Bài 1 (kết nối tri thức): Làm quen với Vật lý 10 - VUIHOC

1. Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu của môn Vật lý

- Vật lí là một môn khoa học tự nhiên mà đối tượng nghiên cứu của nó tập trung vào các dạng vận động vật chất, năng lượng.

- Các lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí rất đa dạng như: Cơ học, Quang học, Điện học, Điện từ học, Âm học, Vật lý lượng tử, Nhiệt học, Nhiệt động lực học, Vật lí nguyên tử và hạt nhân, Thuyết tương đối.

2. Lịch sử quá trình phát triển của Vật lý

Sơ đồ dưới đây thể hiện 3 mốc thời gian quan trọng trong tiến trình phát triển của Vật lí bao gồm: giai đoạn Tiền Vật lí, Vật lí cổ điển, Vật lí hiện đại.

3. Vai trò của môn vật lý trong các lĩnh vực Khoa học, Kỹ thuật và Công nghệ

Vật lí được coi là cơ sở của khoa học tự nhiên. Các khái niệm, nguyên lí,  định luật, của vật lí thường được dùng trong giải thích cơ chế của các hiện tượng tự nhiên từ trong thế giới sinh học đến các phản ứng hóa học và cả các hiện tượng trong vũ trụ.

Có rất nhiều lĩnh vực liên môn liên quan đến Vật lí như Hóa lí, Vật lí sinh học, Vật lí địa lý, Vật lí thiên văn, Sinh học lượng tử, Hóa học lượng tử.

Vật lí là cơ sở của công nghệ.

• Máy hơi nước James Watt (Giêm Oát) ra đời vào năm 1765 dựa trên nghiên cứu về Nhiệt của Vật lí. Sáng chế này đã hình thành nên bước khởi đầu cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, thay thế sức lực cơ bắp (sức người) bằng sức lực máy móc.

• Năm 1831, Faraday phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ giúp cho máy phát điện ra đời đồng thời cũng là cơ sở cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai vào cuối thế kỉ XIX. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần hai là sự xuất hiện ngày càng nhiều các thiết bị sử dụng điện.

• Vào những năm 70 của thế kỉ XX, nhờ những thành tựu nghiên cứu về lĩnh vực điện tử, chất bán dẫn và vi mạch đã thúc đẩy diễn ra cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba với đặc trưng là tự động hóa trong quá trình sản xuất.

• Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư được cho là bắt đầu vào khoảng đầu thế kỉ XXI với đặc trưng là sử dụng trí tuệ nhân tạo, internet toàn cầu, robot, công nghệ vật liệu siêu nhỏ, điện thoại thông minh, bóng đèn thông minh, nhà ở thông minh. 

Mọi thiết bị mà con người sử dụng hằng ngày hiện nay đều gắn bó ít nhiều với các thành tự Vật lí. Tuy nhiên việc ứng dụng những thành tựu vào công nghệ bên cạnh ảnh hưởng tích cực là mang lại lợi ích cho nhân loại, nó mang đến ảnh hưởng tiêu cực làm ô nhiễm môi trường sống, hủy hoại hệ sinh thái nếu không sử dụng đúng mục đích, đúng phương pháp.

4. Phương pháp nghiên cứu Vật lý - làm quen với Vật lý 10

4.1. Phương pháp thực nghiệm

Là phương pháp quan trọng trong Vật lí

Các bước để kiểm tra phương pháp thực nghiệm:

• Bước 1: Xác định vấn đề cần nghiên cứu

• Bước 2: Quan sát và thu thập thông tin

• Bước 3: Đưa ra dự đoán

• Bước 4: Thí nghiệm kiểm tra dự đoán

• Bước 5: Kết luận.

Đăng ký ngay khóa học DUO để được thầy cô lên lộ trình ôn thi tốt nghiệp ngay từ bây giờ nhé!

