Kênh giáo viên » Giáo án chuyên đề vật lí 10 chân trời sáng tạo

Giáo án chuyên đề vật lí 10 chân trời bài 2: Giới thiệu về một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí

Giáo án chuyên đề bài 1: Giới thiệu về một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí sách chuyên đề học tập vật lí 10 chân trời. Giáo án chuyên đề bản word, trình bày rõ ràng cụ thể giúp giáo viên hướng dẫn học sinh mở rộng kiến thức sinh học phổ thông, phát triển năng lực, nâng cao khả năng định hướng nghệ nghiệp sau này. Thao tác tải về rất đơn giản, mời quý thầy cô tham khảo

Click vào ảnh dưới đây để xem 1 phần giáo án rõ nét

Giáo án chuyên đề vật lí 10 chân trời bài 2: Giới thiệu về một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí

Hướng dẫn tải giáo án

Xem toàn bộ: Giáo án chuyên đề Vật lí 10 chân trời sáng tạo đủ cả năm

Ngày soạn:…/…/…

Ngày dạy:…/…/…

BÀI 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LĨNH VỰC

NGHIÊN CỨU TRONG VẬT LÍ (3 TIẾT)

MỤC TIÊU
Về kiến thức

- Đối tượng nghiên cứu và ứng dụng của một số lĩnh vực vật lí:

Vật lí hạt nhân
Vật lí nano
Vật lí laser
Vật lí tính toán lượng tử
Vật lí vật chất ngưng tụ

Năng lực

- Năng lực chung:

Năng lực tự chủ và tự học trong tìm tòi khám phá.
Năng lực giao tiếp và hợp tác trong trình bày, thảo luận và làm việc nhóm
Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong thực hành, vận dụng.

- Năng lực riêng:

Nhận thức vật lí:

+ Nêu được đối tượng nghiên cứu và ứng dụng của một số lĩnh vực chính của Vật lí hiện đại.

+ Liệt kê được một vài mô hình lí thuyết đơn giản, một số phương pháp thực nghiệm của một số lĩnh vực chính của Vật lí hiện đại.

Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí: Tìm hiểu về các mô hình, lí thuyết khoa học đã phát triển và được áp dụng để cải thiện các công nghệ hiện tại cũng như phát triển các công nghệ mới.

Phẩm chất

Có sự hiểu biết, yêu thích và hứng thú với vật lí học.

THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
Đối với giáo viên

SGK, Sách chuyên đề học tập Vật lí 10, SGV, Kế hoạch bài dạy.
Các đoạn video, hình ảnh về thí nghiệm vật lí hoặc các hiện tượng vật lí thú vị, các phát minh, sáng chế.
Máy tính, máy chiếu (nếu có).

Đối với học sinh

Sách chuyên đề học tập Vật lí 10, dụng cụ học tập.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG
Mục tiêu: Tạo hứng thú, khơi gợi sự kích thích, tò mò của HS.
Nội dung: GV cho HS xem các hình ảnh về một số lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí, HS quan sát hình ảnh và trả lời câu hỏi.
Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS về các lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí.
Tổ chức thực hiện:

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV yêu cầu HS quan sát một số hình ảnh:

(Hạt nhân)

( Nano)

( Tia Laser)

( Máy tính lượng tử của google)

(Ngưng tụ Bose – Einstein)

- GV dẫn dắt:

"Trong thế kỉ XXI này, các nhà vật lí tập trung nghiên cứu những đối tượng nào, sử dụng những công cụ hay mô hình lí thuyết gì để thực hiện những nghiên cứu đó? Ngoài ra, những tiến bộ từ việc nghiên cứu vật lí đã được vận dụng vào thực tế nhằm cải tiến công nghệ hiện tại và phát triển công nghệ tương lai như thế nào? Trong bài học này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về ba trong số những lĩnh vực vật lí có nhiều đóng góp quan trọng hiện nay và hai lĩnh vực có vai trò định hướng cho sự phát triển của khoa học kĩ thuật và thu hút nhiều nhân lực chất lượng cao trong tương lai.”

