Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 10 kết nối Bài 2: Giới thiệu các lĩnh vực nghiên cứu trong Vật lí học

CHÀO MỪNG CẢ LỚP ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI

KHỞI ĐỘNG

Vật lý thiên văn và vũ trụ học

Nano

Vật lí hạt và năng lượng cao

Vật lí laser

Vật lí bán dẫn

Vật lí sinh học

KHỞI ĐỘNG

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?

GIỚI THIỆU MỘT SỐ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU TRONG VẬT LÍ HỌC

BÀI 2

NỘI DUNG BÀI HỌC

Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao

II.

Vật lí nano

III.

Vật lí laser

IV.

Vật lí hạt nhân

I.

Vật lí bán dẫn

V.

Vật lí y sinh

VI.

Chia lớp thành các nhóm (Mỗi nhóm 4 học sinh) trả lời câu hỏi thảo luận sau:

Kể về một số thành tựu nổi bật của vật lí hiện đại mà em biết ?

Trả lời

Khám phá hỏa tinh

Phát minh ra laser

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

CÁC LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA VẬT LÍ HỌC

Chia lớp thành 6 nhóm (Mỗi nhóm không quá 5 HS) trả lời câu hỏi thảo luận sau:

• 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.

I. 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? Em có cảm thấy hứng thú với chủ đề này không? Hãy chia sẻ những hiểu biết của em về thiên văn học và vũ trụ ?

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 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.

Đối tượng nghiên cứu

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?

Trả lời

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: 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?

Mô tả về giai đoạn sơ khai của sự hình thành vũ trụ. Theo lí thuyết 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.

Lý thuyết: Vụ nổ lớn (vụ nổ nguyên thủy)

• Thời cổ đại, con người đã quan sát bầu trời và xây dựng nên những mô hình đầu tiên của vũ trụ.

Phương pháp nghiên cứu

Thực nghiệm

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: Hãy nêu và minh họa các hướng nghiên cứu chủ yếu của Vật lí thiên văn và vũ trụ học hiện nay?

HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu thiên thể qua bức xạ điện từ để xác định đặc điểm (độ sáng, nhiệt độ, thành phần hóa học,...) Và xây dựng mô hình vòng đời của chúng.

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, vận hành vệ tinh đưa vào không gian để phục vụ truyền hình, thông tin liên lạc …

Thiên văn

Công nghệ vệ tinh

Viễn thám

Đo đạc, thu thập, nghiên cứu, xử lí thông tin các đối tương trên bề mặt Trái Đất và khí quyển thông qua các ảnh chụp tư vệ tinh trên phạm vi rộng lớn

Thiên văn

Công nghệ vệ tinh

Viễn thám

Câu 5: Tìm hiểu trên Internet và cho biết một số sự kiện trong khám phá vũ trụ gần đây?

Học sinh xem, cắt ghép, tổng hợp để có một bức tranh sinh động về các sự kiện khám phá vũ trụ.

II. VẬT LÝ HẠT CƠ BẢN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO

Câu 1: Nêu quá trình hình thành và phát triển ý tưởng “vật chất được tạo bởi các hạt nhỏ bé, không phân chia được”?

Thế kỉ VI TCN

Năm 1810

Năm 1930

Ý tưởng về vật chất được tạo bởi các hạt nhỏ bé, không phân chia được.

Dalton (1766 - 1844) đã đưa ra luận điểm chứng minh cho “Mọi vật đều được cấu tạo bởi các hạt cực nhỏ gọi là các nguyên tử”.

Các nhà khoa học khám phá và chứng minh: có hai loại hạt (cơ bản và tổ hợp)

Hạt cơ bản

(Hạt sơ cấp)

Hạt tổ hợp

Những hạt không thể phân chia nhỏ hơn được nữa.

Những hạt được cấu thành bởi các hạt khác như proton và neutron được cấu thành từ các hạt quark.

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?

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.

• 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.

Các loại tương tác cơ bản

Các hạt cơ bản cấu tạo nên vật chất được phân loại: hạt cơ bản và hạt tổ hợp.

Ví dụ: proton, neutron được cấu tạo từ hạt quark.

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?

• Mô hình lí thuyết để nghiên cứu vật lí hạt: mô hình chuẩn.
• Các mô hình phát triển dựa trên phương pháp thực nghiệm về phân hạch hạt nhân.
• Thành tựu: Sử dụng năng lượng hạt nhân trong:

Sản xuất điện

Chụp ảnh ảnh cộng hưởng điện từ

Bức xạ carbon xác định tuổi trong địa chất học và khảo cổ học

Cấy ion trong kĩ thuật vật liệu

Câu 4: Hãy nêu và minh họa những tiềm năng của ngành vật lý hạt nhân ?

• Điện hạt nhân:

Vật lý hạt nhân được ứng dụng vào nguồn điện thay cho nguồn năng lượng nhiệt điện mang nhằm cải thiện tình trạng biến đổi khí hậu hiện nay, giúp giảm thiểu lượng CO2 thải ra.

Trả lời

• Y tế:

Ngành Vật lý hạt nhân là một đóng góp to lớn đối với lĩnh vực y tế bởi công nghệ bức xạ hạt nhân giúp chẩn đoán, điều trị nhiều bệnh hiểm nghèo, có thể kể đến căn bệnh khó trị như ung thư. Những kỹ thuật thường gặp như xạ hình, xạ trị, điện quang được áo dụng đối với bệnh nhân đều có liên quan đến vật lý hạt nhân.

Câu 1: Vật liệu nano? Tại sao các vật liệu có kích cỡ lại có những tính chất khác biệt?

III. VẬT LÍ NANO

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 nano có tính chất đặc biệt do kích thước nhỏ, nằm giữa nguyên tử và vật liệu khối. Ở cấp độ nano, các tính chất hóa lý bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng lượng tử, khác biệt rõ rệt so với vật liệu khối.

Câu 2: Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu nano như thế nào ?

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