Giáo án chuyên đề vật lí 10 kết nối bài 2: Giới thiệu các lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí học
Giáo án chuyên đề bài 2: Giới thiệu các lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí học sách chuyên đề học tập vật lí 10 kết nối. 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
Xem: => Giáo án vât lí 10 kết nối tri thức (bản word)
Click vào ảnh dưới đây để xem 1 phần giáo án rõ nét
Các tài liệu bổ trợ khác
Xem toàn bộ: Giáo án chuyên đề Vật lí 10 kết nối tri thức đủ cả năm
Ngày soạn:…/…/…
Ngày dạy:…/…/…
BÀI 2: GIỚI THIỆU CÁC LĨNH VỰC
NGHIÊN CỨU TRONG VẬT LÍ HỌC (4 TIẾT)
- MỤC TIÊU
- Về kiến thức
Sau bài học này, HS sẽ:
- 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.
- Thảo luận, đề xuất, chọn phương án và thực hiện được nhiệm vụ học tập 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.
- 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 liệt kê các mô hình lí thuyết đơn giản, các phương pháp thực nghiệm của một số lĩnh vực của vật lí hiện đại.
- 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 về thí nghiệm vật lí hoặc các hiện tượng vật lí thú vị, các phát minh, sáng chế lấy trên internet.
- 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:
- GV cho HS tìm hiểu về các lĩnh vực như: Vật lí thiên văn và vũ trụ học; Vật lí hạt và năng lượng cao; Vật lí nano; Vật lí laser; Vật lí bán dẫn; Vật lí sinh học.
- GV đặt vấn đề: Các lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí học là gì? Các nhà khoa học trong các lĩnh vực vật lí nghiên cứu như thế nào?
- HS tiếp nhân, thực hiện nhiệm vụ.
- GV dẫn dắt vấn đề: Trước đây, Vật lí được coi là một ngành của Triết học tự nhiên. Cho đến thế kỉ XIX, Vật lí đã tách ra trở thành một nhành khoa học riêng và có những đóng góp quan trọng trong sự tiến bộ của khoa học và công nghệ nhờ sự phát triển của các lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí hiện đại. Chuyên đề này nghiên cứu một số lĩnh vực như: Vật lí thiên văn và vũ trụ học; Vật lí hạt và nnawg lượng cao; Vật lí nano; Vật lí laser; Vật lí bán dẫn; Vật lí sinh học . Chúng ta cùng vào Bài 2: Giới thiệu các lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí học.
TIẾT 1
- HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC
Hoạt động 1: Tìm hiểu một số thành tựu của vật lí hiện đại.
- Mục tiêu: Thông qua hoạt động, HS nói lên hiểu biết của mình về một số thành tựu của vật lí hiện đại như: Khám phá hỏa tinh, phát minh ra laser.
- Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận và trả lời câu hỏi.
- Sản phẩm học tập:
- HS ghi được vào vở các thành tựu nổi bật của vật lí hiện đại.
- 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 yêu cầu HS trả lời Câu hỏi : Kể về một số thành tựu nổi bật của vật lí hiện đại mà em biết ? - GV tổ chức cho HS thảo luận : Chia lớp thành các nhóm ( Mỗi nhóm 4 học sinh). Sử dụng kĩ thuật ‘‘Khăn trải bàn’’ sau đó tổng hợp lại câu trả lời của từng nhóm. 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 trả lời câu hỏi về các thành tựu nổi bật của vật lí hiện đại. - 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, chuyển sang nội dung mới. | Một số thành tựu của vật lí hiện đại · Khám phá hỏa tinh · Phát minh ra laser |
Hoạt động 2: Hướng dẫn HS lập kế hoạch tìm hiểu các lĩnh vực nghiên cứu của vật lí học
- Mục tiêu: Thông qua hoạt động nhóm, HS tìm hiểu được các lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí học.
- Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận, tìm hiểu các tài liệu trên internet về các lĩnh vực:
- Vật lí thiên văn và vũ trụ học.
- Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao.
- Vật lí nano.
- Vật lí laser.
- Vật lí bán dẫn.
- Vật lí ý sinh.
- Sản phẩm học tập:
- HS phát biểu các lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí học.
- HS thảo luận theo nhóm, trình bày một hiểu biết về các lĩnh vực của vật lí.
