Giáo án chuyên đề vật lí 10 chân trời bài 3: Ứng dụng của vật lí trong một số ngành nghề

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh 3.1 và đưa ra câu hỏi thảo luận:

Câu 1: Thảo luận về vai trò của một số kiến thức vật lí được ứng dụng trong quân sự.

Câu 2: Thảo luận về vai trò tích cực của các thiết bị quân sự.

- GV chia lớp thành các nhóm (mỗi nhóm 4 HS) thảo luận về 2 câu hỏi trên.

- GV nêu câu hỏi luyện tập:

Trình bày một số ứng dụng khác của vật lí trong lĩnh vực quân sự mà em biết.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS, thảo luận, 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 một số nhóm trả lời câu hỏi thảo luận.

- 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. Ứng dụng của vật lí trong quân sự

Trả lời Câu hỏi 1: Một số kiên thức vật lí được sử dụng trong quân sự:

- Mũi tên được bắn ra nhờ vào tính chất đàn hồi của dây cung, máy bắn đá hoạt động trên nguyên lí đòn bẩy để ném đá về phía quân địch.

- 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.

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

Trả lời Câu hỏi 2: Vai trò tích cực của các thiết bị quân sự:

- Đảm bảo an ninh trật tự trong nội bộ đất nước

- Đảm bảo nền an ninh quốc phòng, tăng cường năng lực phòng thủ trước sự xâm lược của các nước khác

- Tăng khả năng răng đe các thế lực có ý định xâm lược.

Trả lời câu hỏi luyện tập:

+ Máy bay điều khiển từ xa: máy bay có gắn thiết bị cảm ứng, có thể “ngửi” thấy khí thải từ các máy móc, thiết bị khác và truyền tín hiệu về trung tâm phân tích để xác định loại máy móc đó,chụp ảnh trong bóng tối, truyền các tin tức tình báo mới nhất về cơ sở cách xa hàng nghìn km, hoặc truyền các số liệu về tọa độ của quân đối phương về trận địa phóng tên lửa.

+ Vệ tinh nano: Là hệ thống thiết bị hàng không vũ trụ siêu nhỏ (vi hình) chuyên dụng kết hợp giữa hệ thống vi cơ điện và vi điện tử.

+ Hệ thống điện tử nano robot:  nhận biết được vị trí hệ thống điện tử, xâm nhập và tấn công làm cho đối phương mất khả năng tác chiến.

+ Phần cứng côn trùng: thu thập tin tức tình báo, cũng có thể lợi dụng chúng làm tê liệt khả năng tác chiến của mục tiêu hoặc sát thương binh lính.

+ Kiến máy:  xâm nhập vào bộ chỉ huy đối phương thu thập tin tức tình báo hoặc phá huỷ mạng máy tính và đường truyền tin.

+ Côn trùng máy:  dò quét địa lôi, vừa thu thập tin tức tình báo ngoài cự ly 1.000 km.

+ Người máy cá biển:  khi được lắp thuốc nổ có thể tấn công các chiến hạm trong quân cảng.

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV dẫn dắt giới thiệu về khí tượng thủy văn.

- GV đưa ra các câu hỏi:

Câu 3: Nêu một số kinh nghiệm dân gian về dự báo khí tượng thủy văn mà em biết?

- Gv đưa ra câu hỏi thảo luận:

Thảo luận về vai trò của một số kiến thức vật lí được ứng dụng trong khí tượng thủy văn.

- GV đưa ra câu hỏi luyện tập:

Trình bày sơ lược những kiến thức vật lí được ứng dụng trong việc cảnh báo động đất và sóng thần.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS 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 đại diện HS một lên trình bày

- GV mời HS 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.

2. Ứng dụng của vật lí trong khí tượng thủy văn

- Khí tượng, thủy văn là ngành có vai trò quan trọng trong xu thế phát triển kinh tế xã hội nhằm ứng phó với các vấn đề biến đổi khí hậu, thiên tai, lũ lụt, hạn hán,...

Trả lời câu hỏi 3: Một số kinh nghiệm dân gian về dự báo khí tượng thủy văn:

- Chuồn chuồn bay thắp thì mưa, bay cao thì nắng, bay vừa thì râm.

- Chớp đông nhay nháy, gà gáy thì mưa.

- Mau sao thì nắng, vắng sao thì mưa.

Trả lời câu hỏi thảo luận:

- Xây dựng phương trình Bernoulli mô tả dòng chảy của chất lưu do nhà Vật lí Daniel Bernoulli đề xuát vào thế kỉ XVIII được sử dụng trông ống piot chế tạo để đo chất lưu để khảo stas donhf chảy của sông.

