Giải chuyên đề học tập Vật lí 10 Cánh diều bài 2: Ứng dụng của vật lí trong một số lĩnh vực

Một số thiết bị được áp dụng kiến thức vật lí vào quân sự để phát hiện sớm các phương tiện tấn công của đối phương:

Áp dụng nguyên lí về phản xạ âm để chế tạo tra chiếc rada hoàn chỉnh đầu tiên sử dụng trong quân sự năm 1935. Chỉ khác là rađa quân sự thường hoạt động ở tần số vô tuyến siêu cao tần, có bước sóng ngắn và có bản chất là sóng điện từ chứ không phải là sóng âm.

Vận dụng tính chất đường truyền của tia sáng khi qua các kính, các nhà khoa học đã thiết kế ống nhòm để có thể nhìn được vật từ xa.

Vận dụng tính chất tia hồng ngoại, các nhà khoa học đã chế tạo ra ống nhòm hồng ngoại để có thể quan sát mọi thứ vào ban đêm.

Câu hỏi 2: Sóng dùng trong kĩ thuật rada quân sự của quân chủng phòng không không quân khác gì với sóng được cá heo sử dụng để xác định phương hướng?

Câu hỏi 3: Nguyên tắc vật lí nào được áp dụng để các máy bay tránh sóng rada của đối phương?

• Áp dụng "Phương pháp Sóng cạnh trong Lý thuyết Vật lý Nhiễu xạ". Phương pháp này cho phép tính toán mô hình nhiễu xạ của sóng radar từ máy bay, cũng như giúp thiết kế những hình dạng không phản xạ sóng radar trở lại nguồn phát, khiến phi cơ gần như biến mất khỏi màn hình radar.
• Áp dụng tính chất của các vật liệu có khả năng hấp thụ hay tán xạ sóng ra đa theo nhiều hướng chứ không phản xạ trở lại rađa.

Ví dụ: Người ta sơn ngoài chiếc máy bay một lớp sơn tàng hình bằng bột mịn niken, coban hoặc kim loại-kim loại đã bị oxy hóa. Lớp sơn này có thể làm tổn thương sóng radar, có tác dụng làm trong sóng. Hay sử dụng một chất liệu của muối kiềm chuyển sóng radar thành nhiệt năng và không thể phản xạ lại.

Câu hỏi 4: Định luật vật lí nào đã được áp dụng để cải thiện công nghệ chế tạo động cơ máy bay?

Nhiều máy bay mới được thử nghiệm động cơ phản lực, từ loại thả bom đến loại chiến đấu. Động cơ phản lực tên lửa hoạt động dựa trên định luật II Niuton cho vật có khối lượng thay đổi.

Tìm hiểu thêm: Thảo luận để thống nhất phương án và thực hiện dự án tìm hiểu về những ứng dụng vật lí đã giúp cải tiến các thiết bị, kĩ thuật trong lĩnh vực quân sự.

Những ứng dụng vật lí đã giúp cải tiến các thiết bị, kĩ thuật trong lĩnh vực quân sự.

• Ứng dụng công nghệ nano để tạo ra những vũ khí nano nhỏ nhẹ: robot chiến địa, áo giáp chống đạn,...
• Ứng dụng công nghệ laser để chế tạo hệ thống laser không quân.: Máy bay trang bị laser, pháo laser
• Ứng dụng nguyên tắc phản lực để tạo ra súng bắn không giật, tên lửa,…
• Ứng dụng công nghệ hạt nhân tạo ra bom hạt nhân.

II. ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG LĨNH VỰC THÔNG TIN, TRUYỀN THÔNG

Câu hỏi 5: Lĩnh vực vật lí nào được áp dụng để truyền thông tin trong các máy điện báo?

• Chiếc máy điện báo đầu tiên ra đời đánh dấu ứng dụng điện trong thông tin và truyền thông.

Câu hỏi 6: Hãy chỉ ra những hiện tượng vật lí là cơ sở cho việc chế tạo điện thoại của Bell?

Những hiện tượng vật lí là cơ sở cho việc chế tạo điện thoại của Bell là:

• Vận dụng lí thuyết về cảm ứng điện từ, biến các rung động thành các tín hiệu điện và ngược lại.
• Vận dụng kiến thức vật lí về việc âm thanh được tạo ra và truyền đi nhờ các rung động để thiết kế ra thiết bị giúp chuyển đổi âm thanh thành tín hiệu điện và ngược lại.

Câu hỏi 7: Thảo luận để chỉ ra nhu cầu trao đổi thông tin của con người đã thau đổi như thế nào từ thời có điện thoại của Bell đến khi có điện thoại thông minh?