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ: HS quan sát và chú ý lắng nghe, thảo luận nhóm đôi trả lời câu hỏi.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận: GV gọi một số HS trả lời, HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV đánh giá kết quả của HS, trên cơ sở đó dẫn dắt HS vào bài học mới. Bài 2: Giới thiệu một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Hướng dẫn HS lập kế hoạch tìm hiểu các lĩnh vực nghiên cứu của vật lí.

Mục tiêu: Thông qua hoạt động,

HS nêu được đối tượng nghiên cứu;
Liệt kê được một vài mô hình lí thuyết đơn giản, một số phương pháp thực nghiệm của một số lĩnh vực chính của Vật lí hiện đại.

Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm, nghiên cứu thông tin và trả lời câu hỏi.
Sản phẩm học tập:

- HS tiến hành thảo luận dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia HS thành 5 nhóm, mỗi nhóm sẽ bốc thăm để tìm hiểu về từng nội dung cụ thể trong bài.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS các nhóm đọc sách chuyên đề, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

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

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

- GV mời HS đại diện nhóm lên trình bày phần thảo luận của nhóm.

- GV mời HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

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

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới

Hoạt động 2: Tìm hiểu về vật lí hạt nhân

Mục tiêu: Thông qua hoạt động,

HS nêu được đối tượng nghiên cứu của vật lí hạt nhân
HS nêu được một số ứng dụng của vật lí hạt nhân

Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm, nghiên cứu thông tin và trả lời câu hỏi.
Sản phẩm học tập:

- HS tiến hành thảo luận dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra câu hỏi:

Đối tượng nghiên cứu của Vật lí hạt nhân là gì?

- GV đưa ra các câu hỏi thảo luận, HS nghiên cứu và trả lời:

Câu 1: Mô tả một số ví dụ về ứng dụng của Vật lí hạt nhân.

Câu 2: Thảo luận và đánh giá những lợi ích, tác hại tiềm ẩn của công nghệ hạt nhân đối với nhân loại.

(Gợi ý: Câu 2 lập bảng so sánh những lợi ích và tác hại tiềm ẩn của công nghệ hạt nhân đối với nhân loại)

Lợi ích	Tác hại

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS các nhóm đọc sách chuyên đề, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

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

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

- GV mời HS đại diện nhóm lên trình bày phần thảo luận của nhóm.

- GV mời HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

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

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới

1. Vật lí hạt nhân

a) Đối tượng nghiên cứu của Vật lí hạt nhân

- Vật lí hạt nhân nghiên cứu các hiện tượng phogs xj, 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 cấu tạo nên hạt nhân.

b) Một số ứng dụng của Vật lí hạt nhân

Trả lời câu hỏi 1:

Một số ví dụ về ứng dụng của vật lí hạt nhân

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

- Trong y học, ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chuẩn đoán và điều trị bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư.

- VD: Hiệu ứng Hủy cặp electron - positron được ứng dụng trong máy “chụp cắt lớp phát xạ positron” (PET);

Hiện tượng phân rã gamma được ứng dụng trong máy “chụp cắt lớp bằng bức xạ đơn photon” (SPECT).

- Sử dụng các loại tia phóng xạ trong trị xạ ung thư, sử dụng chùm beta (electron) hoặc tia X bức xạ hãm trong máy gia tốc tuyến tính để điều trị ung thư tại các bệnh viện ở Việt Nam.

- Kĩ thuật tiên tiến trong xạ trị ung thư tiêu diệt được các tế bào ung thư tại những vị trí khó như não mà ít để lại biến chứng nhất là máy xạ trị proton.

- 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 vật.

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

Trả lời câu hỏi 2:

Lợi ích

Tác hại

- Nguồn nhiên liệu để sản xuất điện dồi dào.

