Bỏ qua đến nội dung

Chương I · Lý thuyết

Bài 1. Làm quen với Vật lí

Vì sao quả táo rơi xuống đất, vì sao bầu trời có màu xanh, vì sao điện thoại nhận được sóng từ một trạm cách xa hàng cây số? Vật lí đi tìm quy luật đằng sau những hiện tượng như thế. Trong bài này, em làm quen với đối tượng nghiên cứu của vật lí, cách các nhà vật lí tìm ra quy luật và vai trò của vật lí trong đời sống, kĩ thuật và công nghệ.

Em sẽ học được

  • Nêu được đối tượng nghiên cứu của vật lí và mục tiêu của môn Vật lí.
  • Kể được các giai đoạn phát triển của vật lí và một số lĩnh vực nghiên cứu chính.
  • Phân biệt phương pháp thực nghiệm và phương pháp lí thuyết; nêu được các loại mô hình.
  • Nêu được các bước của quá trình tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí.
  • Lấy được ví dụ về ảnh hưởng của vật lí đối với khoa học, kĩ thuật và công nghệ.

Đối tượng nghiên cứu và mục tiêu của môn Vật lí

Tuỳ theo dạng vận động được nghiên cứu, vật lí chia thành nhiều lĩnh vực. Các lĩnh vực này liên quan chặt chẽ với nhau và với các ngành khoa học khác như hoá học, sinh học, thiên văn học.

Một số lĩnh vực nghiên cứu của vật lí
Lĩnh vựcNghiên cứuVí dụ
Cơ họcChuyển động và tương tác của các vậtChuyển động của ô tô, vệ tinh
Nhiệt họcNhiệt độ, nội năng và sự truyền nhiệtĐộng cơ nhiệt, tủ lạnh
Điện học, từ họcĐiện tích, dòng điện, từ trườngMáy phát điện, nam châm điện
Quang họcÁnh sáng và tương tác của ánh sáng với vật chấtKính lúp, cáp quang
Vật lí hạt nhânCấu trúc và biến đổi của hạt nhânNhà máy điện hạt nhân

Mục tiêu của môn Vật lí là giúp em có được những kiến thức, kĩ năng cơ bản về vật lí; vận dụng chúng để khám phá, giải quyết các vấn đề trong học tập và đời sống; từ đó hình thành và phát triển năng lực vật lí, có thái độ tôn trọng các quy luật của tự nhiên và bảo vệ môi trường.

Sơ lược quá trình phát triển của vật lí

  1. Tiền vật lí (từ thời cổ đại đến trước thế kỉ XVII): các nhà triết học tìm hiểu tự nhiên chủ yếu bằng quan sát và suy luận chủ quan. Aristotle cho rằng vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ.
  2. Vật lí cổ điển (từ thế kỉ XVII đến cuối thế kỉ XIX): Galilei đưa thí nghiệm vào nghiên cứu; Newton xây dựng cơ học; nhiệt học và điện từ học (Faraday, Maxwell) ra đời.
  3. Vật lí hiện đại (từ cuối thế kỉ XIX đến nay): thuyết tương đối của Einstein và thuyết lượng tử mở ra thế giới của vận tốc rất lớn, của nguyên tử và hạt nhân.

Phương pháp nghiên cứu vật lí

Các nhà vật lí dùng hai phương pháp bổ sung cho nhau: phương pháp thực nghiệm và phương pháp lí thuyết.

Để nghiên cứu một hiện tượng phức tạp, người ta thay vật thật bằng một mô hình giữ lại những đặc điểm chính. Có ba loại mô hình thường gặp:

  • Mô hình vật chất: vật thật thu nhỏ hay phóng to, như quả địa cầu, mô hình nguyên tử bằng nhựa.
  • Mô hình lí thuyết: hình ảnh đơn giản hoá, như coi ô tô là một chất điểm hay ánh sáng là các tia sáng.
  • Mô hình toán học: công thức, phương trình hay đồ thị mô tả hiện tượng, như s=kt2s = k t^2 cho viên bi lăn trên máng nghiêng.

Vai trò của vật lí đối với khoa học, kĩ thuật và công nghệ

Mỗi cuộc cách mạng công nghiệp đều dựa trên những phát minh vật lí. Chọn từng cuộc cách mạng dưới đây để xem nền tảng vật lí của nó.

Cuộc cách mạng công nghiệp

Cuối thế kỉ XVIII

Máy hơi nước

Nền tảng vật lí: Nhiệt học và cơ học: biến nhiệt năng của hơi nước thành cơ năng.

