Chuyên đề Vật lí trong một số ngành nghề lớp 10

Trang trước Trang sau

Tài liệu chuyên đề Vật lí trong một số ngành nghề Vật Lí lớp 10 gồm các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao với phương pháp giải chi tiết và bài tập tự luyện đa dạng giúp Giáo viên có thêm tài liệu giảng dạy Vật Lí 10.

Xem thử

Chỉ từ 450k mua trọn bộ Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 10 (cả 3 sách) bản word có lời giải chi tiết:

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VẬT LÍ HỌC

Quá trình phát triển của Vật lí học được mô tả như sơ đồ sau:

Chuyên đề Vật lí trong một số ngành nghề lớp 10

1. Sơ lược về lịch sử hình thành Vật lí thực nghiệm

- Thời Hy Lạp cổ đại, các nhà triết học tự nhiên dựa vào những quan sát, kết hợp với lí luận tư duy để lập ra nguyên tắc suy luận và phương pháp quy nạp để nghiên cứu các sự vật, hiện tượng diễn ra trong tự nhiên, từ đó xây dựng nên nền khoa học đầu tiên trên thế giới.

- Vào thế kỉ XVII, nhà bác học Galilei bắt đầu thực hiện những thí nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau để đưa ra kết luận cho các vấn đề, đặt nền móng cho phương pháp thực nghiệm.

- Nhà bác học Newton đã kế thừa và hoàn thiện phương pháp thực nghiệm. Từ đây, Vật lí thực nghiệm ra đời và dần trở thành một ngành khoa học độc lập.

2. Vai trò của Vật lí thực nghiệm đối với sự phát triển của Vật lí học

- Sử dụng phương pháp thực nghiệm và định lượng nhằm phát hiện ra các quy luật, các định luật vật lí.

- Sự tiến triển của Vật lí học thường bước sang chương mới khi các nhà thực nghiệm phát hiện ra những hiện tượng mới, hoặc khi một lí thuyết mới tiên đoán kết quả mà các nhà thực nghiệm có thể thực hiện được các thí nghiệm kiểm chứng mang lại kết quả ủng hộ lí thuyết mới.

3. Một số thành tựu ban đầu của Vật lí thực nghiệm

- Newton phát hiện các định luật cơ bản của cơ học về sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng và lực, định luật vạn vật hấp dẫn. Huygens, Leibniz tìm ra định luật bảo toàn động lượng.

- Thế kỉ XVII có nhiều bước tiến đáng kể về nhiệt học, nhiều nghiên cứu về hiện tượng dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt, dãn nở vì nhiệt, là cơ sở để sáng chế ra máy hơi nước, mở đầu cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, với đặc trưng cơ bản là thay thế sức lực cơ bắp bằng sức lực máy móc.

- Những phát minh quan trọng của vật lí thực nghiệm liên quan đến lĩnh vực điện như Galvani, Davy đã chế tạo ra pin, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu định lượng về tác dụng và bản chất của dòng điện.

- Những thí nghiệm của Orsted và Ampère nghiên cứu về bản chất của các hiện tượng điện từ. Năm 1831, Faraday tìm ra định luật cảm ứng điện từ, là cơ sở sáng chế ra máy phát điện và động cơ điện, mở đầu cách mạng công nghiệp lần thứ hai, với đặc trưng cơ bản là xuất hiện các thiết bị dùng điện trong mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống con người.

- Newton đưa ra thuyết tán sắc ánh sáng và lí thuyết hạt của ánh sáng.

Galilei chế tạo ra kính thiên văn quang học mở đầu cho thiên văn học khám phá vũ trụ, giúp quang hình học phát triển mạnh mẽ.

- Huygens đưa ra lí thuyết về bản chất ánh sáng, Grimaldi đã phát hiện ra hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, Maxwell làm sáng tỏ bản chất sóng của ánh sáng bằng các đưa ra hệ phương trình mô tả trường điện từ, làm cho điện từ học thống nhất với quang học.

- Cuối thế kỉ XIX, Popov phát minh ra phương pháp truyền sóng vô tuyến, qua đó xây dựng cơ sở ngành vô tuyến điện.