- 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 yêu cầu HS thảo luận nhóm, phân công cho mỗi nhóm lập kế hoạch tìm hiểu một trong các lĩnh vực nghiên cứu vật lí và trả lời các câu hỏi : · Đối tượng nghiên cứu là gì ? · Mô tả một số mô hình lí thuyết, phương pháp thực nghiệm. · 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. -GV chia lớp thành 6 nhóm HS (mỗi nhóm không quá 5 HS).. ( Gợi ý : GV đưa câu hỏi từng lĩnh vực cho các nhóm qua phiếu học tập) Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập - HS thảo luận theo nhóm, trình bày về lĩnh vực của nhóm mình. - 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 trình bày về lĩnh vực nhóm mình nghiên cứu. - 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, chuyển sang nội dung mới. | Các lĩnh vực nghiên cứu của vật lí học Nhóm 1 : Vật lí thiên văn và vũ trụ Nhóm 2 : Vật lí hạt cơ bản và nâng cao Nhóm 3 : Vật lí nano Nhóm 4 : Vật lí Laser Nhóm 5 : Vật lí bán dẫn Nhóm 6 : Vật lí y sinh |
Phiếu học tập số 1 : Vật lí thiên văn và vũ trụ học |
Câu 1 : Em hiểu thế nào là thiên văn học? Thiên văn học nghiên cứu những vấn đề gì? Bạn có cảm thấy hứng thú với chủ đề này không? Hãy chia sẻ những hiểu biết của bạn về thiên văn học và vũ trụ ? Câu 2 : Thiên văn học là một phần của Vật lí học. Vậy mục tiêu của thiên văn học là gì ? Phương pháp nghiên cứu của ngành thiên văn học ? Câu 3: Hãy nêu các lý thuyết, thực nghiệm mà các nhà khoa học đã tiến hành trước đây để nghiên cứu thiên văn và những thành tựu của sự nghiên cứu đó ? Câu 4: Hãy nêu và minh họa các hướng nghiên cứu chủ yếu của Vật lí thiên văn và vũ trụ học hiện nay ? Câu 5: Tìm hiểu trên Internet và cho biết một số sự kiện trong khám phá vũ trụ gần đây? |
Phiếu học tập số 2 : Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao |
Câu 1: Nên quá trình hình thành và phát triển ý tưởng “vật chất được tạo bởi các hạt nhỏ bé, không phân chia được” ? Câu 2: Đối tượng nghiên cứu của vật lý hạt cơ bản là gì ? Các hạt cơ bản cấu tạo nên vật chất được phân loại như thế nào ? Nêu các loại tương tác cơ bản ? Câu 3: Các nhà khoa học đã đưa ra các mô hình lý thuyết nào để nghiên cứu vật lý hạt ? Các mô hình đó được phát triển dựa trên phương pháp thực nghiệm nào, và những thành tựu của nó ? Câu 4: Hãy nêu và minh họa những tiềm năng của ngành vật lý hạt nhân ? |
Phiếu học tập số 3 : Vật lí nano |
Câu 1: Vật liệu nano ? Tại sao các vật liệu có kích cỡ lại có những tính chất khác biệt ? Câu 2: Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu nano như thế nào ? Câu 3: Một số ứng dụng của vật liệu nano ? |
Phiếu học tập số 4 : Vật lí Laser |
Câu 1: Laser là gì ? Nêu các tính chất đặc biệt của Laser ? Câu 2: Nêu những ứng dụng của Laser trong đời sống ? Câu 3: Khi sử dụng Laser cần chú ý điều gì ? Vì sao ? |
Phiếu học tập số 5 : Vật lí bán dẫn |
Câu 1: Thế nào là chất bán dẫn ? Đối tượng nghiên cứu của vật lí bán dẫn ? Câu 2: Nêu các tính chất đặc biệt của chất bán dẫn và các ứng dụng đơn giản của những tính chất này ? Câu 3: Hãy kể tên và minh họa những thành tựu, ứng dụng của vật lí án dẫn trong đời sống và khoa học, kĩ thuật ? Câu 4: Hãy tìm hiểu trên Internet cho biết các công nghệ hiện tại cũng như sự phát triển các công nghệ mới trong vật lí bán dẫn ? |
Phiếu học tập số 6 : Vật lí y sinh |
Câu 1: Vật lý y sinh là gì ? Đối tượng, nội dung nghiên cứu của vật lí y sinh ? Câu 2: Hãy tìm hiểu và cho biết các công nghệ hiện tại cũng như tiềm năng phát triển các công nghệ mới trong vật lí y sinh ? |
TIẾT 2, 3, 4:
Hoạt động 3: Tổ chức thảo luận
- Mục tiêu: Thông qua hoạt động, HS tìm hiểu về các lĩnh vực nghiên cứu của vật lí học.