Thay đổi: Máy móc thay sức người và sức kéo của động vật; tàu hoả, tàu thuỷ chạy bằng hơi nước.

Vật lí còn là cơ sở của nhiều ngành: y học (chụp X-quang, cộng hưởng từ, xạ trị), nông nghiệp (cảm biến, chiếu xạ bảo quản), thông tin liên lạc (sóng vô tuyến, cáp quang) và nghiên cứu khoa học (kính hiển vi điện tử, kính thiên văn).

Khám phá

Kiểm tra giả thuyết như Galilei

Một viên bi lăn không vận tốc đầu trên máng nghiêng. Chọn giả thuyết về quan hệ giữa quãng đường ss và thời gian tt, tiến hành thí nghiệm ảo để có số liệu, rồi chỉnh hệ số kk (hoặc nhấn "Tìm k khớp nhất") xem đường giả thuyết có đi qua các điểm đo không. Nhìn cột s/ts/t và s/t2s/t^2: cột nào gần như không đổi?

Giả thuyết
0,5
02468012345s (m)t (s)

Chọn một giả thuyết, rồi tiến hành thí nghiệm để có số liệu đo.

Ví dụ

Ví dụ 1

Đề bài: Bạn An thấy chiếc lá rơi chậm hơn hòn sỏi và cho rằng "vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ". Hãy dùng các bước tìm hiểu thế giới tự nhiên để kiểm tra ý kiến này.
Đã hiện 0/5 bước

Ví dụ 2

Đề bài: Một viên bi lăn trên máng nghiêng đi được 0,20{,}2 m sau 11 s, 0,80{,}8 m sau 22 s và 1,81{,}8 m sau 33 s. Số liệu này ủng hộ giả thuyết s∼ts \sim t hay s∼t2s \sim t^2?
Đã hiện 0/3 bước

Ví dụ 3

Đề bài: Khi tính thời gian ô tô đi từ Hà Nội đến Hải Phòng, ta coi ô tô là một chất điểm. Đó là loại mô hình nào và vì sao dùng được?
Đã hiện 0/2 bước

Luyện tập

Đã làm 0/8 bài

Bài 1

Đối tượng nghiên cứu của vật lí là gì?

Bài 2

Sắp xếp các bước của quá trình tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí.

  1. Vị trí 1: Hình thành giả thuyết
  2. Vị trí 2: Quan sát hiện tượng
  3. Vị trí 3: Rút ra kết luận
  4. Vị trí 4: Đề xuất vấn đề
  5. Vị trí 5: Kiểm tra giả thuyết

Bài 3

Nối mỗi ví dụ với loại mô hình tương ứng.

Chọn một mục bên trái, rồi chọn mục ghép với nó bên phải.

Bài 4

Ai là người đầu tiên đưa phương pháp thực nghiệm vào nghiên cứu vật lí?

Bài 5

Nối mỗi cuộc cách mạng công nghiệp với thành tựu tiêu biểu của nó.

Chọn một mục bên trái, rồi chọn mục ghép với nó bên phải.

Bài 6

Những phát biểu nào về phương pháp nghiên cứu vật lí là đúng?

Bài 7

Viên bi lăn trên máng nghiêng theo quy luật s=0,2 t2s = 0{,}2\,t^2 (s tính bằng m, t tính bằng s). Sau 44 s viên bi đi được bao nhiêu mét?

Đơn vị:m

Bài 8

Thí nghiệm ảo cho s/t2s/t^2 gần như không đổi ở mọi lần đo. Kết luận nào đúng với giả thuyết "ss tỉ lệ với tt"?

Ghi nhớ

  • Vật lí nghiên cứu các dạng vận động của vật chất và năng lượng, gồm nhiều lĩnh vực: cơ, nhiệt, điện, từ, quang, hạt nhân…
  • Vật lí phát triển qua ba giai đoạn: tiền vật lí, vật lí cổ điển (bắt đầu từ Galilei) và vật lí hiện đại.
  • Hai phương pháp nghiên cứu: thực nghiệm (thí nghiệm kiểm chứng) và lí thuyết (toán học, suy luận); chúng bổ sung cho nhau.
  • Ba loại mô hình: mô hình vật chất, mô hình lí thuyết, mô hình toán học.
  • Các bước: quan sát → đề xuất vấn đề → giả thuyết → kiểm tra → kết luận.
  • Mỗi cuộc cách mạng công nghiệp đều dựa trên những phát minh vật lí.