4. Vai trò của cơ học Newton đối với sự phát triển của Vật lí học

- Bằng phương pháp thực nghiệm, Newton đã phát minh ra các định luật về chuyển động cơ học. Các định luật này không chỉ đặt nền móng cho cơ học cổ điển nghiên cứu các chuyển động xung quanh chúng ta mà còn giúp các nhà vật lí mở rộng các nghiên cứu về thủy động lực học, điện học, từ học.

5. Một số nhánh nghiên cứu chính của Vật lí cổ điển

- Vật lí cổ điển bao gồm những nhánh nghiên cứu được hình thành, phát triển và hoàn thiện trước thế kỉ XX.

- Một số nhánh nghiên cứu của Vật lí cổ điển như: Cơ học cổ điển, Quang học, Nhiệt động lực học, Điện và Từ học.

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

- Sự khủng hoảng trong việc giải thích sự vi phạm công thức cộng vận tốc của Galileo đã được tin tưởng suốt ba thế kỉ, dẫn tới sự ra đời của Thuyết tương đối.

- Sự khủng hoảng trong việc giải thích các kết quả thực nghiệm về vật đen và hiện tượng quang điện đã dẫn tới sự hình thành Cơ học lượng tử.

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

- Vật lí hiện đại bao gồm những nhánh nghiên cứu được hình thành từ đầu thế kỉ XX.

- Vật lí hiện đại đi sâu nghiên cứu thế giới vi mô như vật lí hạt, vật lí hạt nhân, vật lí vật chất ngưng tụ, vật lí nhiệt độ thấp. Ứng dụng các thành tựu vật lí để tạo ra công nghệ và phương tiện kĩ thuật mới phục vụ con người, khám phá vũ trụ về cấu trúc cũng như nguồn gốc hình thành.

- Các lĩnh vực nghiên cứu chính của Vật lí hiện đại như: Vật lí hạt nhân; Vật lí nano; Vật lí laser; Vật lí tính toán lượng tử; Vật lí chật chất ngưng tụ; Vật lí nguyên tử, phân tử và quang học; Vật lí bán dẫn, công nghệ vật liệu; Vật lí kĩ thuật; Vật lí y học, Vật lí sinh học; Vật lí cơ bản và năng lượng cao; Vật lí thiên văn và vũ trụ.

II. GIỚl THIỆU MỘT SỐ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU TRONG VẬT LÍ

1. Vật lí hạt nhân

- Đối tượng nghiên cứu: Các hiện tượng phóng xạ, quá trình giải phóng năng lượng thông qua phản ứng hạt nhân (phân hạch, nhiệt hạch), cấu trúc hạt nhân, tương tác giữa các hạt nucleon.

- Một số ứng dụng của Vật lí hạt nhân

- Khai thác năng lực của quá trình phân rã hạt nhân trong các lò phản ứng hạt nhân để sản xuất điện.

- Trong y học: Những kiến thức về Vật lí hạt nhân được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chẩn đoán và điều trị bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư.

- Trong nông nghiệp: Chiếu xạ hạt giống để cải tạo giống cây trồng.

- Trong công nghiệp: Sử dụng chiếu xạ hạt nhân để kiểm định chất lượng sản phẩm, kiểm tra mối hàn, đo mật độ mà không phá hủy mẫu.

- Trong thực phẩm: Chiếu xạ để diệt vi sinh vật, phá hủy cấu trúc DNA giúp trái cây được bảo quản lâu hơn ở điều kiện bình thường.

2. Vật lí nano

- Đối tượng nghiên cứu: Các tính chất vật lí, hóa học đặc biệt của các loại vật liệu ở cấp độ nanômét.

- Một số ứng dụng của Vật lí nano:

+) Công nghệ nano giúp giảm kích thước các linh kiện điện tử hay thiết bị lưu trữ thông tin của máy tính, các thiết bị giải trí, đồng thời tăng hiệu suất sử dụng năng lượng.

+) Vật liệu nano siêu nhẹ, siêu bền có thể được sử dụng để chế tạo xe, máy bay hay phục vụ may mặc.

+) Trong lĩnh vực y tế, các robot được chế tạo với kích thước nano với mục đích mang thuốc tiêu diệt chính xác tế bào ung thư hoặc tác nhân gây bệnh, hạn chế những ảnh hưởng tiêu cực đến các tế bào khỏe mạnh xung quanh.

