Giáo án chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 4: Chẩn đoán bằng siêu âm

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV sử dụng phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề kết hợp với kĩ thuật KWL. 

- GV định hướng HS thực hiện các hoạt động sau:

+ Xác định vấn đề:

• GV yêu cầu HS thảo luận và nêu những thông tin đã biết về sóng siêu âm và trả lời câu Thảo luận 1 (SCĐ -24) . Nhắc lại các tính chất của sóng cơ học

• HS làm việc cá nhân để điền thông tin vào cột K.

• HS nêu những điều mình cần biết về sóng siêu âm được sử dụng trong y học vào cột W.

+ Giải quyết vấn đề:

• GV chia lớp thành các nhóm (số lượng nhóm và số lượng thành viên trong từng nhóm phụ thuộc vào tình hình thực tế của lớp học).

• HS làm việc theo nhóm, nghiên cứu thông tin trong SCĐ, quan sát tài liệu đa phương tiện (hình ảnh, video clip,...) về kĩ thuật siêu âm để trình bày câu trả lời vào cột L. 

+Vận dụng:

• HS trình bày kết quả làm việc nhóm có thể bằng nhiều hình thức: viết, vẽ sơ đồ tư duy,... 

• Đại diện 2 – 3 nhóm HS trình bày trước lớp sản phẩm của nhóm mình. Các nhóm HS còn lại nhận xét và bổ sung.

- GV nhận xét, đánh giá. Sau đó, GV tổng kết lại kiến thức và yêu cầu HS ghi vào vở.  

* Lưu ý: GV có thể tham khảo mẫu KWL đính kèm cuối hoạt động 

- GV yêu cầu HS tiếp tục làm việc nhóm để trả lời các câu hỏi Thảo luận 2 (SCĐ -tr25)

a) Tính bước sóng của một sóng siêu âm có tần số 2 MHz lan truyền trong thạch anh, biết tốc độ lan truyền của sóng âm trong thạch anh khoảng 5 800 m/s.

b) Biết bề dày tối ưu của tinh thể áp điện trong đầu dò là một nửa bước sóng của sóng siêu âm. Hãy xác định bề dày tối ưu của tinh thể áp điện tương ứng với sóng siêu âm đang xét ở câu a.

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi hoàn thành câu Luyện tập và Vận dụng.

+ Luyện tập (SCĐ – tr25) Tìm hiểu và trình bày vai trò của lớp vật liệu hấp thụ dao động trong đầu dò.

+ Vận dụng (SCĐ – tr25) Tìm hiểu trên sách, báo, internet, ... và trình bày sơ lược một số ứng dụng thực tiễn khác của tinh thể áp điện.

- Tuỳ vào tình hình thực tế, GV có thể tổ chức cho HS tìm hiểu thông tin ở phần Mở rộng ngay tại lớp hoặc yêu cầu HS đọc thêm tại nhà.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- 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 các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Thảo luận 1 (SCĐ – tr24)

Các tính chất cơ bản của sóng cơ học: Có thể tạo ra các hiện tượng phản xạ, nhiễu xạ, giao thoa và khúc xạ. 

*Trả lời Thảo luận 2 (SCĐ – tr25)

a) Bước sóng của sóng siêu âm có tần số 2MHz lan truyền trong thạch anh 

b) Bể dày tối ưu của tinh thể áp điện: 

*Trả lời Luyện tập (SCĐ – tr25)

Lớp vật liệu hấp thụ dao động trong đầu dò siêu âm có vai trò:

- Điều hướng sóng âm truyền theo một chiều từ bề mặt trước của tinh thể áp điện đến cơ thể người, đồng thời hấp thụ sóng siêu âm truyền ngược từ bề mặt sau của tinh thể áp điện vào đầu dò nhằm làm giảm tín hiệu nhiễu trong quá trình siêu âm.

- Làm giảm các dao động cưỡng bức trong đầu dò, từ đó tăng độ phân giải của tín hiệu trong quá trình siêu âm và bảo vệ các thành phần khác trong đầu dò khỏi hư hỏng do hiện tượng cộng hưởng.

*Trả lời Vận dụng (SCĐ – tr25)

Một số ứng dụng thực tiễn khác của tinh thể áp điện: cảm biến áp suất điện, SONAR, cảm biến lực, cảm biến chuyển động,...

- 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 kĩ thuật siêu âm ứng dụng trong y học 

- GV chuyển sang nội dung Phân loại kĩ thuật siêu âm  

1. KĨ THUẬT SIÊU ÂM ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC  

• Khái niệm 

-  Sóng siêu âm:

+ Là các sóng âm có tần số trên 20 kHz, 

+ Một số loài vật có thể giao tiếp bằng sóng siêu âm như cá voi, dơi,… 

- Sóng siêu âm cũng có các tính chất của sóng cơ học và chỉ có thể truyền trong các môi trường vật chất.

• Kĩ thuật tạo sóng siêu âm và hình ảnh siêu âm 

- Sóng siêu âm được tạo ra bởi các nguồn phát dao động. Đầu dò của máy quét siêu âm vừa là nguồn phát, vừa là nguồn thu sóng siêu âm.

- Khi sóng siêu âm đi tới mặt phân cách giữa hai môi trường không đồng nhất trong cơ thể, một phần sóng bị phản xạ và được thu nhận bởi đầu dò, biến đổi thành tín hiệu điện. Từ đó, phần mềm máy tính tái tạo hình ảnh của cơ quan trọng cơ thể.

K

W

L

– Sóng siêu âm: 

+ Là sóng có tần số trên 20 kHz.

+ Một số loài vật nghe được sóng siêu âm: dơi, cá voi,... 

– Tính chất của sóng cơ học: khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ, giao thoa. Chỉ có thể truyền được trong môi trường vật chất

- Cách tạo ra sóng siêu âm và hình ảnh siêu âm trong y học? 

- Ứng dụng của sóng siêu âm trong cuộc sống. 

Sóng siêu âm được tạo ra bởi các nguồn phát dao động, tần số của sóng siêu âm phụ thuộc vào tần số dao động của nguồn phát. Đặt vào đầu dò của máy siêu âm một dòng điện xoay chiều có tần số lớn hơn 20 kHz, làm tinh thể áp điện biến dạng tuần hoàn cùng tần số với tần số của điện áp xoay chiều. Khi đầu dò tiếp xúc với bề mặt cơ thể, sóng siêu âm do đầu dò phát ra lan truyền trong cơ thể và một phần bị phản xạ, phần còn lại bị khúc xạ. Sóng siêu âm phản xạ sẽ được thu nhận bởi đầu dò và được chuyển thành tín hiệu điện. Từ tín hiệu đó, phần mềm máy tính sẽ tái tạo lại hình ảnh của các cơ quan trong cơ thể.