HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS trả lời Câu hỏi 1:

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?

- GV tổ chức cho HS thí nghiệm đơn giản: Thả một cục tẩy và một tờ giấy đồng thời từ ngang tầm mắt đến sàn nhà.

- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi: Vật nào rơi xuống sàn nhà trước?

- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi: Bằng quan sát, Aristotle cho rằng Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ. Theo em, Aristotle có đúng không? Em hãy kể về sự kiện và những nhà khoa học chứng minh Aristotle đã sai lầm.

(Aristotle không đúng).

- GV có thể chiếu lại hình ảnh về thí nghiệm của Galilei:

(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).

+ Câu hỏi: Hãy nêu sự khác nhau trong nghiên cứu của Aristotle và Galilei.

- GV dẫn dắt: 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 bây giờ.

- GV cho HS thảo luận nhóm đôi, trả lời Câu hỏi:

+ 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?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS làm thí nghiệm, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời HS trả lời câu hỏi về sự ra đời, phát triển và vai trò của vật lí thực nghiệm đối với sự phát triển của vật lí học.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới.

I. Sự ra đời và những thành tựu ban đầu của vật lí thực nghiệm

1. Sự ra đời của vật lí thực nghiệm

Trả lời Câu hỏi 1:

- Các nhà triết học tự nhiên Hy Lạp cổ đại tìm hiểu thế giới tự nhiên dựa trên quan sát và suy luận chủ quan.

- Aristotle (384 – 322 trước Công nguyên) là người đầu tiên xây dựng hệ thống tri thức mới không chỉ dựa vào tư duy mà còn dựa vào thí nghiệm, lập ra các quy tắc suy luận, các phương pháp nghiên cứu.

Trả lời Câu hỏi:

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 mưới từ việc phân tích các thí nghiệm.

Trả lời Câu hỏi:

- Galilei: nghiên cứu tìm cách thực hiện thí nghiệm để chứng minh vấn đề.

Newton: tìm ra một phương pháp khoa học rất tổng quát là phương pháp thực nghiệm.

- Sử dụng phương pháp thực nghiệm và định hướng nhằm phát hiện ra các quy luật, các định luật vật lí. Sự tiến triển của Vật lí học thường bước sang chương mới khi các nhà thực nghiệm phát hiện ra những hiện tượng mới, hoặc khi một lí thuyết mới tiên đoán kết quả mà các nhà thực nghiệm có thể thực hiện được các thí nghiệm kiểm chứng mang lại kết quả ủng hộ lí thuyết mới.

Kết luận:

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.

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh về máy hơi nước ,

(Máy hơi nước do James Watt sáng chế năm 1765 dựa trên những kết quả nghiên cứu về Nhiệt của Vật lí đã tạo nên bước khởi đầu cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất với đặc trưng cơ bản là thay thế sức lực cơ bắp bằng sức lực máy móc).

- HS trả lời Câu hỏi: Vật lí thực nghiệm có vai trò như thế nào trong việc phát minh ra máy hơi nước?

- GV dẫn dắt: Bằng việc sử dụng các phương pháp thực nghiệm để phát hiện ra các quy luật, các định luật vật lí. Vật lí đã trở thành ngành khoa học riêng.

- GV cho HS thảo luận nhóm 4, trả lời câu hỏi:

+ Việc sáng chế ra máy phát điện và động cơ điện có tác động như thế nào đến sản xuất?

+ Hãy kể ra một số thành tựu khác của vật lí thực nghiệm.

- GV đưa một số hình ảnh cho HS dự đoán các lĩnh vực và thành tựu

Trả lời:

a) Kính thiên văn,

b) Hiện tượng tán sắc ánh sáng

c) Lồng Faraday được phát minh vào năm 1836

d) Máy phát điện xoay chiều

e) Động cơ hơi nước

f) Giao thoa ánh sáng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin và quan sát hình ảnh về một số thành tựu ban đầu của vật lí thực nghiệm.

- HS thảo luận theo nhóm, trình bày một số thành tựu khác của vật lí thực nghiệm.

- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trình bày về một số thành tựu ban đầu của vật lí thực nghiệm.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới.

2. Một số thành tựu ban đầu của vật lí thực nghiệm

TL Câu hỏi:

Vật lí thực nghiệm tạo ra bước tiến đáng kể về Nhiệt học, các nghiên cứu về dãn nở vì nhiệt là cơ sở để sáng chế ra máy hơi nước, hình thành nhiệt động lực học và mở đầu cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.

TL Câu hỏi:

- Máy phát điện và động cơ điện để chuyển đổi ngược điện năng sang cơ năng.

Máy phát điện tạo ra được một dòng điện hiệu quả hơn pin điện hoá.

Việc dùng động cơ điện thuận tiện cho truyền tải đi xa và đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các thiết bị điện thay thế cho thiết bị sử dụng động cơ hơi nước, giảm thiểu rất nhiều những nguy hiểm từ các thiết bị cũ trong nhà ở, nhà máy và tạo ra các dây chuyển sản xuất.

Kết luận:

- Một số thành tựu ban đầu của vật lí thực nghiệm:

+ Galilei chế tạo thành công kính thiên văn vào năm 1609 và mở đầu cho kỉ nguyên nghiên cứu vũ trụ.

+ Newton tìm ra các định luật cơ bản về chuyển động, đặt nền móng cho cơ học cổ điển.

Huygens, Leibniz tìm ra định luật bảo toàn động lượng.

+ Thế kỉ XVII có nhiều bước tiến đáng kể về nhiệt học, nhiều nghiên cứu về hiện tượng dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt, dãn nở vì nhiệt là cơ sở để sáng chế ra máy hơi nước mở đầu cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.