Khi đi vào sử dụng thực tế, người dùng nhận ra là điện thoại của Bell khá cồng kềnh và bất tiện, khi muốn gọi điện thì phải di chuyển đến vị trí cố định nơi có đặt điện thoại. Mọi người dần muốn một chiếc điện thoại nhỏ gọn để có thể mang theo người và liên lạc từ bất kì đâu, một chiếc điện thoại không chỉ có để nghe – nói mà còn phục vụ những nhu cầu kết nối khác nữa. Mong muốn này càng trở thành sự thực trong thực tế nhờ sự tiến bộ trong nghiên cứu vật lí bán dẫn. Các mạch điện tử được cải tiến để trở nên nhỏ gọn và tiêu tốn ít điện năng hơn, mở ra kỉ nguyên mới về công nghệ thông tin của loài người với sự ra đời của điện thoại thông minh, máy tính điện tử,…

III. ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG Y HỌC

Câu hỏi 7: Đặc điểm nào của tia X là cơ sở cho phương pháp chụp X-quang?

Khi khám phá ra tia X, một loại bức xạ có khả năng đâm xuyên cơ thể con người và làm đen phim ảnh thì các nhà kĩ thuật đã nghĩ ngay đến việc ứng dụng tia này để “thấy” những gì xảy ra bên trong cơ thể bệnh nhân. Kết quả là phương pháp chụp X-quang ra đời.

Câu hỏi 8: Các tế bào bình thường lớn lên, phân chia để hình thành tế bào mới thay thế tế bào cũ già dần và chết đi. Những tế bào ung thư không chết đi mà liên tục phát triển và nhân lên không kiểm soát, tạo thành khối u. Đặc điểm nào của các tiêu phóng xạ đã được ứng dụng để điều trị ung thư?

Các tia phóng xạ mà Rutherford tìm được tạo thành trong quá trình phân rã hạt nhân. Khả năng đâm xuyên và phá hủy tế bào của các tia (các bức xạ) này rất lớn.

Tia phóng xạ này có khả năng đâm xuyên, phá hủy tế bào.

Nếu cường độ phóng xạ yếu thì chỉ có phần các tế bào tại vị trí bị phơi nhiễm phóng xạ sẽ chết đi. Việc của các nhà kĩ thuật là áp dụng những kết quả vật lí đã cung cấp về tia phóng xạ để điều khiển các tia này tới vị trí có thế bào cần loại bỏ. Đây là công nghệ điều trị ung thư bằng xạ trị.

Câu hỏi 9: Vì sao có thể nói các nhà vật lí đã tạo ra loại dao phẫu thuật tốt nhất cho các bác sĩ?

Quan niệm về dao phẫu thuật đã hoàn toàn thay đổi khi các nhà vật lí đã phát minh ra tia Laser (lade) –một loại ánh sáng rất đặc biệt, có thể được tạo ra dưới dạng chùm sáng hẹp với cường độ cao theo ý muốn. Tia laser mạnh đến nỗi có thể được sử dụng để cắt gọt, tạo hình trên nguyên liệu là sắt, thép, thậm chí là kim cương. Laser có thể được điều khiển tập trung vào một vùng rất nhỏ trên cơ thể để phá hủy, cắt bỏ nó mà rất ít gây tổn thương có các mô xung quanh. Đây chính là cơ sở để chế tạo các dao phẫu thuật bằng tia laser.

Đặc biệt hơn nữa khi sử dụng dao laser để phẫu thuật có độ chính xác rất cao.

Vận dụng: 

Lập kế hoạch và thực hiện dự án tìm hiểu về ứng dụng của vật lí trong mọi lĩnh vực, ngành nghề.

1. Thảo luận, đưa ra danh sách 2 – 3 ngành nghề phổ biến ở địa phương và lựa chọn ngành nghề mà nhóm muốn tìm hiểu.

2. Thảo luận các câu hỏi định hướng

- Kiến thức vật lí nào đã được ứng dụng trong nghành nghề muốn tìm hiểu?

- Kiến thức vật lí đó được phát triển và áp dụng như thế nào trong công việc của ngành nghề?

- Có thể đưa thêm kiến thức vật lí nào khác để phát triển công nghệ mới ứng dụng trong ngành nghề này?

3. Thảo luận, thống nhất sản phẩm dự kiến

4. Lập kế hoạch thực hiện dự án của nhóm

Xác định các nhiệm vụ cần thực hiện để hoàn thành sản phẩm dự án; phân chia nhiệm vụ cho các thành viên trong nhóm; xác định thời hạn hoàn thành, phương tiện để khảo sát, thu thập, xử lí thông tin và sản phẩm dự kiến.

Thực hiện dự án, báo cáo và thảo luận

Tiến hành thu thập, xử lí thông tin theo kế hoạch và xây dựng sản phẩm trình bày trên lớp.

Bảo cáo về quá trình thực hiện và kết quả dự án tìm hiểu.

Thảo luận, nhận xét để thấy được ứng dụng rộng rãi của vật lí trong các lĩnh vực ngành nghề và xác định được việc cần thực hiện để học tập tốt bộ môn vật lí, phục vụ cho định hướng nghề nghiệp của bản thân.