- Nội dung: GV tổ chức cho HS thảo luận nhóm để tìm hiểu các lĩnh vực nghiên cứu của vật lí học.
- Sản phẩm học tập: HS trình bày về các lĩnh vực đã chuẩn bị:
- Vật lí thiên văn và vũ trụ học.
- Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao.
- Vật lí nano.
- Vật lí Laser.
- Vật lí bán dẫn.
- Vật lí ý sinh.
- 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 nhắc lại yêu cầu, nhiệm vụ và kiểm tra sự chuẩn bị của các nhóm. - GV cho đại diện các nhóm lên trình bày sản phẩm của nhóm mình. Nhóm 1: Vật lí thiên văn và vũ trụ học Nhóm 2 : Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao Nhóm 3 : Vật lí nano Nhóm 4 : Vật lí Laser Nhóm 5 : Vật lí bán dẫn Nhóm 6 : Vật lí ý sinh Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập - HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận - Đại diện nhóm trình bày các vấn đề, các nhóm chú ý lắng nghe để bổ sung, nhận xét. Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức. | I. Vật lí thiên văn và vũ trụ học Câu 1: Thiên văn học là nghiên cứu mặt trời, mặt trăng, các sao, các hành tinh, sao chổi, các thiên hà, chất khí, bụi và các vật thể và hiện tượng khác ngoài Trái Đất. Đã có lịch sử hàng ngàn năm, với số lượng lớn những vì sao, những thiên hà đã được quan sát, cho phép con người nghiên cứu về các tiến trình phát triển trong vũ trụ và nhận dạng các mối quan hệ trong những tiến trình đó. https://www.youtube.com/watch?v=kK_JhZKrXfk Câu 2: Mục tiêu của thiên văn học là tìm hiểu quá trình hình thành và phát triển của vũ trụ. Bằng lí thuyết và thực nghiệm, các nhà khoa học sẽ cung cấp những thông tin quan trọng nhất về sự hình thành nên vũ trụ của chúng ta. Câu 3: Phương pháp nghiên cứu: + Lý thuyết: Vụ nổ lớn (vụ nổ nguyên thủy), mô tả về giai đoạn sơ khai của sự hình thành vũ trụ. Theo lí tuyết này, vũ trụ của chúng ta khởi thủy nhỏ, đặc và nóng. Vụ nổ lớn xảy ra, vũ trụ không ngừng dãn nở. Căn cứ vào các số đo về vận tốc bay của các thiên hà và các chuẩn tinh, có thể suy ra là vũ trụ hình thành cách đây khoảng 14 tỉ năm https://www.youtube.com/watch?v=-dNHwugfqFQ + Thực nghiệm: - Thời cổ đại, con người đã quan sát bầu trời và xây dựng nên những mô hình đầu tiên của vũ trụ. - Kính thiên văn phản xạ của Newton: - Phân tích ánh sáng thành một chuỗi các vạch quang phổ (quang phổ học): nghiên cứu các thiên thể - Kính viễn vọng đặt ở mặt đất hoặc trong không gian: quan sát được khoảng cách xa (12 tỉ đến 13 tỉ năm ánh sáng), bao quát 90% vũ trụ và thu được các sóng ở vùng vô tuyến, các tia vũ trụ để nghiên cứu được các thời kì sao bốc cháy hay sự hình thành của những vì sao mới. Ngày 24/04/1990: Kính thiên văn vũ trụ Hubble đã được phóng vào không gian - Chế tạo tàu vũ trụ: thám hiểm không gian. (12/4/1961, tàu vũ trụ Vostok chở theo nhà du hành Gagarin được phóng đi từ sân bay vũ trụ Balkonour ở Kazakhtan – thuộc Liên Xô trước đây.) Câu 4: Vật lí thiên văn và vũ trụ học nghiên cứu trên phạm vi rộng lớn, với các hướng nghiên cứu chủ yếu như + Thiên văn: nghiên cứu các thiên thể và các hiện tượng tự nhiên có nguồn gốc ngoài Trái Đất. Thông qua các bức xạ phát ra từ các thiên thể trong các dải phổ điện từ, các tính chất của chúng sẽ được xác định như: độ sáng, khối lượng riêng, nhiệt độ và thành phần hóa học, từ đó có thể xây dựng mô hình lí thuyết về sự hình thành và vòng đời của các thiên thể trong vũ trụ. + Công nghệ vệ tinh: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, vận hành vệ tinh đưa vào không gian để phục vụ truyền hình, thông tin liên lạc …
