Giáo án chuyên đề Vật lí 12 cánh diều Bài 2: Siêu âm và cộng hưởng từ

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu cách tạo siêu âm

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và nêu khái niệm siêu âm.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Câu hỏi 1 (SGK – tr37)

Hãy trình bày một ví dụ tạo ra âm thanh.

- GV giới thiệu về chất áp điện.

- GV chiếu hình ảnh 2.2, 2.3, 2.4 và phân tích về thạch anh là một chất áp điện.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Câu hỏi 2 (SGK – tr39)

Ở Hình 2.5, tốc độ truyền của sóng siêu âm trong môi trường 1 và môi trường 2 bằng nhau hay khác nhau?

- GV kết luận về nội dung cách tạo siêu âm.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, chăm chú nghe GV giảng bài.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời nội dung thảo luận.

*Trả lời Câu hỏi 1 (SGK – tr37)

- Ví dụ tạo ra âm thanh: hát, vỗ tay vào nhau,…

*Trả lời Câu hỏi 2 (SGK – tr39)

- Tốc độ truyền âm trong hai môi trường khác nhau vì vận tốc truyền âm trong các môi trường khác nhau còn phụ thuộc vào bản chất môi trường đó.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Cách tạo siêu âm.

- GV chuyển sang nội dung Cách tạo ảnh các bộ phân bên tronng cơ thể bằng siêu âm.

I. SIÊU ÂM

1. Cách tạo siêu âm

- Những âm có tần số lớn hơn 20 000 Hz thường được gọi tắt là siêu âm.

- Siêu âm được tạo ra bởi một nguồn dao động và có tần số bằng tần số của nguồn âm.

- Một số tinh thể có đặc tính là sẽ tạo ra điện áp khi có lực tác dụng làm hình dạng tinh thể thay đổi và ngược lại, gọi là chất áp điện.

- Sóng siêu âm truyền được trong chất rắn, chất lỏng, chất khí và không truyền được trong chân không.

Nhiệm vụ 2. Tìm hiểu cách tạo ảnh các bộ phận bên trong cơ thể bằng siêu âm

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đặt vấn đề: Ở máy siêu âm được dùng để chẩn đoán bệnh, thiết bị phát và thu siêu âm được gọi tắt là đầu dò.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và tìm hiểu về cách tạo ảnh các bộ phận bên trong cơ thể bằng siêu âm.

- GV chia lớp thành 6 nhóm và yêu cầu thực hiện nhiệm vụ:

Nhóm 1,2,3: Tìm hiểu về siêu âm kiểu A (Amplitude Mode).

Nhóm 4,5,6: Tìm hiểu về siêu âm kiểu B (Brightness Mode).

- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK và trả lời nội dung: + Câu hỏi 3 (SGK – tr40): Vì sao khi trở lại đầu dò, sóng siêu âm lại làm cho đầu dò tạo ra được tín hiệu điện?

+ Câu hỏi 4 (SGK – tr40): Vì sao điện áp lại giảm dần ở các xung trong Hình 2.7?

+ Câu hỏi 5 (SGK – tr40): Nêu sự giống nhau và khác nhau cơ bản giữa siêu âm kiểu A và siêu âm kiểu B.

- GV yêu cầu HS đọc nội dung Bạn có biết (SGK – tr40).

- GV kết luận về nội dung cách tạo cách tạo ảnh các bộ phận bên trong cơ thể bằng siêu âm.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, chăm chú nghe GV giảng bài.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời nội dung thảo luận.

*Trả lời Câu hỏi 3 (SGK – tr40)

- Do hiệu ứng áp điện, sóng siêu âm quay lại đầu dò sẽ làm tấm thạch anh co lại hoặc giãn ra, từ đó tạo ra tín hiệu điện là điện áp.

*Trả lời Câu hỏi 4 (SGK – tr40)

- Sau mỗi lần phản xạ tại ranh giới cơ và xương, một phần sóng siêu âm bị hấp thụ. Kết quả tín hiệu điện thu được là điện áp bị giảm dần ở các xung.

