Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 10 chân trời Bài 1: Sơ lược về sự phát triển của Vật lí

CHÀO MỪNG CẢ LỚP ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI

KHỞI ĐỘNG

Galileo và thí nghiệm tại tháp nghiêng Pisa

Máy hơi nước – phát minh của James Watt

Thuyết tương đối rộng và tương đối hẹp của Einstein

• Để đạt được những thành tựu và ảnh hưởng sâu rộng như hiện nay, Vật lí đã trải qua những giai đoạn phát triển và vượt qua những khó khăn nào?
• Trong những thập niên đầu của thế kỉ XXI, Vật lí đã đạt được những thành tựu nổi bật nào và một số lĩnh vực chính của Vật lí hiện đại là gì?

Hình ảnh trạm vũ trụ trong không gian

BÀI 1: SƠ LƯỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VẬT LÍ HỌC

NỘI DUNG BÀI HỌC

1

SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CỦA VẬT LÍ THỰC NGHIỆM VÀ MỘT SỐ THÀNH TỰU

2

VAI TRÒ CỦA CƠ HỌC NEWTON ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VẬT LÍ HỌC

3

MỘT SỐ NHÁNH NGHIÊN CỨU CHÍNH CỦA VẬT LÍ CỔ ĐIỂN

4

SỰ KHỦNG HOẢNG CỦA VẬT LÍ CUỐI THẾ KỈ XIX VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÍ HIỆN ĐẠI

1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CỦA VẬT LÍ THỰC NGHIỆM VÀ MỘT SỐ THÀNH TỰU

A

Sơ lược về lịch sử hình thành của Vật lí thực nghiệm

Các nhà triết học tự nhiên Hy Lạp cổ đại đã sử dụng những phương pháp nghiên cứu nào để nghiên cứu thế giới tự nhiên?

Các nhà triết học tự nhiên Hy Lạp cổ đại tìm hiểu thế giới tự nhiên dựa trên quan sát, kết hợp lí luận tư duy để lập ra nguyên tắc suy luận và phương pháp quy nạp để nghiên cứu các sự vật hiện tượng diễn ra trong tự nhiên, từ đó xây dựng nên nền khoa học đầu tiên trên thế giới.

Aristotle (384 – 322 TCN)

Ptolemy (100 - 170 SCN)

Thí nghiệm đơn giản

Thả một cục tẩy và một tờ giấy đồng thời từ ngang tầm mắt đến sàn nhà.

Vật nào rơi xuống sàn nhà trước?

Bằng quan sát, Aristotle cho rằng Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ. Theo em, Aristotle có đúng không?

Trả lời

• Aristotle không đúng

Galilei đã mang lên tháp nghiêng hai quả cầu kim loại, quả to nặng gấp khoảng 10 lần quả nhỏ và thả hai quả cầu xuống cùng lúc. Kết quả cả hai quả cầu đều rơi như nhau, cùng chạm đất một lúc.

Thí nghiệm của Galilei

Hãy nêu sự khác nhau trong nghiên cứu của Aristotle và Galilei.

Trả lời

• Aristotle từ cảm nhận bằng mắt thường, đi từ những dự kiện đơn lẻ, cụ thể để khái quát tính chất chung của toàn thể tự nhiên.
• Galilei đề ra lí thuyết mới từ việc phân tích các thí nghiệm.

Sự ra đời của vật lí học với tư cách là một khoa học độc lập gắn với tên tuổi của một số nhà khoa học tên tuổi như Galilei, Newton là một cuộc cách mạng về tư duy vào thời điểm bấy giờ.

Đặt vấn đề

Thành tựu của Galilei và Newton gắn liền với sự ra đời và phát triển của Vật lí thực nghiệm như thế nào?

Nêu vai trò của vật lí thực nghiệm đối với sự phát triển của Vật lí học?

Trả lời

• Sử dụng phương pháp thực nghiệm và định hướng để phát hiện quy luật, định luật vật lý.
• Vật lý học tiến triển khi có phát hiện thực nghiệm mới hoặc khi lý thuyết mới được kiểm chứng thành công.

Vật lí cổ điển trở thành ngành khoa học riêng khi sử dụng phương pháp thực nghiệm nhằm phát hiện ra các quy luật, các định luật vật lí.

KẾT LUẬN

B

Một số thành tựu ban đầu của vật lí thực nghiệm

Câu hỏi 1: Trình bày một số kết quả nổi bật của Vật lí thực nghiệm. Từ đó phân tích được vai trò của Vật lí thực nghiệm trong sự phát triển của Vật lí.

Trả lời

• Thí nghiệm chứng tỏ thời gian rơi tự do không phụ thuộc vào khối lượng của vật
• Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng của Faraday tạo cơ sở cho sự phát minh ra điện.

Trả lời

• Thí nghiệm truyền sóng điện tử của Hertz góp phần phát triển ngành truyền thông không dây.

Vật lí thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của Vật lí khi giúp phát hiện ra những hiện tượng mới cũng như kiểm chứng lại những nghiên cứu lí thuyết.