Câu 5: Học sinh xem, cắt ghép, tổng hợp để có một bức tranh sinh động về các sự kiện khám phá vũ trụ II. Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao Câu 1: - Thế kỉ VI TCN : Ý tưởng về vật chất được tảo bởi các hạt nhỏ bé, không phân chia được. - Năm 1810, Dalton (1766-1844): đưa ra luận điểm chứng minh “mọi vật đều được cấu tạo bởi các hạt cực nhỏ gọi là các nguyên tử”. - Năm 1930: các nhà khoa học khám phá và chính minh: có hai loại hạt, + hạt cơ bản (hạt sơ cấp) là những hạt không thể phân chia nhỏ hơn được nữa. + hạt tổ hợp là những hạt được cầu thành bởi các hạt khác như proton và neutron được cấu thành từ các hạt quark. Câu 2: - Các nghiên cứu trong vật lí hạt hiện đại tập trung vào các hạt có cấu trúc nhỏ hơn nguyên tử. - Đối tượng nghiên cứu của vật lí hạt là nghiên cứu về các hạt sơ cấp chứa trong vật chất và những tương tác giữa chúng. - Các hạt cơ bản cấu tạo nên vật chất được phân loại: hạt cơ bản và hạt tổ hợp. - Các loại tương tác cơ bản: + tương tác hấp dẫn: liên kết các hạt có khối lượng trong vũ trụ. + tương tác điện từ: xảy ra giữa các hạt mang điện tích. + tương tác mạnh: liên kết các quark để tạo thành hadron, trong đó có proton, neutron. + tương tác yếu: gây nên các hiện tượng phóng xạ. III. Vật lí nano Câu 1: - Vật liệu nano là một loại vật liệu mới có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,…có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của chúng so sánh được với kích thước của tế bào khoảng từ 1 nanomét đến 100 nanomét (1nm = 10-9m). - Vật liệu kích cỡ nano có những tính chất rất khác biệt vì kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác biệt bắt đầu từ nguyên nhân này. Câu 2: Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu nano bằng cách sử dụng lí thuyết, bằng thực nghiệm thông qua các thiết bị hiện đại như kính hiển vi điện tử có khả năng quan sát đến kích thước cỡ nguyên tử hay phân tử và mô phỏng trên máy tính. Câu 3: Vật liệu nano được ứng dụng trong mọi lĩnh vực, ví dụ: - Y sinh học: Các hóa chất và dược phẩm kích cỡ nano khi đưa vào cơ thể, giúp can thiệp ở quy mô phân tử hay tế bào dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư, … - Năng lượng: Sử dụng các vật liệu nano chế tạo các loại pin, tụ điện làm tăng tính hiệu quả dự trữ điện năng hoặc tạo ra vật liệu siêu dẫn. Môi trường: giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động môi trường. - Công nghệ thông tin: dùng vật liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ, chế tạo màn hình máy tính, điện thoại và chế tạo các vật liệu siêu nhẹ, siêu bền được sử dụng để sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ… IV: Vật lí Laser Câu 1: - Laser là từ viết tắt tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cảm ứng), là nguồn ánh sáng thu được nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt các phần tử của một môi trường vật chất. * Các tính chất đặc biệt của Laser: - Có cường độ lớn: tập trung năng lượng lớn - Có tính kết hợp cao - Có tính định hướng cao - Có tính đơn sắc cao. ® chiếu rất xa mà không bị phân tán hay tán xạ khi truyền qua mặt phân cách giữa các môi trường Câu 3: - Đo đạc những khoảng cách cực lớn, như trong nghành thiên văn (đo khoảng cach từ trái đất đến các hành tinh và khoảng cách giữa các hành tinh trong vũ trụ). - Thiết lập dẫn đường như các loại bom, tên lửa được dẫn đường bằng laser. - Công nghiệp nặng: hàn cắt kim loại - Công nghiệp chế tạo vũ khí. - Cải tạo giống - Trong y học (chuẩn đoán và điều trị bệnh, săn sóc thẩm mỹ) Câu 4: Mặc dù được ứng dụng rộng rãi nhưng laser cũng có những lưu ý vì nó có thể gây ra những tác hại vô cùng lớn đối với chúng ta. - Không