- Có nhiều ứng dụng trong ý học, công nghiệp, nông nghiệp và trong khoa học kĩ thuật.

- Chất thải phóng xạ có thời gian phân hủy rất dài, khó xử lí triệt để. Nếu bị rò rit sẽ làm tổn hại môi trường.

- Lợi dụng công nghệ hạt nhân để chế tạo vũ khí hủy diệt hàng loạt.

Hoạt động 3: Tìm hiểu về vật lí nano

Mục tiêu: Thông qua hoạt động,

HS nêu được đối tượng nghiên cứu của vật lí nano
HS nêu được một số ứng dụng của vật lí nano

Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm, nghiên cứu thông tin và trả lời câu hỏi.
Sản phẩm học tập:

- HS tiến hành thảo luận dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra câu hỏi:

Đối tượng nghiên cứu của Vật lí nano là gì?

- GV đưa ra các câu hỏi thảo luận, HS nghiên cứu và trả lời:

Câu 3: Nêu một số ví dụ khác về ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống.

- GV nêu câu hỏi luyện tập:

Tìm hiểu ứng dụng của công nghệ nano trong chế tạo pin và thiết bị lưu trữ năng lượng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS các nhóm đọc sách chuyên đề, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

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

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

- GV mời HS đại diện nhóm lên trình bày phần thảo luận của nhóm.

- GV mời HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

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

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới

2. Vật lí nano

a) Đối tượng nghiên cứu của Vật lí nano

- Vật lí nano nghiên cứu vật chất hay các thiết bị có kích thước từ 1 tới 100 nm.

VD: Ống nano carbon được tạo từ Graphene bởi một lớp các nguyên tử ¹²C có độ cứng hơn thép khoảng 100 lần nhưng lại rất nhẹ và có tính chất dẫn điện tốt.

b) Một số ứng dụng của Vật lí nano

Trả lời câu hỏi 3:

Một số ví dụ khác về ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống.

- Ứng dụng trong ngành sản xuất điện tử:

+ Công nghệ nano làm giảm kích thước các linh kiện điện tử, thiết bị lưu trữ thông tin của máy tính.

+ Tăng hiệu suất sử dụng năng lượng.

- Ứng dụng trong lĩnh vực may mặc

+ Vật liệu nano siêu nhẹ, siêu bền phục vụ trong may mặc

+ Quần áo có khả năng diệt khuẩn không gây mùi hôi.

+ Biến chiếc áo của bạn thành một trạm phát điện di động.

- Ứng dụng trong ngành thực phẩm

+ Lưu trữ thực phẩm được lâu hơn.

+ Các loại máy khử độc rau củ bằng công nghệ nano thông minh.

- Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

+ Các robot được chế tạo với kích thước nhỏ giúp mang thuốc tiêu diệt chính xác tế bào ung thư, hạn chế ảnh hướng tiêu cực tới các tế bào khỏe mạnh xung quanh.

Trả lời câu hỏi luyện tập:Tăng hiệu suất pin quang điện sử dụng năng lượng mặt trời. Việc phủ một lớp vật liệu nano lên hai điện cực giúp tăng hiệu suất sử dụng năng lượng của pin, tăng khả năng chống ăn mòn điện cực từ đó tăng tuổi thọ của pin lên nhiều lần và đồng thời giảm thời gian giữa hại lần sạc đầy pin.

Hoạt động 4: Tìm hiểu về vật lí Laser

Mục tiêu: Thông qua hoạt động,

HS nêu được đối tượng nghiên cứu của vật lí Laser
HS nêu được một số ứng dụng của vật lí Laser

Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm, nghiên cứu thông tin và trả lời câu hỏi.
Sản phẩm học tập:

- HS tiến hành thảo luận dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giới thiệu lịch sử phát triển của Vật lí Laser

- GV đưa ra câu hỏi:

Đối tượng nghiên cứu của Vật lí Laser là gì?