- Phương pháp phân tích hình ảnh KU_STIV nhằm đưa ra những chiến lược quản lí rủi ro, lũ lụt.

- Vật lí có vai trò rất quan trọng trong công tác dự báo khí tượng thủy văn.

+ Nhờ một số mô hình vật lí – toán học cho dữ liệu lớn (big data), kết hợp với những siêu máy tính hiện đại đã mô phỏng các quá trình của thời tiết theo các định luật Vật lí để đưa ra những dự báo sớm và chính xác các thiên tai tiềm ẩn.

+ Sự phát triển của vệ tinh nhân tạo, công nghệ chụp ảnh viễn thám cho phép chụp ảnh Trái Đất từ không gian với độ phân giải cao, cung cấp các thông số đầu vào cho các mô hình dự báo khí tượng thủy văn.

Trả lời câu hỏi luyện tập:

Những kiến thức vật lí được ứng dụng trong việc cảnh báo động đất và sóng thần:

- Các cảm biến địa chấn có độ nhạy cao có thể ghi nhận sớm những biến đổi gây ra bởi sự chuyển động của lớp vỏ Trái Đất, từ đó đưa ra những dự báo về động đất và sóng thần. Một cảm biến địa chấn cơ học tiêu chuẩn bao gồm một lò xo có độ cứng k, vật nặng khối lượng m và bộ dao động tắt dần R để vật nặng không dao động quá gần tần số cộng hưởng của hệ thống. Một thước được gắn ở bên cạnh để đo chuyển động của vật nặng so với mặt đất, từ đó xác định những dư chấn gây ra bởi những biến đổi của lớp vỏ Trái Đất.

- Trong mô hình này, kiến thức vật lí về dao động điều hòa, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và chuyển động tương đối được sử dụng để thiết kế một cảm biến địa chấn cơ học tiêu chuẩn, ta có thể kết hợp thêm các cảm biến điện tử kết nối máy tính để ghi nhận chuyển động của vật nặng m.

- Các kiến thức vật lí về cơ học chất lưu, địa vật lí cũng được sử dụng để xây dựng các mô hình dự đoán và vật lí tính toán giúp giải chính xác các mô hình này từ đó đưa ra những đánh giá kịp thời về nguy cơ xảy ra sóng thần hay động đất để người dân có thể kịp sơ tán đến nơi an toàn.

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:

Câu 4: Mô tả một số ví dụ thực tế cho thấy việc sử dụng kiến thức vật lí trong nông, lâm nghiệp.

- GV đưa ra câu hỏi luyện tập:

Tìm hiểu những ứng dụng khác của vật lí trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS 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 đại diện HS một lên trình bày

- GV mời HS 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.

3. Ứng dụng của vật lí trong nông nghiệp

Trả lời câu hỏi 4 :

- Ứng dụng của vật lí trong nông, lâm nghiệp:

+ Chuyển đổi canh tác truyền thống thành các phương pháp hiện đại với năng suất vượt trội.

+ Bức xạ ion hóa gây đột biến và tạo ra các giống có đặc tính mới.

+ Năng suất cao, chất lượng dinh dưỡng tốt, chịu hạn tốt, đề kháng sâu bệnh và dễ thu hoạch như giống “siêu lúa” NPT5.

+ Bức xạ ion hóa giúp tiêu diệt tế bào vi sinh vật, côn trùng gây hại cho cây trồng, lương thực thực phẩm.

+ Hệ thống cảm biến không dây được sử dụng trong các hệ thống cảnh báo sớm và giám sát rừng, bảo vệ nguồn oxygen cho Trái Đất.

+ Máy bay không người lái: chụp ảnh phân giải cao phát hiện tình trạng sâu bệnh và mức độ phát triển của cây trồng.

+ Hệ thống tưới tự động sử dụng cảm biến độ ẩm.

+ Hệ thống phun thuốc trừ sâu tự động không gây hại cho sức khỏe con người.

+ Máy móc cơ khí giúp cho quá trình nuôi trồng, thu hoạch thuận tiện hơn.

Trả lời câu hỏi luyện tập:

Những ứng dụng khác của vật lí trong lĩnh vực nông, lâm nghiệp:

- Sử dụng bức xạ ion hóa để chiếu xạ, làm phá hủy cấu trúc DNA giúp nông sản được bảo quản lâu hơn ở điều kiện bình thường, góp phần hỗ trợ việc xuất khẩu nông sản.

- Kiến thức về nhiệt động lực học được sử dụng để sản suất máy kéo, máy gặt, máy gieo hạt,... giúp giảm thiểu sức người trong nông nghiệp, lâm nghiệp nhằm đẩy nhanh tiến độ thu hoạch.