4.2. Phương pháp mô hình

Phương pháp này sử dụng các mô hình để nghiên cứu, giải thích các tính chất của vật thật và tìm ra cơ chế hoạt động của nó 

Một số loại mô hình thường dùng trong trường phổ thông:

• Mô hình vật chất: Đó là các vật/ mô hình được thu nhỏ hoặc phóng to của vật thật, có một số đặc điểm của vật thật. VD: Quả địa cầu là mô hình thu nhỏ của Trái đất, hệ Mặt trời là mô hình phóng to của mẫu nguyên tử Rutherford… 

• Mô hình lý thuyết: Coi ô tô đang chạy trên đường dài là chất điểm hoặc dùng tia sáng để biểu diễn đường truyền của ánh sáng.
  

• Mô hình toán học: Dùng phương trình, công thức, đồ thị, kí hiệu,.. của Toán học để mô tả các đặc điểm của các đối tượng nghiên cứu; dùng vectơ để mô tả đại lượng có hướng như lực hoặc độ dịch chuyển,..
  

Tùy vào từng loại mô hình mà có quá trình xây dựng cũng như sử dụng mô hình khác nhau. Tuy nhiên, thông thường việc xây dựng mỗi loại mô hình được thực hiện theo các bước sau:

• Xác định đối tượng cần mô hình hóa

• Đưa ra những mô hình khác nhau để thử nghiệm

• Kiểm tra sự phù hợp của các mô hình đó với kết quả cho bởi thí nghiệm, thực tế, lí thuyết.

• Kết luận về mô hình hoặc điều chỉnh mô hình nếu cần.

5. Sơ đồ tư duy Bài 1: Làm quen với Vật lý 10

6. Giải bài tập Làm quen với Vật lý 10 SGK

Khởi động trang 7 Vật Lí 10: Hình dưới đây là các nhà vật lí tiêu biểu cho mỗi giai đoạn phát triển khoa học và công nghệ của nhân loại. Em đã biết gì về các nhà khoa học này?

Lời giải:

- Galilei (1564 – 1642): Cha đẻ của phương pháp thực nghiệm.

+ Galileo đã được gọi bằng nhiều cái tên như "cha đẻ của phương pháp khoa học", "cha đẻ của thiên văn học quan sát", "cha đẻ của vật lý hiện đại" và "cha đẻ của khoa học hiện đại".

+ Galileo nghiên cứu tốc độ và vận tốc, rơi tự do và trọng lực, quán tính và chuyển động của đường đạn, các nguyên lý của thuyết tương đối, và cũng hoạt động trong lĩnh vực khoa học và công nghệ ứng dụng, mô tả các tính chất của cân bằng và "cân bằng thủy tĩnh".

+ Ứng dụng trong quân sự: phát minh ra các loại la bàn quân sự và thấu kính nhiệt kế.

+ Ứng dụng trong thiên văn học: sử dụng kính thiên văn để quan sát các thiên thể; xác nhận các pha của Sao Kim bằng kính thiên văn, quan sát 4 vệ tinh lớn nhất của Sao Mộc, vành đai của Sao Thổ và phân tích các dấu vết.

- Newton (1642 – 1727): Người tìm ra định luật vạn vật hấp dẫn.

+ Isaac Newton là một nhà vật lý học, toán học, thiên văn học,… người Anh, được nhiều người công nhận là một trong những nhà toán học vĩ đại nhất lịch sử và là nhà khoa học có ảnh hưởng nhất mọi thời đại, là nhân vật chủ chốt của cuộc cách mạng khoa học. Cuốn sách Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica của ông , xuất bản lần đầu tiên vào năm 1687, thiết lập cơ học cổ điển.

+ Newton cũng có những đóng góp cơ bản cho quang học 

+ Trong Principia, Newton đã xây dựng vạn vật hấp dẫn và các định luật chuyển động đã hình thành nên quan điểm khoa học thống trị cho đến khi được thay thế bằng thuyết tương đối.