- GV đưa ra các câu hỏi thảo luận, HS nghiên cứu và trả lời:

Câu 4: Liệt kê một số thiết bị sử dụng Laser trong kĩ thuật, công nghệ và cuộc sống hằng ngày.

Câu 5: Quan sát Hình 2.10, tìm hiểu và trình bày sơ lược những hiểu biết của em về sự phát triển của một trong những công nghệ được giới thiệu.

Câu 6: Trình bày một số trường hợp có thể gây nguy hiểm khi sử dụng Laser.

- GV nêu câu hỏi luyện tập:

Trình bày sơ lược một số ứng dụng khác của Laser trong đời sống hằng ngày.

- GV nêu câu hỏi vận dụng, giao nhiệm vụ cho HS viết bài thuyết trình ngắn tại nhà và nộp lại.

(HS đánh dấu về nhà làm)

Tìm hiểu và viết bài luận ngắn về sự phát triển của một công nghệ cụ thể với sự hỗ trợ của Vật lí Laser.

(Gợi ý: Có thể sử dụng công nghệ điều trị các tật khúc xạ của mắt hoặc công nghệ cắt, khắc công nghiệp).

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS các nhóm đọc sách chuyên đề, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

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

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

- GV mời HS đại diện nhóm lên trình bày phần thảo luận của nhóm.

- GV mời HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

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

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới

3. Vật lí Laser

Dựa vào những tiên đoán của Einstein về một loại “ánh sáng nhân tạo với năng lượng cao”, ba nhà vật lí Charles H. Townes; Nikolay basov; Alexander Prokhorov đã đọc lập xây dựng những lí thuyết nền tảng cho sự phát triển của Laser vào đầu thập niên 1950.

Năm 1960, nhà vật lí Theodore H. Maiman đã thành công trong việc chế tạo bộ phát Laser đầu tiên trên thế giới.

a) Đối tượng nghiên cứu của Vật lí Laser

Cùng với sự phát triển của các phân ngành khác trong Vật lí hiện đại, đối tượng nghiên cứu trong Vật lí Laser rất phong phú và đa dạng:

- Nghiên cứu cấu trúc của 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 rất 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 tiết bị quang học, quang – điện từ mới có những tính năng vượt trội.

- Nghiên cứu chế tạo công cụ, thiết bị để bẫy nguyên tử hay các hạt có kích thước từ micromet đến nanomet.

- Nghiên cứu phát triển công nghệ chụp ảnh cấu trúc vật liệu mà không phá hỷ mẫu vật.

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

b) Một số ứng dụng của Vật lí nano

Trả lời câu hỏi 4: Một số thiết bị sử dụng Laser trong kĩ thuật, công nghệ và cuộc sống hằng ngày: bút trình chiếu, thiết bị đo đạc khoảng cách, mắt đọc của chuột máy tính, máy quét mã vạch, mã QR, máy cắt CNC,...

Trả lời câu hỏi 5: Công nghệ khắc Laser sử dụng sự hội tụ của tia Laser cường độ cao vào vật liệu cần cắt, khắc tên trên các vật liệu. Tia Laser cường độ cao sinh ra nhiệt lượng làm bốc hơi hay đốt cháy bề mặt của vật cần được cắt hay khắc.

Ưu điểm:

- Tia Laser có độ hội tụ cao nên vết cắt sắc nét, chính xác cao, vật liệu ít biến dạng so với phương pháp truyền thống sau khi cắt, khắc.

- Có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu từ kim loại, nhựa, gỗ.

- Giảm thiểu bụi mịn so với phương pháp cơ khí truyền thống, từ đó giảm nguy cơ mắc bệnh đường hô hấp cho người lao động.