được chiếu thẳng tia laser vào mắt vì tia có khả năng làm hỏng võng mạc, tổn thương đến mắt. - Không sử dụng những đồ chơi có tia laser chiếu sáng dành cho trẻ em. - Kiểm tra thông tin của sản phẩm theo thông tin của nhà sản xuất có đúng với tiêu chuẩn của quốc tế về độ an toàn phù hợp của tia laser trong sản phẩm. V: Vật lí bán dẫn Câu 1: - Chất bán dẫn là những chất có độ dẫn điện ở mức trung gian vừa dẫn điện và vừa cách điện. Chất bán dẫn được xem như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là “bán dẫn” vì ở một điều kiện nào đó chất này sẽ dẫn điện, còn ở điều kiện khác sẽ không dẫn điện. - Vật lý bán dẫn nghiên cứu những tính chất và cơ chế vật lí xảy ra trong các chất bán dẫn. Câu 2: Những biểu hiện quan trọng đầu tiên của chất bán dẫn: + Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm. + Điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất. + Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác. Þ Nhờ đặc tính nhạy sáng và nhiệt độ của vật liệu bán dẫn, người ta chế tạo các thiết bị cảm biến dùng trong các hệ thống điều khiển tự động. Câu 3: - Ứng dụng của vật lí bán dẫn trong đời sống và khoa học, kĩ thuật. + Chất bán dẫn là một trong những nhân tố quan trọng để tạo ra các linh kiện hoàn chỉnh như diode, transistor, các loại thẻ nhớ, SSD, HDD,…. Các linh kiện này thông qua sự phối hợp, lắp ghép và liên kết với nhau sẽ tạo nên những bản mạch điện tử. - Chất bán dẫn giúp tạo nên những thiết bị điện như rơle bán dẫn, linh kiện bán dẫn, bóng bán dẫn, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức, diot bán dẫn, bộ chuyển đổi tín hiệu, CT dòng, PLC, biến tần,… - Chất bán dẫn có vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, internet, thiết bị trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, xe lửa, … Vì chất bán dẫn không được bày bán một cách phổ thông trong các cửa hàng giống như các thiết bị điện, nên nó có thể khó hình dung với nhiều người. Tuy nhiên thì trong thực tế, nó được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện tử hiện nay. Chúng là những nhân tố cấu thành nên các linh kiện điện tử như diode, transistor, các loại thẻ nhớ, SSD, HDD,…Một số ứng dụng nổi bật có thể dễ dàng hình dung như: · Cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn. · Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn. · Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv… Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu. Câu 4: - Kể từ khi phát minh ra các thiết bị bán dẫn điện ở Hoa Kỳ vào những năm 1940, sự phát triển công nghệ cũng đã trải qua ba thế hệ: + Thế hệ đầu tiên bao gồm đa tạp, điốt silicon và thyristor, được đại diện bởi các thyristor dựa trên silicon. Tính năng chính là bán điều khiển, chỉ có thể điều khiển dẫn. + Thế hệ thứ hai chủ yếu dựa trên các vật liệu silicon, bao gồm MOSFET, GTO, IGBT và IGCT. Tính năng chính là nó không chỉ có thể điều khiển bật mà còn có khả năng tắt tự động, có thể nhận ra chuyển đổi miễn phí và tần số cao hơn. + Thế hệ thứ ba của chất bán dẫn, chủ yếu là vật liệu dải rộng, bao gồm vật liệu SiC, GaN, … Mặc dù vật liệu và thiết bị SiC bắt đầu nghiên cứu vào những năm 1980, sự phát triển nhanh chóng thực sự vẫn là sau năm 2000, mặc dù có các sản phẩm SiC SBD và MOSFET, nhưng khi đó công nghệ chưa trưởng thành. VI: Vật lí y sinh Câu 1: Vật lí y sinh là môn khoa học liên ngành, ứng dụng lí thuyết và phương pháp của khoa học vật lí vào sinh học, y học hoặc chăm sóc sức khỏe. Đối lượng nghiên cứu là các hiện tượng xảy ra trong các tổ chức và cơ thể sông dựa trên những thành tựu của vật lí. Nội