- Chế tạo nhà kính để hạn chế tác hại của sâu bệnh lên cây trồng, kiểm soát các thông số môi trường, tưới tiêu tự động giúp tăng sản lượng các sản phẩm nông nghiệp.

- Các kiến thức vật lí phức hợp cũng được vận dụng trong các máy móc cơ khí để khai thác rừng. Công nghệ khắc CNC giúp xử lí và tạo ra những sản phẩm có tính chính xác và thẩm mĩ cao từ gỗ.

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giới thiệu về lịch sử nghiên cứu điện tử học và một số ứng dụng của vật lí trong điện tử.

- GV đưa ra câu hỏi:

Câu 5: Vật lí đóng vai trò như thế nào trong sản xuất các vi xử lí của máy tính và các thiết bị di động.

- GV đưa ra câu hỏi luyện tập:

Liệt kê các thiết bị điện tử mà em thường sử dụng trong đời sống hằng ngày.

Bước 2 : HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS 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 đại diện HS một lên trình bày

- GV mời HS 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.

4. Ứng dụng của vật lí trong điện tử

- Năm 1745, Ewald Georg von Kleist và Piêtr van Musschenbrock đã độc lập phát minh ra thiết bị tích trữ tĩnh điện có tên gọi là chai Layden .

Phát minh đã đặt nền móng cơ bản cho sự phát triển của điện tử học.

- Các linh kiện điện tử rời rạc như tụ điện, điện trở, transistor, diode,... các nhà nghiên cứu đã chế tạo ra mạch tích hợp IC điều khiển các thiết bị điện tử, mạch FPGA.

- Sử dụng pin năng lượng mặt trời cải tiến năng cao hiệu suất , sử dụng cho thiết bị thăm dò trên Hỏa tinh bởi NASA năm 2021.

Trả lời câu hỏi 5:

- Công nghệ quang khắc: Sử dụng tia siêu cực tím để khắc các mạnh điện lên bộ vi xử lí. Công nghệ khắc tốt tạo ra các transitor có kích thước nhỏ, giúp tối ưu hiệu suất sử dụng năng lượng, giảm thiểu nhiệt lượng tỏa ra, tăng số lượng tỏa ra, tăng số lượng các nhân tính toán, nhân đồ họa trên các bộ vi xử lí, từ đó giúp máy tính và các thiết bị di động có hiệu năng cao, kéo dài thời gian sử dụng thiết bị, đáp ứng được nhu cầu của người dùng. Ngoài ra, công nghệ quang khắc tốt giúp tăng hiệu suất sản xuất các bộ vi xử lí, giúp giảm giá thành của các thiết bị, người dùng dễ dàng tiếp cận với công nghệ mới.

- Chất bán dẫn sử dụng để sản xuất các bộ vi xử lí.

Trả lời câu hỏi luyện tập:

Các thiết bị điện tử mà em thường xử dụng trong đời sống hằng ngày: Điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính để bàn, máy tính bỏ túi, TV, tủ lạnh,...

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS tìm hiểu về ứng dụng của vật lí trong cơ khí, tự động hóa.

- GV đưa ra câu hỏi:

Câu 6: Trình bày vai trò của Vật lí trong việc phát triển công nghệ tự động hóa.

- GV đưa ra câu hỏi luyện tập:

Mô tả và phân tích những ví dụ cho thấy kiến thức vật lí được sử dụng trong công nghệ ô tô tự lái.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS 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 đại diện HS một lên trình bày

- GV mời HS 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.

5. Ứng dụng của vật lí trong cơ khí, tự động hóa

- Một số ứng dụng của Vật lí trong cơ khí, tự động hóa.

+ Đồng hồ bấm giờ, máy hơi nước.

+ Dây truyền sản xuất tự động ô tô

+ Dây truyền sản xuất tự động cơm hộp

 + Hệ thống tự lái của ô tô

+ Robot trí tuệ nhân tạo thay thế con người sửa chữa các trạm vũ trụ và khám phá không gian vũ trụ.

Trả lời câu hỏi 6 : Vai trò của Vật lí trong việc phát triển công nghệ tự động hóa:

- Lí thuyết chuyển động cơ học giúp điều khiển các chuyển động của các cánh tay robot một cách chính xác.

- Lí thuyết về điện – điện tử giúp thiết kế các mạch điều khiển tự động hóa.

- Sợi quang học và laser góp phần tăng tốc độ và băng thông truyền tín hiệu từ các bộ điều khiển trung tâm đếm các thiết bị, từ đó giúp giảm thiểu độ trễ ở mức tối thiểu và tăng độ chính xác của các dây chuyền tự động hóa.