*Trả lời Câu hỏi 5 (SGK – tr41)

Giống nhau: Sử dụng đầu dò dể phát và thu sóng âm, sử dụng máy tính để xử lí dữ liệu và tạo ra hình ảnh.

Khác nhau: 

- Siêu âm A: hình ảnh siêu âm A là các xung nhọn.

- Siêu âm B: hình ảnh siêu âm B là tập hợp các chấm trên màn hình.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Cách tạo ảnh các bộ phân bên tronng cơ thể bằng siêu âm.

- GV chuyển sang nội dung Ứng dụng của siêu âm.

2. Cách tạo ảnh các bộ phận bên trong cơ thể bằng siêu âm

- Trong đầu dò có những tinh thể áp điện dùng để tạo và thu sóng siêu âm trong dải tần số megahertz (MHz).

- Sóng siêu âm sẽ phản xạ một phần tại ranh giới giữa các loại mô khác nhau và trở lại đầu dò.

- Khi những sóng phản xạ này trở lại đầu dò, chúng sẽ làm cho đầu dò tạo ra các tín hiệu điện truyền vào máy tính. Máy tính xử lí các tín hiệu này để tạo thành hình ảnh siêu âm trên màn hình.

3. Hai kiểu cơ bản hình thành ảnh bằng siêu âm

*Siêu âm kiểu A (Amplitude Mode)

- Đầu dò phát sóng siêu âm gián đoạn theo thời gian (mỗi sóng gián đoạn được gọi là một xung), xung siêu âm truyền vào cơ thể, phần phản xạ trở lại tác dụng lên đầu dò siêu âm, làm cho đầu dò tạo ra tín hiệu điện.

*Siêu âm kiểu B (Brightness Mode)

- Khi thực hiện siêu âm kiểu B, đầu dò siêu âm được di chuyển trên phần cơ thể cần siêu âm.

- Mỗi xung phản xạ được phân tích để xác định độ sâu và bản chất của bề mặt trong phần cơ thể được siêu âm. Sau đó, máy tính sẽ tạo nên một hình ảnh hai chiều trên màn hình bằng các chấm biểu thị vị trí của các bề mặt phản xạ có độ sáng tương ứng với cường độ phản xạ. 

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đặt vấn đề: Ngày nay, siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

- GV chia lớp thành 6 nhóm và yêu cầu thực hiện nhiệm vụ:

Nhóm 1,2: Tìm hiểu về ứng dụng của siêu âm trong y học.

Nhóm 3,4: Tìm hiểu về ứng dụng của siêu âm trong nghiên cứu khoa học.

Nhóm 5,6: Tìm hiểu về ứng dụng của siêu âm trong sản xuất và đời sống.

- GV yêu cầu HS đọc nội dung Bạn có biết (SGK – tr42).

- GV kết luận về nội dung ứng dụng của tia X.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, chăm chú nghe GV giảng bài.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS các nhóm trình bày nội dung thảo luận.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Ứng dụng của siêu âm.

- GV chuyển sang nội dung Chụp cộng hưởng từ.

I. ỨNG DỤNG CỦA SIÊU ÂM

1. Trong y học

- Siêu âm có những đóng góp quan trọng trong chẩn đoán bệnh.

- Sóng siêu âm còn được dùng để điều trị bệnh.

2. Trong nghiên cứu khoa học

- Người ta dùng máy phát siêu âm để phát hiện tàu ngầm, các vật trôi dạt, các đàn cá, thăm dò và lập bản đồ độ sâu của đáy biển.

3. Trong sản xuất và đời sống

- Siêu âm có thể được dùng để phát hiện các khuyết tật trong một vật đúc, trong một kết cấu bê tông,…

- Siêu âm giúp gia công những vật được làm bằng vật liệu cứng, giòn với hình dạng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao.

- Sấy khô bằng siêu âm được lựa chọn để thay thế cho sấy nóng những vật không thể sấy khô bằng nhiệt vì nhiệt độ cao sẽ làm thay đổi các tính chất của chúng.

- Siêu âm cũng được dùng để tiệt trùng làm kéo dài thêm thời gian bảo quản thực phẩm.