Trả lời câu 6: Một số trường hợp nguy hiểm khi sử dụng Laser:

- Tia Laser có công suất đủ lớn sẽ gây nguy hại đến màng lưới (võng mạc) khi chiếu vào mắt.

- Tia Laser khi chiếu vào da có thể gây bỏng da.

- Tia Laser khi chiếu vào vạt liệu dễ cháy có thể gây hỏa hoạn.

Trả lời câu hỏi luyện tập: Một số ứng dụng khác của Laser trong đời sống hằng ngày:

- Đo đạc khoảng cách, xác định vị trí các vật thể trong không gian.

- Dẫn đường cho các thiết bị lái tự động.

- Sử dụng trong các hệ thống cảnh báo va chạm, hệ thống chống trộm.

- Hỗ trợ công nghệ thực tế ảo tăng cường.

Hoạt động 5: Tìm hiểu về vật lí tính toán lượng tử

Mục tiêu: Thông qua hoạt động,

HS nêu được đối tượng nghiên cứu của vật lí tính toán lượng tử
HS nêu được một số ứng dụng của vật lí tính toán lượng tử

Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm, nghiên cứu thông tin và trả lời câu hỏi.
Sản phẩm học tập:

- HS tiến hành thảo luận dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra câu hỏi:

Đối tượng nghiên cứu của Vật lí tính toán lượng tử là gì?

- GV đưa ra các câu hỏi thảo luận, HS nghiên cứu và trả lời:

Nêu một số ứng dụng của vật lí tính toán lượng tử?

- GV nêu câu hỏi luyện tập:

Tìm hiểu về khái niệm 1 kg trước và sau ngày 20/05/2019.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS các nhóm đọc sách chuyên đề, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

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

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

- GV mời HS đại diện nhóm lên trình bày phần thảo luận của nhóm.

- GV mời HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

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

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới

2. Vật lí tính toán lượng tử

a) Đối tượng nghiên cứu của Vật lí tính toán lượng tử

- 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 (qubit – quanlum) và các bộ mô phỏng lượng tử để xây dựng máy tính lượng tử.

b) Một số ứng dụng của Vật lí tính toán lượng tử.

- Trong lĩnh vực công nghệ cảm biến: Phát triển các công nghệ cảm biến mới giúp xe hơi có thể cảm nhận được các vật bị che bởi sương mù, chuẩn đoán những dấu hiệu bệnh tim.

- Trong lĩnh vực đo lường: Giúp hoàn chỉnh hệ thống đo lường về kilogam tiêu chuẩn theo hằng số Planck.

- Phát minh ra những thiết bị, dụng cụ như: máy vi tính, điện thoại thông minh, công nghệ vật liệu, quang học lượng tử,...

Trả lời câu hỏi luyện tập:

- Trước ngày 20/05/2019, 1 kg chuẩn được định nghĩa dựa vào một ống trụ làm bằng hợp kim gồm 90% platinium và 10% iridium có đường kính 39 mm, cao 39 mm. Mẫu chuẩn này được chế tạo năm 1879 ở London sau đó được bảo quản, đậy kín bằng một chuông kính đặt tại văn phòng quốc tế đo lường Paris (Pháp).

- Sau ngày 20/05/2019, 1kg được định nghĩa dựa trên hằng số Planck – một hằng số vốn rất ổn định đo tỉ lệ năng lương lượng so với tần số của một photon (hạt) ánh sáng. Định nghĩa mới này giúp các nhà khoa học có được quan sát chính xác, tỉ mỉ về khối lượng. Nguyên nhân vì đơn vị của hằng số Planck trong hệ SI là kg., trong đó 1 m được định nghĩa dựa vào hằng số c là tốc độ truyền ánh sáng trong chân không và 1 s được định nghĩa dựa vào đồng hồ nguyên tử ¹³³Cs.