Trả lời câu hỏi luyện tập:

Nguyên lý hoạt động của xe ô tô tự lái: hoạt động dựa trên các cảm biến, bộ truyền động, thuật toán phức tạp, hệ thống học máy (Machine Learning) và bộ xử lý mạnh mẽ để thực thi phần mềm.

Đầu tiên, xe sẽ tạo và duy trì bản đồ môi trường xung quanh bằng hệ thống định vị GPS và nhiều loại cảm biến nằm ở các bộ phận khác nhau của xe.

- Cảm biến RADAR giám sát vị trí của các phương tiện gần đó.

Có 2 loại RADAR được sử dụng:

+ Cảm biến RADAR tầm dài (Long-Range RADAR): Điều khiển hành trình thích ứng.

+ Cảm biến RADAR tấm ngắn (Short-Medium Range RADAR): Giúp phát hiện điểm mù, cảnh báo va chạm.

- Cảm biến LIDAR (Light + RADAR) phản xạ xung ánh sáng từ môi trường xung quanh ô tô, giám sát khoảng cách của những người đi bộ và bất kỳ phương tiện nào khác phía trước nó. Từ đó, ra lệnh phanh giảm tốc độ hoặc dừng khẩn cấp.

- Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor) sử dụng sự truyền âm thanh để phát hiện vật thể. Theo dõi các chuyển động của xe, phát hiện lề đường và các phương tiện khác khi đỗ xe. Thông thường, cảm biến này được kích hoạt khi xe chuyển động ngược chiều.

- Camera sẽ phát hiện đèn giao thông, đọc biển báo đường bộ, cảnh báo chệch làn đường, nhận dạng, theo dõi người đi bộ và các phương tiện khác.

Sau đó, phần mềm sẽ xử lý tất cả đầu vào của những cảm biến này và thông qua những thuật toán, phần mềm sẽ vạch ra các cách vận hành và gửi hướng dẫn đến bộ truyền động của ô tô, nơi có nhiệm vụ điều khiển tốc độ, phanhvà hệ thống lái.

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra các câu hỏi:

Câu 1: Mô tả một vài ví dụ về sự ứng dụng của vật lí trong thông tin truyền thông.

- GV đưa ra câu hỏi luyện tập:

Liệt kê một số ứng dụng của công nghệ truyền dữ liệu không dây trong thực tiễn.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS 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 đại diện HS một lên trình bày

- GV mời HS 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.

6. Ứng dụng của vật lí trong thông tin truyền thông

Trả lời câu hỏi 7:

- Mạch điện, điện tử (tụ điện, diode, transitor, LED, nam châm ,…) ứng dụng chế tạo các phần cứng máy tính, điện thoại;

- Công nghệ vật liệu, vật liệu bán dẫn được ứng dụng để phát triển chip vi xử lí cho máy tính, điện thoại;

- Từ tính, quang học ứng dụng trong một số bộ phận liên quan như ổ cứng, thẻ nhớ, đầu đĩa DVD.

- Quang học trong hệ thống cáp quang cũng đã tạo ra một phương pháp mới trong việc truyền tải thông tin giúp cho truyền hình kỹ thuật số có những phát triển vượt bậc.

- Dữ liệu không dây phát triển mạnh mẽ nhờ vào sự phát triển của công nghệ chế tạo và phóng vệ tinh nhân tạo.

Trả lời câu hỏi luyện tập:

Một số ứng dụng củ công nghệ truyền dữ liệu không dây trong thực tiễn:

- Công nghệ mạng dữ liệu di động 4G, 5G, wifi, bluetooth.

- Điện thoại vệ tinh

- Cảm biến không dây đang ngày càng được sử dụng rộng dãi trong nhiều ngành nghề của cuộc sống.

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:

Câu hỏi 8: Liệt kê những ứng dụng của Vật lí trong việc phát triển những ngành khoa học khác.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS 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 đại diện HS một lên trình bày

- GV mời HS 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.

7. Ứng dụng của vật lí trong các ngành khoa học khác

Trả lời câu hỏi 8:

-  Sự phát triển của bộ xử lí đồ họa (GPU) đã tạo điều kiện cho các nhà khoa học thực hiện những mô phỏng động lực học phân tử (MD – Molecular Dynamics). Mô phỏng MD đang được sử dụng để nghiên cứu những tính chất vật lí của các phân tử, đại phân tử, từ đó có rất nhiều ứng dụng trong việc nghiên cứu DNA, bào chế thuốc, chế tạo vật liệu mới,…

- Các phương pháp nhiễu xạ tinh thể, phát xạ hồng ngoại, quang phổ huỳnh quang, quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV –VIS) cũng được áp dụng rộng rãi trong hóa học, sinh học để nghiên cứu các tính chất hóa lí của các chất.