+ Newton đã sử dụng mô tả toán học về lực hấp dẫn để suy ra các định luật Kepler về tính toán thủy triều, chuyển động của hành tinh,  quỹ đạo sao chổi, tuế sai điểm phân và các hiện tượng khác.

- Einstein (1879 – 1955): Người tìm ra thuyết tương đối và công thức E = mc²

+ Albert Einstein là nhà vật lý lý thuyết người Đức, ông được nhiều người công nhận là một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất mọi thời đại.

+ Einstein được biết đến là người đã phát triển nên lý thuyết tương đối, đồng thời ông cũng có những đóng góp quan trọng trong việc phát triển lý thuyết cơ học lượng tử. Thuyết tương đối và cơ học lượng tử là 2 trụ cột của vật lý hiện đại. Công thức tương đương giữa khối lượng - năng lượng của nó E = mc², xuất phát từ thuyết tương đối. Đây được mệnh danh là "phương trình nổi tiếng nhất thế giới".

+ Ông cũng được biết đến có ảnh hưởng đối với triết học khoa học.

+ Ông được nhận giải Nobel Vật lý năm 1921 "vì những đóng góp của ông cho vật lý lý thuyết, và đặc biệt ông đã khám phá ra quy luật của hiệu ứng quang điện", một giai đoạn then chốt đối với sự phát triển của lý thuyết lượng tử. Những thành tựu trí tuệ và sự độc đáo của ông đã khiến cái tên "Einstein" đồng nghĩa với "thiên tài".

Câu hỏi 4 trang 8 Vật Lí 10: Hãy nêu thêm ví dụ về việc dùng kiến thức vật lí để giải thích hiện tượng tự nhiên mà các em đã học.

Lời giải:

Kiến thức Vật lí giúp chúng ta giải thích các hiện tượng tự nhiên như:

- Sự giãn nở vì nhiệt của vật rắn: Khi lắp ráp đường ray tàu hỏa, người ta thường đặt hai đầu thanh ray cách nhau chừng vài centimet để vào những ngày trời nắng, nhiệt độ tăng cao, các thanh ray nở ra không bị gối lên nhau làm hỏng đường tàu. 

- Hiện tượng nhật thực: xảy ra khi Mặt Trời, Mặt Trăng, Trái Đất thẳng hàng nhau theo thứ tự trên. Phía sau Mặt Trăng xuất hiện vùng tối và vùng tối không hoàn toàn. Đứng ở Trái Đất, ở chỗ vùng tối, không nhìn thấy Mặt Trời, đó là vùng có nhật thực toàn phần, ở vùng không tối hoàn toàn, nhìn thấy một phần Mặt Trời, vùng đó là vùng có nhật thực một phần.

Hoạt động trang 9 Vật Lí 10: Hãy sưu tầm tài liệu trên internet và các phương tiện truyền thông khác về thành phố thông minh (thành phố số) để trình bày và thảo luận trên lớp về chủ đề “Thế nào là thành phố thông minh?”.

Lời giải:

- Thành phố thông minh là một mô hình thành phố ứng dụng công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo để quản lý, nâng cao chất lượng cuộc sống cư dân cũng như cải thiện chất lượng phục vụ của chính quyền thành phố cùng với việc sử dụng hiệu quả tài nguyên thiên nhiên.

- Thành phố thông minh sử dụng Internet vạn vật (viết tắt là IoT) - là một hệ thống tương quan giữa máy móc, thiết bị kỹ thuật số, các thiết bị thông tin, sự vật, động vật và cả con người. Việc truyền tải và kết nối giữa IoT với con người không bị phụ thuộc việc tương tác trực tiếp giữa con người với con người hay giữa con người với máy tính .

- Các yếu tố cần thiết chính tạo nên bộ khung thành phố thông minh tích hợp có ảnh hưởng hai chiều và tác động lẫn nhau gồm: 

+ Quản lý - tổ chức: chính quyền phải là chính quyền điện tử và sử dụng công nghệ thông tin hiện đại.

+ Công nghệ: các dịch vụ và hạ tầng trọng yếu của IoT được quản lý bởi công nghệ điện toán thông minh.

+ Cộng đồng dân cư: chủ thể chính của IoT, là những công dân hiện đại và có khả năng tham gia giám sát, thậm chí phối hợp hỗ trợ quản lý thành phố.

+ Kinh tế: nền kinh tế thông minh, là động lực chính để xây dựng Smart City.

+ Hạ tầng công nghệ thông tin truyền thông: ảnh hưởng đến chất lượng phát triển IoT.

+ Môi trường tự nhiên: cốt lõi của IoT là ứng dụng công nghệ để phát triển bền vững và quản lý tài nguyên thiên nhiên hiệu quả, cũng như chống chọi tốt với các tác nhân gây ra biến đổi môi trường tự nhiên.

Trong số đó, trên thực tế đã chứng minh công nghệ là một siêu yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ đến tất cả các yếu tố còn lại. 

- Những ví dụ điển hình ở một thành phố thông minh:

+ Hệ thống đèn đường cảm biến chỉ bật sáng khi có người. Góp phần tiết kiệm năng lượng đáng kể.

+ Hệ thống cảm biến khi rò rỉ nước sạch góp phần tiết kiệm nguồn nước vượt trội và cảnh báo để sửa chữa kịp thời.

+ Hệ thống cảm biến giúp xác định điểm đậu xe phù hợp góp phần điều phối giao thông trong bãi đỗ xe.

+ Cảm biến nhận diện khuôn mặt để phát hiện người lạ và kẻ gian phục vụ hiệu quả trong công tác điều tra tội phạm.

Em có thể trang 11 Vật Lí 10: Dự đoán về sự phụ thuộc tốc độ bay hơi của nước vào nhiệt độ nước và gió thổi trên mặt nước, rồi lập phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.

Lời giải:

- Dự đoán: 

+ Nhiệt độ nước càng cao kéo theo tốc độ bay hơi của nước càng nhanh.

+ Gió thổi trên mặt nước càng lớn thì tốc độ bay hơi của nước càng nhanh.

- Phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán:

Sự phụ thuộc tốc độ bay hơi của nước với nhiệt độ nước:

+ Dùng 2 chiếc bát chứa thể tích nước như nhau. Một bát để không (đối chứng), một bát đun trên ngọn lửa đèn cồn.

+ Sau một thời gian, ta thấy bát nước đun trên ngọn lửa đèn cồn còn ít nước hơn bát nước còn lại.

 → Kết luận: Nhiệt độ nước càng cao, tốc độ bay hơi của nước càng nhanh.

Sự phụ thuộc tốc độ bay hơi của nước vào gió thổi trên mặt nước: 

+ Dùng 2 chiếc bát chứa thể tích nước như nhau. Một bát để ở nơi có nhiều gió, một bát để trong phòng kín (đối chứng).

+ Sau một thời gian, ta thấy bát nước để ở nơi nhiều gió còn ít nước hơn bát nước để trong phòng kín. 

→ kết luận: Gió thổi trên mặt nước càng mạnh, tốc độ bay hơi của nước càng nhanh.

Câu hỏi 1 trang 7 Vật Lí 10: Hãy kể tên các lĩnh vực vật lí mà em đã được học ở cấp Trung học cơ sở.

Lời giải:

Các lĩnh vực vật lí mà em đã được học ở cấp THCS bao gồm: Cơ học, Nhiệt học, Điện – từ học, Quang học, Âm học.

Làm quen với vật lý 10 tuy là một bài giới thiệu nhưng nó cũng rất quan trọng vì nó cung cấp cho các em kiến thức tổng quan về chương trình Vật lý 10 nói riêng và toán THPT nói chung. Bởi vậy, VUIHOC đã viết bài viết này nhằm giúp các em nắm bắt tổng quan kiến thức và học tập dễ dàng hơn. Để học thêm được nhiều các kiến thức hay và thú vị về Vật lý 10 cũng như Vật lý THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!