Hoạt động 6: Tìm hiểu về vật lí vật chất ngưng tụ

Mục tiêu: Thông qua hoạt động,

HS nêu được đối tượng nghiên cứu của vật lí vật chất ngưng tụ
HS nêu được một số ứng dụng của vật lí vật chất ngưng tụ

Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm, nghiên cứu thông tin và trả lời câu hỏi.
Sản phẩm học tập:

- HS tiến hành thảo luận dưới sự hướng dẫn của GV.

Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra câu hỏi:

Đối tượng nghiên cứu của Vật lí vật chất ngưng tụ là gì?

- GV đưa ra các câu hỏi thảo luận, HS nghiên cứu và trả lời:

Câu 7: Thế nào là vật chất ngưng tụ? Nêu những hiểu biết của em về ứng dụng của vật chất ngưng tụ trong thực tiễn.

- GV nêu câu hỏi:

Nêu một số ứng dụng của vật lí ngưng tụ Bose – Einstein.

- GV nêu câu hỏi luyện tập:

Trình bày ngắn gọn hiểu biết của em về hiện tượng siêu dẫn.

- GV giao nhiệm vụ cho HS viết bài thuyết trình ngắn tại nhà và nộp lại.

(HS làm về nhà)

Tìm hiểu và trình bày sơ lược về máy tính lượng tử được chế tạo bởi Google vào năm 2019 và Trung Quốc vào năm 2021.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS các nhóm đọc sách chuyên đề, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

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

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

- GV mời HS đại diện nhóm lên trình bày phần thảo luận của nhóm.

- GV mời HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

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

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới

2. Vật lí vật chất ngưng tụ

a) Đối tượng nghiên cứu của Vật lí tính toán lượng tử

- 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 tính chất điện và từ của các loại vật liệu, cấu trúc của mạng 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 vì xử lí trung tâm của máy tính, vi mạch điện tử,...

b) Một số ứng dụng của Vật lí tính toán lượng tử.

Trả lời câu hỏi 7:

- Vật lí vật chất ngưng tụ là một nhánh của Vật lí nghiên cứu các tính chất vật lí của pha ngưng tụ của vật chất. Những pha ngưng tụ quen thuộc nhất là pha rắn và lỏng, trong khi những pha ngưng tụ kì lạ hơn bao gồm pha siêu dẫn xuất hiện ở những vật liệu cụ thể tại nhiệt độ thấp và ngưng tụ Bose – Einstein xảy ra ở hệ các nguyên tử siêu lạnh.

- Ứng dụng: Chất bán dẫn ứng dụng trong chế tạo vi mạch điện tử, vi xử lí máy tính, phát triển transistror bán dẫn và công nghệ laser.

c) Một số ứng dụng của Vật lí ngưng tụ Bose – Einstein

- Trong lĩnh vực đo lường độ chính xác cao: 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:

+ Mạng quang học

+ Kiểm soát và trích xuất tính chất lượng tử của từng nguyên tử. Tạo ra các bộ mô phỏng lượng tử trong nghiên cứu chế tạo máy tính lượng tử, phục vụ cho ngành công nghệ thông tin lượng tử.

Trả lời câu hỏi luyện tập: Một số hiểu biết đơn giản về hiện tượng siêu dẫn:

- Điện trở của vật dẫn ở trạng thái siêu dẫn bằng 0. Dòng điện có thể được truyền tải mà không bị cản trở.

- Hiện tượng siêu dẫn xảy ra ở nhiệt độ rất thấp.

- Các nhà khoa học đang cố gắng nghiên cứu để chế tạo vật liệu siêu dẫn có nhiệt độ cao để ứng dụng vào cuộc sống như truyền tải điện năng, tàu điện cao tốc đệm từ trường.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP
a) Mục tiêu: Học sinh củng cố lại kiến thức đã học.
b) Nội dung: HS vận dụng các kiến thức của bài học và kiến thức hiểu biết SGK, kiến thức tìm hiểu trên báo chí và internet để trả lời câu hỏi.
c) Sản phẩm học tập: HS trả lời được các câu hỏi GV đưa ra.
d) Tổ chức thực hiện:

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV tổ chức cho HS hoạt động theo nhóm đôi làm Bài:

Bài 1: Tìm hiểu về hệ thống phân loại mức độ an toàn của Laser và thiết kế bảng các quy tắc an toàn khi sử dụng Laser.