3. Vật lí laser

- Đối tượng nghiên cứu:

+) Nghiên cứu cấu trúc của các nguyên tử, phân tử thông qua các hiệu ứng quang phi tuyến.

+) Nghiên cứu để quan sát sự hình thành các liên kết hóa học trong thời gian ngắn bằng cách sử dụng những xung laser cực ngắn nhằm tạo ra độ phân giải thời gian phù hợp.

+) Nghiên cứu chế tạo các thiết bị quang học, quang - điện tử mới có những tính năng vượt trội.

+) Nghiên cứu chế tạo công cụ, thiết bị bẫy nguyên tử hay các hạt có kích thước micrômét đến

nanômét.

+) Nghiên cứu phát triển công nghệ chụp ảnh cấu trúc vật liệu mà không phá hủy mẫu vật

+) Nghiên cứu phát triển các công nghệ mới để chẩn đoán và điều trị bệnh trong lĩnh vực y học

- Laser được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, từ việc đơn giản như khoan cắt bằng laser nhanh và chính xác cao, đến những việc phức tạp như dùng laser trong phẫu thuật. Những ứng dụng của laser góp phần tạo ra những thành tựu to lớn cho nền khoa học ngày nay.

4. Vật lí tính toán lượng tử

- Đối tượng nghiên cứu:

+) Nghiên cứu các thuật toán và xây dựng các thư viện lập trình tính toán cho máy tính lượng tử.

+) Nghiên cứu chế tạo mạch lượng tử, các cổng logic lượng tử, bộ nhớ lượng tử, bit lượng tử và các bộ mô phỏng lượng tử để xây dựng máy tính lượng tử.

- Một số ứng dụng của Vật lí tính toán lượng tử

+) Trong lĩnh vực công nghệ cảm biến: Độ nhạy của trạng thái lượng tử có thể được khai thác để phát triển các công nghệ cảm biến dựa vào khả năng phát hiện ánh sáng, điện từ, trọng lực và từ trường.

- Trong lĩnh vực đo lường: Vật lí tính toán lượng tử đã giúp hoàn chỉnh hệ thống đo lường khi đưa ra khái niệm mới về kilogam tiêu chuẩn theo hằng số Plank.

5. Vật lí vật chất ngưng tụ

- Đối tượng nghiên cứu:

+) Nghiên cứu hiệu ứng ngưng tụ Bose-Einstein để chế tạo bit lượng tử (qubit) và laser nguyên tử (atom laser) từ các hệ nguyên tử siêu lạnh phục vụ cho các nghiên cứu về máy tính lượng tử và các công nghệ đo lường chính xác cao.

+) Nghiên cứu liên ngành với hóa học, công nghệ nano,... về các tinh thể để chế tạo những vật liệu mới với những tính chất ưu việt như ống nano carbon, graphene,...

+) Nghiên cứu về vật liệu bán dẫn phục vụ ngành điện - điện tử và ngành công nghiệp về bán dẫn như chế tạo vi xử lí trung tâm của máy tính, vi mạch điện tử,...

- Một số ứng dụng của Vật lí ngưng tụ Bose-Einstein

+) Trong lĩnh vực đo lường độ chính xác cao: Trạng thái BEC là cơ sở quan trọng để các nhà vật lí phát triển công nghệ laser nguyên tử siêu lạnh, phục vụ công nghệ đo đạc yêu cầu độ phân giải cao về mặt không gian.

+) Trong lĩnh vực thông tin lượng tử và máy tính lượng tử: Công nghệ giam giữ và điều khiển nguyên tử siêu lạnh, điển hình là mạng quang học giúp các nhà vật lí có thể kiểm soát và trích xuất tính chất lượng tử của nguyên tử.

III. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LÍ TRONG MỘT SỐ NGÀNH NGHỀ

1. Ứng dụng Vật lí trong quân sự

- Thời cổ đại, các loại vũ khí dùng trong săn bắn và quân sự chủ yếu áp dụng các nguyên lí về cơ học như cung tên (hoạt động dựa vào tính chất đàn hồi của dây cung), máy ném đá (hoạt động dựa trên nguyên lí đòn bẩy).