Tiến hành thí nghiệm để chứng minh quan điểm vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ của Aristotle là không chính xác.

Trả lời

KẾT LUẬN

Hình 1.2a: Galilei chế tạo kính thiên văn (1609), mở ra kỷ nguyên nghiên cứu vũ trụ.

Hình 1.2b: Newton nghiên cứu tán sắc ánh sáng, chứng minh ánh sáng trắng gồm nhiều màu đơn sắc.

Hình 1.2c: Faraday nghiên cứu điện từ, đặt nền tảng cho hiện tượng cảm ứng điện từ.

Hình 1.2d: Máy phát điện xoay chiều ra đời dựa trên nghiên cứu của Faraday.

Hình 1.2e: James Watt cải tiến động cơ hơi nước (1765), thúc đẩy cách mạng công nghiệp.

Hình 1.2f: Thomas Young thực hiện thí nghiệm giao thoa ánh sáng, chứng minh ánh sáng có tính chất sóng.

Vật lí thực nghiệm có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực:

Hoạt động nhóm 4, nêu vai trò của Vật lí thực nghiệm trong quá trình phát triển của khoa học

Trả lời

• Hoá học: Ứng dụng trong điện phân, quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM),...

Hoạt động nhóm 4, nêu vai trò của Vật lí thực nghiệm trong quá trình phát triển của khoa học

Trả lời

• Khoa học vật liệu: Phát triển phương pháp chụp ảnh độ phân giải cao không phá huỷ mẫu.

Hoạt động nhóm 4, nêu vai trò của Vật lí thực nghiệm trong quá trình phát triển của khoa học

Trả lời

• Y học: Hỗ trợ chẩn đoán và điều trị qua X-quang, phóng xạ, siêu âm, laser,...

2. VAI TRÒ CỦA CƠ HỌC NEWTON ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VẬT LÍ HỌC

Câu hỏi 3: Tìm hiểu và trình bày những đóng góp quan trọng của Newton trong các lĩnh vực nghiên cứu khác.

Newton đặt nền móng cho cơ học cổ điển với các định luật chuyển động và vạn vật hấp dẫn.

Giá trị khoa học

Edmond Halley dự đoán quỹ đạo sao chổi nhờ cơ học Newton

Công cụ toán học

Newton phát minh phép tính vi phân và tích phân, đặt nền tảng cho giải tích.

Ứng dụng

Tsiolkovsky phát triển phương trình chuyển động khối lượng thay đổi, mở đường cho chế tạo tên lửa và du hành vũ trụ.

Hoạt động nhóm đôi và trả lời câu hỏi 3: Tìm hiểu và trình bày những đóng góp quan trọng của Newton trong các lĩnh vực nghiên cứu khác.

Trả lời

• Quang học: Ông đã có những nghiên cứu về các hiện tượng phản xạ, tán sắc và lí giải ban đầu (dù chưa thật sự chính xác) về bản chất của ánh sáng là các hạt.
• Nhiệt học: nghiên cứu hiện tượng truyền nhiệt.

Hoạt động nhóm đôi và trả lời câu hỏi 3: Tìm hiểu và trình bày những đóng góp quan trọng của Newton trong các lĩnh vực nghiên cứu khác.

Trả lời

• Toán học: Phát minh phép tính vi tích phân, phương pháp khai triển nhị thức, phương pháp tính xấp xỉ trong thực nghiệm, phương pháp tìm nghiệm của các phương trình.

3. MỘT SỐ NHÁNH NGHIÊN CỨU CHÍNH CỦA VẬT LÍ CỔ ĐIỂN

Hoạt động nhóm đôi và trả lời câu hỏi 4: Quan sát Hình 1.4 và kết nối từng trường hợp với những nhánh nghiên cứu chính của Vật lí cổ điển.

a) Cơ học chất lưu

b) Cơ học

c) Nhiệt học

d) Quang học

e) Điện – từ học

f) Điện – từ học, nhiệt học.

Luyện tập

Hệ thống hóa các nhánh nghiên cứu chính của Vật lí cổ điển bằng sơ đồ tư duy, trong đó nêu rõ ví dụ thực tiễn để minh họa cho từng nhánh nghiên cứu.

Nêu ví dụ thực tiễn để minh họa nhánh nghiên cứu.

Trả lời

• Sơ đồ quỹ đạo của một vệ tinh xung quanh trái đất.

• Thủy tĩnh học: áp suất trong lòng chất lỏng, lực Archimedes.
• Quang học: nghiên cứu hiện tượng tán sắc

• Âm học: sóng âm và sự truyền âm,..
• Nhiệt động lực học: Nguyên lí truyền nhiệt,…

• Điện học và từ học: Từ trường biến thiên sinh ra dòng điện cảm ứng,..

4. SỰ KHỦNG HOẢNG CỦA VẬT LÍ CUỐI THẾ KỈ XIX VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÍ HIỆN ĐẠI

--------------- Còn tiếp ---------------