Bài 2: Tìm hiểu những giới hạn của máy tính hiện đại và những ưu điểm vượt trội của máy tính lượng tử.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ: HS quan sát và chú ý lắng nghe, thảo luận nhóm, hoàn thành các bài tập GV yêu cầu.

- GV quan sát và hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- Mỗi bài tập GV mời HS trình bày. Các HS khác chú ý chữa bài, theo dõi nhận xét bài trên bảng.

Bước 4: Kết luận, nhận định:

- GV nhận xét thái độ làm việc, phương án trả lời của các học sinh, ghi nhận và tuyên dương.

Kết quả:

Bài 1:

Theo tiêu chuẩn mới về mức độ an toàn của laser, mức độ an toàn của laser được phân thành 4 cấp chính:

- Cấp 1 và cấp 1M bao gồm những laser có bước sóng ở vùng hồng ngoại, có công suất rất thấp dưới 0,039 mW, nhìn chung là an toàn, không gây hại cho con người trong điều kiện sử dụng bình thường, không bị hội tụ bởi các dụng cụ quang học có tính hội tụ.

- Cấp 2 và cấp 2M: có bước sóng ở vùng khả kiến, công suất dưới 1mW, nhìn chung là an toàn.

- Cấp 3R và cấp 3B: cấp 3R có công suất từ 1 – 5 mW và cấp 3B có công suất từ 5 – 500 mW. Cần cẩn thận trong quá trình sử dụng, hạn chế tiếp xúc với tia laser ở cấp độ 3.

- Cấp 4: Những laser cấp 4 là loại có công suất cao (trên 500 mW) gây ảnh hưởng nặng cho da và mắt khi tiếp xúc trực tiếp. Những laser cấp độ 4 và tia phản xạ của chúng qua các dụng cụ quang học có khả năng đốt cháy một số vật liệu dễ cháy và gây ra hỏa hoạn. Do đó, người sử dụng laser cấp 4 cần phải được đào tạo bài bản, có chuyên môn vững và luôn tuân thủ các quy tắc an toàn trong suốt quá trình sử dụng.

Bài 2:

Giới hạn của máy tính hiện tại: tốc độ tính toán bị giới hạn và phụ thuộc nhiều vào độ phức tạp của các vấn đề cần được giải quyết và các thuật toán được sử dụng. Do đó, các điều kiện gần đúng được sử dụng để đơn giản hóa vấn đề, tuy nhiên điều này lại dẫn đến việc không thể mô tả một cách hoàn chỉnh vấn đề đặc biệt là việc mô phỏng các hệ lượng tử trên máy tính cổ điển. Mặc dù độ an toàn và bảo mật thông tin cao, nhưng vẫn thấp hơn máy tính lượng tử.

- Ưu điểm của máy tính lượng tử:

+ Nhìn chung tốc độ tính toán và độ phức tạp của các vấn đề mà máy tính lượng tử có thể giải quyết được về lí thuyết vượt trội hơn hẳn máy tính cổ điển. Máy tính cổ điển (kể cả những siêu máy tính hiện nay) gặp khó khăn khi giải quyết các vấn đề có độ phức tạp quá lớn, các máy tính cổ điển không thể giải quyết được do mức độ phức tạp quá cao và có nhiều sự tương tác phức tạp giữa các biến số. Ví dụ như trong vấn đề dự báo thời tiết khi tất cả các biến số đều thay đổi theo thời gian thực. Hay như việc phân tích cấu trúc DNA tốn nhiều thời gian tính toán do lượng dữ liệu rất lớn. Trong khi đó máy tính lượng tử có thể tính đến tất cả các tương tác phức tạp giữa biến số và độ phức tạp của các dữ liệu này dựa trên các hiệu ứng lượng tử như sự vướng víu lượng tử và sự chồng chập các trạng thái lượng tử.