- Trong khoa học quân sự, nhiều nghiên cứu về phát triển các loại vũ khí nhờ ứng dụng các đột phá trong nghiên cứu vật lí học như: chế tạo súng máy, đại bác cỡ lớn, máy bay, các loại súng trường mới, lựu đạn, ngư lôi, tàu ngầm, xe tăng và các loại vũ khí mới.

Ví dụ:

- Máy bay tiêm kích sử dụng các kiến thức về khí động lực học, bảo toàn động lượng.

- Hệ thống tên lửa phòng không sử dụng hệ thống phát và thu sóng điện từ kết hợp với các thuật toán quỹ đạo để phát hiện tên lửa mục tiêu và điều khiển hệ thống tên lửa bám hướng đến tiêu diệt mục tiêu.

- Tàu ngầm quân sự hoạt động dựa trên định luật Archimedes, nguyên lí Pascal, năng lượng hạt nhân.

2. Ứng dụng Vật lí trong khí tượng thủy văn

- Khí tượng học nghiên cứu các hiện tượng và quá trình biến đổi của khí quyển và những hiệu ứng trực tiếp của khí quyển lên bề mặt Trái Đất, đại dương. Các yếu tố nhiệt độ, khí áp, độ ẩm, gió, mây mưa,... biến động theo những quy luật phức tạ̣p. Vật lí có vai trò quan trọng trong việc phân tích các yếu tố thời tiết để thiết lập các dự báo.

- Thủy văn học nghiên cúu tính chất, sự chuyển động và phân bố của nước trong toàn bộ Trái Đất. Vật lí có vai trò quan trọng trong xác định hải lưu, sóng biển, thủy triều, hóa học biển, sinh học sinh thái biển, ...

- Các nghiên cứu vật lí thế kỉ XII đã giúp sáng chế các thiết bị đo áp suất và vận tốc dòng chảy. Các phân tích khoa học đã được thực hiện trong dự báo thời tiết bằng cách thu thập số liệu về trạng thái của khí quyển, thủy văn như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển, hướng gió, tốc độ gió và hàm lượng mưa ... và xây dựng các mô hình dự báo thời tiết, thủy văn.

- Ngày nay, công tác dụ̣ báo thời tiết đã phát triển các phương pháp và các thiết bị quan trắc, thu thập số liệu, phân tích, dự báo bằng phương pháp kĩ thuật số, radar và vệ tinh ...

3. Ứng dụng Vật lí trong nông nghiệp

- Vật lí học nông nghiệp nghiên cứu và ứng dụng những phương pháp, phương tiện nhằm điều chỉnh các điều kiện vật lí liên quan đến đời sống cây trồng, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, góp phần định hướng và phát triển một nền nông nghiệp an toàn và bền vững.

- Một số ứng dụng của vật lí trong nông nghiệp như: ứng dụng công nghệ nano, công nghệ nhà kính, chiếu xạ, công nghệ hạt nhân, công nghệ cơ khí và tự động hóa.

Ví dụ:

- 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, tăng thời gian dục trũ rau quả, tạo tính chính sóm của cây trồng.

- Đối với ngành chăn nuôi, thú y, công nghệ nano áp đụng để cải thiện khả năng miễn dịch cho vật nuôi, ngăn ngừa bệnh, giảm việc sử dụng kháng sinh, giảm mùi hôi của chất thải, tăng năng suất chăn nuôi và chất lượng sản phẩm.

- Trong nuôi trồng thủy sản, công nghệ nano áp dụng để làm sạch và cải thiện chất lượng nước, tăng sản lượng, tỉ lệ sống và chất lượng của tôm, cá,...

4. Ứng dụng Vật lí trong lâm nghiệp

- Trong lĩnh vực lâm nghiệp, Vật lí đóng góp quan trọng trong nghiên cứu nhân giống cây trồng, sản xuất và chế biến gỗ, nghiên cứu và phát triển các hệ thống quản lí và bảo vệ tài nguyên rừng, phòng chống cháy rừng.

Ví dụ: Với việc phát triển các hệ thống cảm biến giúp phân tích nhiệt độ, độ ẩm không khi, tốc độ gió, ... cung cấp dũ liệu cũng như cảnh báo đến các điểm báo cháy tự động.

 Chuyên đề Vật lí trong một số ngành nghề lớp 10

5. Ứng dụng Vật lí trong kĩ thuật điện tử

- Kĩ thuật điện tử nghiên cứu và sử dụng các thiết bị điện hoạt động theo sự điều khiển của dòng điện trong các thiết bị như đèn điện tử hay bán dẫn để thiết kế các mạch điện tử.

- Các kiến thức về vật lí giúp nghiên cứu và chế tạo các linh kiện điện từ như LED, photodiode, diode laser,... là các linh kiện chủ yếu trong các mạch điện tử để điều khiển, xử lí, chuyển đổi và phân phối nguồn điện, các ứng dụng này liên quan đến việc tạo ra và xác định trường điện từ và dòng điện.

6. Ứng dụng Vật lí trong cơ khí tự động hóa

- Kĩ thuật cơ khí là một ngành kĩ thuật ứng dụng các nguyên lí vật lí, kĩ thuật và khoa học vật liệu để thiết kế, chế tạo và bảo dưỡng các loại máy móc và hệ thống cơ khí.

- Lĩnh vực kĩ thuật cơ khí cần sự am hiểu về cơ học, động lực học, nhiệt động lực học, khoa học vật liệu, năng lượng để thiết kế và chế tạo thiết bị công nghiệp và máy móc,...

7. Ứng dụng Vật lí trong thông tin truyền thông

- Vật lí vô tuyến nghiên cứu các quá trình liên quan đến dao động điện từ và sóng vô tuyến như: sự tạo ra các dao động điện từ; sự lan truyền của chúng; sự biến đổi tần số và sự tương tác của điện từ trường với các điện tích trong chân không hoặc trong môi trường vật chất.

- Phương pháp nghiên cứu của vật lí vô tuyến thâm nhập vào nhiều lĩnh vực của vật lí như quang học, vật lí chất rắn,... Một số lĩnh vực vật lí vô tuyến hiện nay đã phát triển thành những chuyên ngành độc lập như: vô tuyến thiên văn; phổ học vô tuyến, điện tử học lượng tử; sóng vô tuyến,...

8. Ứng dụng Vật lí trong công nghiệp hạt nhân

- Năng lượng hạt nhân hay năng lượng nguyên tử là một dạng năng lượng được giải phóng khi hạt nhân nguyên tử bị tách ra thành nhiều hạt nhân nhỏ hơn (phân hạch) hoặc các hạt nhân nhỏ hợp nhất thành hạt nhân lớn hơn (nhiệt hạch). Công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát.

- Một số ứng dụng công nghệ hạt nhân trong

+) Trong y học: Công nghệ hạt nhân dùng để chế tạo một số thiết bị đo và chẩn đoán hình ảnh hiện đại để tìm các khối u bất thường, chẩn đoán và điều trị bệnh.

+) Trong công nghiệp: Sử dụng các nguồn phóng xạ và các thiết bị hạt nhân để chế tạo các hệ thống kiểm tra chất lượng sản phẩm đúc, hàn, khảo sát các đường ống, đo bề dày, mật độ vật chất trong các mẫu quặng.

+) Trong nông nghiệp: Nghiên cứu sử dụng phóng xạ kết hợp với những tác nhân khác để cải tạo giống cây trồng, khử trùng, bảo quản thực phẩm và nông sản, chế tạo một số chế phẩm bằng bức xạ...

B. BÀl TẬP KHỞI ĐỘNG

Câu 1.Nhà khoa học nào sau đây được coi là người tiên phong trong việc sử dụng thực nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của lí thuyết, thúc đẩy sự hình thành Vật lí thực nghiệm?

A. Galilei.

B. Newton.

C. Halley.

D. Faraday.

Câu 2.Nhà khoa học nào sau đây đã cho rằng: "Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ, vật càng nặng rơi càng nhanh"?

A. Galilei.

B. Newton.

C. Aristotle.

D. Faraday.

Câu 3.Sự ra đời của động cơ hơi nước vào năm 1765 của James Watt (hình vẽ) là thành tựu quan trọng của Vật lí thực nghiệm trong cuộc cách mạng lần thứ

................................

................................

................................

Xem thử

Xem thêm Chuyên đề dạy thêm Vật Lí lớp 10 các chương hay khác:

Lời giải bài tập lớp 10 sách mới:

Trang trước Trang sau
Giải bài tập lớp 10 sách mới các môn học