dung nghiên cứu: cơ chế sinh bệnh và tác dụng của các yếu tố từ môi trường và các yếu tố vật lí, các kĩ thuật chẩn đoán và điều trị bênh hiện đại; nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ, phục hồi chức năng vận động và thiết bị nano để điều hòa chức năng sinh học; nghiên cứu các kĩ thuật thí nghiệm và chẩn đoán bằng hình ảnh, quan sắt gián tiếp hoặc mô hình hóa cấu trúc và tương tác của từng phân tử hay nhiều phân tử. Câu 2: - Vật lý y khoa là ngành khoa học ứng dụng, áp dụng các kiến thức vật lý, bao gồm các quy luật và hiện tượng vật lý cũng như các nguyên lý kỹ thuật vào sinh học và y học để chăm sóc sức khoẻ cộng đồng. Chuyên ngành vật lý y khoa tập trung vào nghiên cứu các vấn đề liên quan tới bức xạ ion hoá trong chẩn đoán và điều trị bệnh. - Vật lý y khoa là cầu nối giữa vật lý và y học, nhà vật lý y khoa là cầu nối giữa bác sĩ và công nghệ, vật lý y khoa giữ một vị trí quan trọng trong các ê kíp chẩn đoán và điều trị bệnh. - Nhà vật lý y khoa: được dùng chung cho các chức danh kỹ sư, cử nhân, thạc sĩ, tiến sĩ vật lý y khoa được đào tạo và có bằng cấp tương ứng về chuyên ngành vật lý y khoa. Theo Danh mục nghề ISCO của ILO hay theo Quyết định số 34/2020/QĐ-TTg, nghề/ngành vật lý y khoa có vai trò và trách nhiệm chính sau: a) Áp dụng các nguyên tắc, kỹ thuật và quy trình vật lý để phát triển hoặc cải tiến ứng dụng trong y tế và các ứng dụng thực tiễn khác; b) Đảm bảo an toàn và phân phối liều bức xạ hiệu quả (ion hóa) cho bệnh nhân để đạt được kết quả chẩn đoán hoặc điều trị theo chỉ định của bác sỹ; c) Đảm bảo đo lường và mô tả chính xác các đại lượng vật lý được sử dụng trong các ứng dụng y tế; d) Thử nghiệm, vận hành và đánh giá chất lượng thiết bị được sử dụng trong các ứng dụng như hình ảnh, điều trị y khoa và đo liều; đ) Tham vấn và tư vấn với các bác sĩ và các chuyên gia chăm sóc sức khoẻ khác trong việc tối ưu hóa sự cân bằng giữa tác động có lợi và có hại của bức xạ; e) Xây dựng, thực hiện, duy trì các tiêu chuẩn, quy trình đo đạc các hiện tượng, các đại lượng vật lý được áp dụng trong các lĩnh vực công nghệ hạt nhân, y tế. |
- 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.
- c) Sản phẩm học tập: HS vẽ sơ đồ tư duy thể hiện sơ bộ bực tranh về các lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí học.
- d) Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:
- GV yêu cầu HS tổng hợp lại những kiến thức, thông tin đã tiếp nhận ở các tiết trước, vẽ sơ đồ tư duy giới thiệu các lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí học.
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ: HS quan sát và chú ý lắng nghe, hoàn thành bài tập GV yêu cầu.
- GV quan sát và hỗ trợ.
Bước 3: Báo cáo, thảo luận:
- HS nộp sản phẩm của mình
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:
- 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 để trả lời các câu hỏi, bài tập.
- c) Sản phẩm: HS vận dụng kiến thức đã học để trả lời về ứng dụng của một số lĩnh vực nghiên cứu trong thực tế và ứng dụng của vật lí trong một số ngành nghề.
- d) Tổ chức thực hiện:
Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ
- GV yêu cầu HS hoạt động nhóm đôi hoàn thành bài tập:
Câu 1: Cho ví dụ về ứng dụng của Vật lí nano, Vật lí Laser, Vật lí bán dẫn trong thực tế ?
Câu 2: (Học sinh về nhà tìm hiểu và trả lời)
Tìm hiểu về một số ứng dụng của vật lí trong một số ngành nghề ?
- GV cho HS về nhà vẽ sơ đồ tư duy tóm tắt một số lĩnh vực chính của vật lí hiện đại.
Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ
- HS suy nghĩ, trao đổi, thảo luận thực hiện nhiệm vụ.
- GV điều hành, quan sát, hỗ trợ.
Bước 3: Báo cáo, thảo luận
- Bài tập: đại diện HS trình bày kết quả thảo luận, các HS khác theo dõi, đưa ý kiến.
Bước 4: Kết luận, nhận định
- GV nhận xét, đánh giá, đưa ra đáp án đúng.
Đáp án:
Câu 1:
- Vật lí nano :
- Công nghệ Nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, tạo ra và làm tăng tính chất đặc biệt của vật liệu nhưng lại giảm kích thước của các thiết bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ. Đây được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… Vì thế có thể coi công nghệ này đã và đang tác động đến toàn xã hội.
- Nền công nghệ Nano góp phần nâng cao chất lượng của pin năng lượng mặt trời, tăng tính hiệu quả và dự trữ của pin và siêu tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm dây dẫn điện để vận chuyển điện đường dài…
Công nghệ Nano trong pin năng lượng mặt trời
- Về mặt kỹ thuật, công nghệ này giúp chế tạo các linh kiện điện tử Nano với tốc độ xử lý cực nhanh. Các nhà xưởng cũng dùng vật liệu Nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ, chế tạo màn hình máy tính, điện thoạivà các linh kiện cho xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…
Công nghệ Nano trong công nghệ thông tin
- Công nghệ hiện đại này còn có thể khiến các loại thực phẩm thay đổi hương vị cũng như giàu dinh dưỡng hơn. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ được thưởng thức những món ăn với hương vị vô cùng lạ mà giá trị dinh dưỡng vẫn cao nhờ công nghệ Nano thực phẩm. Ngoài ra, công nghệ Nano cũng sẽ giúp lưu trữ thực phẩm được lâu hơn nhiều lần bằng cách tạo ra những vật liệu đựng thực phẩm có khả năng diệt khuẩn, tiêu biểu là các tủ lạnh với các ngăn chứa thực phẩm được tích hợp công nghệ này.
Công nghệ Nano có khả năng thay đổi hương vị
- Về môi trường, nó giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động đến môi trường. Cụ thể chúng ta đã chế tạo thành công các màng lọc Nano, góp phần lọc được các phân tử gây ô nhiễm. Các chất hấp phụ, xúc tác Nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng và hoàn toàn… Trong đó, điển hình là Máy lọc nước Nano.
- Vật liệu Nano đã và đang được giới y học đánh giá cao và ngày càng áp dụng vào trong lĩnh vực y học, sinh học này. Các hạt Nano được xem như là các robot nano thâm nhập vào cơ thể. Giúp con người có thể can thiệp ở qui mô phân tử hay tế bào. Hiện nay, con người đã chế tạo ra hạt Nano có đặc tính sinh học có thể dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc và thậm chí là tiêu diệt các tế bào ung thư.
Vật liệu Nano dùng trong y học
- Ngành may mặc cũng có những bước chuyển mình từ khi vật liệu Nano được tạo ra. Họ áp dụng vật liệu Nano bạc có khả năng thu hút và tiêu diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo. Ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể thao ở các hãng lớn như Nike, Adidas... Và đặc biệt, còn được sử dụng trong một số loại quần lót khử mùi.
- Vật lí Laser: Laser được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Theo công nghệ laser được sử dụng trong một số lĩnh vực sau :
+ Laser trong công nghệ hoá học
+ Laser trong công nghệ vật liệu bán dẫn
+ Laser trong công nghệ chế tạo vật liệu kim loại
+ Laser trong công nghệ gia công vật liệu
+ Laser công nghệ năng lượng
+ Laser trong lĩnh vực topography
+ Laser trong các lĩnh vực khác (kiến trúc, nghệ thuật,y tế.Trong chuyên đề này chỉ đề cặp đến công nghệ laser trong gia công vật liệu. - Vật lí bán dẫn:
- Cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn.
- Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn.
- Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv… Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu.
HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ:
- Ghi nhớ kiến thức trong bài.
- Hoàn thành các bài tập được giao.
- Chuẩn bị bài mới “Bài 3: Giới thiệu các ứng dụng của vật lí trong một số ngành nghề”
Trên chỉ là 1 phần của giáo án. Giáo án khi tải về có đầy đủ nội dung của bài. Đủ nội dung của học kì I + học kì II
Xem toàn bộ: Giáo án chuyên đề Vật lí 10 kết nối tri thức đủ cả năm