+ Thêm vào đó, máy tính lượng tử cũng đảm bảo thông tin được bảo mật cao hơn so với các phương pháp bảo mật thông tin hiện đại trên các máy tính cổ điển. Ngoài ra, máy tính lượng tử có thể giúp các nhà vật lí thực sự mô tả các hệ lượng tử.

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG
a) Mục tiêu:

- Học sinh thực hiện làm bài tập vận dụng để nắm vững kiến thức.

b) Nội dung: HS sử dụng SGK và vận dụng kiến thức đã học, kiến thức tìm hiểu trên báo chí và internet để trả lời câu hỏi.
c) Sản phẩm: HS nghiên cứu thông tin, trả lời được các câu hỏi GV giao nhiệm vụ.
d) Tổ chức thực hiện:

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ

- GV đưa ra các câu hỏi vận dụng, yêu cầu HS về nhà làm

Câu hỏi vận dụng 1: Tìm hiểu và viết bài luận ngắn về sự phát triển của một công nghệ cụ thể với sự hỗ trợ của Vật lí Laser.

Câu hỏi vận dụng 2: Tìm hiểu và trình bày sơ lược về máy tính lượng tử được chế tạo bởi Google vào năm 2019 và Trung Quốc vào năm 2021.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ

- HS suy nghĩ, trao đổi, thảo luận, chọn đề tài để tìm hiểu và viết luận.

- GV điều hành, quan sát, hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận

- HS nghiên cứu đề tài, trình bày ý tưởng về nội dung sẽ thực hiện viết bài luận.

Bước 4: Kết luận, nhận định

- GV nhận xét, cho gợi ý về các ý tưởng của HS.

Gợi ý:

Câu 1:

Có thể sử dụng công nghệ điều trị các tật khúc xạ của mắt hoặc công nghệ cắt, khắc công nghiệp.

Câu 2:

- Máy tính lượng tử (Quantum Computing) tận dụng những hiện tượng cơ học của hạt lượng tử để tạo ra các đối tượng truyền tải dữ liệu, thông tin cực nhanh.

- Vào năm 2019, Google đã khiến cả thế giới phải giật mình khi sử dụng công nghệ lượng tử để giải quyết một vấn đề trong 3 phút 20 giây, trong khi một máy tính thông thường cần đến 10.000 năm.

- Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tạo ra những bước đột phá về truyền thông lượng tử, bao gồm cả vệ tinh lượng tử. Tháng 5.2021, nhóm nghiên cứu của Pan Jianwei đã thiết kế một hệ thống tính toán lượng tử siêu dẫn có tốc độ xử lý 66 qubit (bit lượng tử), đặt tên là "Zuchongzhi 2.1" - theo tên nhà toán học và thiên văn học người Trung Quốc thế kỷ thứ 5. Tân Hoa Xã cho hay, hệ thống này nâng cao đáng kể lợi thế lượng tử cho Trung Quốc.

- "Zuchongzhi 2.1", nhanh hơn 10 triệu lần so với siêu máy tính nhanh nhất thế giới hiện tại và độ phức tạp tính toán của nó cao hơn 1 triệu lần so với bộ xử lý Sycamore của Google. Đây là lần đầu tiên Trung Quốc đạt được lợi thế lượng tử trong một hệ thống tính toán lượng tử siêu dẫn.

- "Zuchongzhi 2.1" đã đạt được lợi thế lượng tử lần đầu tiên so với một bộ xử lý trước đó có tên "Zu Chongzhi" - một nguyên mẫu lượng tử siêu dẫn có tốc độ xử lý 62 qubit.

HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ: