về môn vật lí

1. ĐỐI TƯỢNG - MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LÍ.

a. Đối tượng nghiên cứu Vật Lí

- Đối tượng nghiên cứu Vật Lí là các dạng vận động của vật chất và năng lượng.

Ví dụ:

Cơ học : Nghiên cứu chuyển động của vật chất

Ánh sáng: nghiên cứu các tính chất và hoạt động của ánh sáng

Điện học: nghiên cứu về các hiện tượng điện.

b. Mục tiêu của Vật Lí

- Khám phá ra quy luật tổng quát nhất chi phối sự vận động của vật chất và năng lượng cũng như tương tác của chúng ở mọi cấp độ: vi mô, vĩ mô.

Vi mô – cấu tạo nguyên tử

Vĩ mô – Hệ mặt trời

c. Phương pháp nghiên cứu Vật Lí

- Phương pháp thực nghiệm: là phương pháp dùng thí nghiệm để phát hiện kết quả mới giúp kiểm chứng, hoàn thiện bổ sung hay bác bỏ giả thuyết nào đó. Kết quả này cần được giải thích bằng lý thuyết đã biết hoặc lý thuyết mới.

Ví dụ: thí nghiệm về sự rơi của các vật của nhà khoa học Galilei tại đỉnh tháp Pisa đã bác bỏ nhận định sai lầm của Aristole cho rằng vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ là do bản chất tự nhiên.

- Phương pháp lý thuyết: Dùng ngôn ngữ toán học hoặc suy luận lí thuyết để phát hiện ra một kết quả mới. Kết quả này cần được kiểm chứng bằng thực nghiệm.

Ví dụ: Công trình nghiên cứu dự đoán sự tồn tại của Hải Vương Tinh trong hệ Mặt Trời của các nhà nghiên cứu ở thế kỉ XIX.

- Hai phương pháp này hỗ trợ cho nhau, trong đó phương pháp thực nghiệm có tính quyết định.

- Quá trình nghiên cứu của các nhà khoa học nói chung và nhà vật lí nói riêng chính là quá trình tìm hiểu thế giới tự nhiên. Quá trình này có tiến trình các bước như sau:

+ Quan sát hiện tượng để xác định đối tượng nghiên cứu.

+ Đối chiếu với các lí thuyết đang có để đề xuất giả thuyết nghiên cứu.

+ Thiết kế, xây dựng mô hình lí thuyết hoặc mô hình thực nghiệm để kiểm chứng giả thuyết.

+ Tiến hành tính toán theo mô hình lí thuyết hoặc thực hiện thí nghiệm để thu thập dữ liêu. Sau đó xử lí số liệu và phân tích kết quả để xác nhận, điều chỉnh, bổ sung hay loại bỏ mô hình, giả thuyết ban đầu.

+ Rút ra kết luận.

2. ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LÍ ĐẾN SỐ LĨNH VỰC TRONG ĐỜI SỐNG VÀ KĨ THUẬT.

Ảnh hưởng Vật lí trong một số lĩnh vực: Vật lí ảnh hưởng mạnh mẽ và có tác động làm thay đổi mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Dựa trên nền tảng Vật lí, công nghệ mới được sáng tạo với tốc độ vũ bão. Kiến thức Vật lí trong các phân ngành được áp dụng kết hợp để tạo ra kết quả tối ưu. Các kĩ năng Vật lí như tính chính xác, đúng thời điểm và thời lượng, quan sát, suy luận nhạy bén …đã thành kĩ năng sống cần có của con người hiện đại.

- Thông tin liên lạc: Internet, điện thoại thông minh và một số thiết bị công nghệ đã tạo ra phương tiện thông tin liên lạc vô cùng hữu ích.

- Y tế: Phương pháp chẩn đoán và chữa bệnh bằng kiến thức Vật lí như là chụp X - Quang, chụp cắt lớp (CT), chụp cộng hưởng từ, xạ trị…giúp cho chẩn đoán và chữa trị bệnh hiệu quả cáo hơn.

- Công nghiệp: Vật lý là động lực cho các cuộc các mạng công nghiệp giúp hình thành nền sản xuất dây chuyền, tự động hóa. Hiện nay là ngành công nghiệp 4.0 với cốt lõi là Internet vạn vật (IoT) và điện toán đám mây.

- Nông nghiệp: Nhờ các thành tựu Vật lí đã chuyển đổi canh tác bằng các phương pháp hiện đại hiệu quả hơn với các máy móc tự động hóa. Ví dụ như: Công nghệ chiếu xạ giúp tăng năng suất, công nghệ cảm biến không dây giúp quá trình kiểm soát nông sản được thuận tiện và hiệu quả cao…

- Nghiên cứu khoa học: Vật lí giúp cải tiến thiết bị và phương pháp nghiên cứu của rất nhiều ngành khoa học. Ví dụ: kính hiển vi, nhiễu xạ tia X, máy quang phổ…

- Ngay chính trong môn Vật lí: việc tìm hiểu các kiến thức Vật lí cũng giúp tạo ra các phương pháp mới, những thiết bị hiện đại, tối tân giúp các nhà khoa học tìm hiểu sâu hơn về vật chất và năng lượng, vũ trụ. Ví dụ như kính thiên văn không gian Hubble…

Xem thêm lời giải bài tập Vật Lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 2: Vấn đề an toàn trong Vật lí

Bài 3: Đơn vị và sai số trong vật lí

Bài 4: Chuyển động thẳng

Bài 5: Chuyển động tổng hợp

Bài 6: Thực hành đo tốc độ của vật chuyển động thẳng

Xem thêm tài liệu Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 1: Khái quát về môn vật lí