+ Những phát minh quan trọng của vật lí thực nghiệm liên quan đến lĩnh vực điện như Galvani, Davy đã chế tạo ra pin, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu định lượng về tác dụng và bản chất của dòng điện.

+ Năm 1831, Faraday tìm ra định luật cảm ứng điện từ, là cơ sở sáng chế ra máy phát điện và động cơ điện, mở đầu cách mạng công nghiệp lần thứ hai.

- Cuối thế kỉ XIX, Popov phát minh ra phương pháp truyền sóng vô tuyến, xây dựng cơ sở ngành vô tuyến điện.

- Nửa sau thế kỉ XIX, năng lượng điện dùng là nguồn sáng, nhiệt học giúp hoàn thiện động cơ đốt trong, vật lí nhiệt độ thấp tạo tiền đề cho kĩ thuật làm lạnh.

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đưa ra các vấn đề mà HS cần tìm hiểu:

+ Một số ảnh hưởng của cơ học Newton đối .với sự phát triển của vật lí học.

+ Tìm hiểu một số nhánh nghiên cứu chính của vật lí cổ điển và vẽ sơ đồ tư duy mô tả các nhánh nghiên cứu của cơ học cổ điển.

+ Sự ra đời của vật lí hiện đại và một số lĩnh vực chính của vật lí hiện đại.

- GV lưu ý HS: HS nghiên cứu Sách chuyên đề và tìm hiểu các tài liệu trên internet .

- GV cho HS hoạt động nhóm 4 người yêu cầu:

+ Bầu nhóm trưởng.

+ Đưa ra các nhiệm vụ phải thực hiện.

+ Phân công nhiệm vụ các HS.

+ Thực hiện theo nhiệm vụ được giao.

+ Sau khi làm bài nhóm, cá nhân và nhóm đánh giá vào phiếu đánh giá.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận nhóm để tìm hiểu các vấn đề đưa ra.

- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

HS thảo luận, phân công nhiệm vụ nghiên cứu và chuẩn bị cho tiết 2.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức.

Lập kế hoạch tìm hiểu vai trò của cơ học Newton đối với sự phát triển của vật lí học và sự ra đời của vật lí hiện đại

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN - HỌC SINH

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV cho đại diện các nhóm lên trình bày các vấn đề:

Vấn đề 1: Vai trò của cơ học Newton đối với sự phát triển của Vật lí học.

- GV có thể đưa thêm các đóng góp quan trọng của Newton trong các lĩnh vực khác.

(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).

Nhiệt học: nghiên cứu hiện tượng truyền nhiệt.

Toán học: Phát minh phép tính vi tích phân, phương pháp tính xấp xỉ trong thực nghiệm,..)

Vấn đề 2:Một số nhánh nghiên cứu chính của vật lí cổ điển.

Đại diện nhóm lên trình bày về sơ đồ tư duy nhóm đã chuẩn bị.

- GV đặt câu hỏi thêm:

+ Vì sao âm học được coi là một nhánh của cơ học.

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

Vấn đề 3: Sự ra đời của vật lí hiện đại và một số lĩnh vực chính của vật lí hiện đại

- HS trình bày về cuộc khủng hoảng

của vật lí cuối thế kỉ XIX, từ đó thấy được động lực thúc đẩy các nhà khoa học tìm tìm khám phá, dẫn đến sự ra đời của Vật lí hiện đại.

- GV hỏi thêm:

Thế nào là vật đen tuyệt đối?

- HS trình bày sự ra đời của Vật lí hiện đại và một số lĩnh vực chính của vật lí hiện đại.

+ GV hỏi thêm về các ví dụ các lĩnh vực của vật lí hiện đại.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- - HS làm thí nghiệm, nghiên cứu thông tin, và trả lời câu hỏi.

- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện nhóm trình bày các vấn đề, các nhóm chú ý lắng nghe để bổ sung, nhận xét.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức.

3. Vai trò của cơ học Newton đối với sự phát triển của Vật lí học

- Newton phát minh ra các định luật về chuyển động cơ học. Các định luật giúp:

+ Đặt nền móng cho cơ cổ điển nghiên cứu chuyển động xung quanh chúng ta, + Mở rộng các nghiên cứu về thủy động lực học, điện học, từ học.

Ví dụ:

+ Nghiên cứu lực điện, lực từ giống nghiên cứu lực hấp dẫn, từ đó chế tạo nam châm điện, động cơ, …

+ Phóng vệ tính nhân tạo.

+ Dự đoán sự xuất hiện của sao chổi của nhà khoa học Edmond Halley.

4. Một số nhánh nghiên cứu chính của vật lí cổ điển

(Sơ đồ tư duy HS đã vẽ).

TL Câu hỏi:

- Âm học cũng được coi là một nhánh của cơ học bởi vì âm thanh là do chuyển động của các hạt hay phân tử trong không khí hoặc trong môi trường khác gây ra sóng âm.

- Một số ví dụ thực tế:

+ Sơ đồ quỹ đạo của một vệ tính 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,..

II. Sự ra đời của vật lí hiện đại:

1. Sự khủng hoảng của Vật lí cuối thế kỉ XIX
Vật lí cổ điển nói chung nghiên cứu vật chất và chuyển động ở phạm vi mà con người có thể quan sát và tiếp cận hằng ngày và không chấp nhận tính thống kê của các hiện tượng nhiệt. Vật lí Newton không thể giải thích được rất nhiều hiện tượng trong tự nhiên từ cấp độ vi mô đến vĩ mô.

Vào cuối thế kỉ XIX – đầu thế kỉ XX, trong khoa học tự nhiên bắt đầu diễn ra một cuộc cách mạng thực sự: Người ta tìm ra các tia Rơn-ghen (1895); hiện tượng phóng xạ (1896); điện tử (1897), mà trong quá trình nghiên cứu các đặc tính của điện tử người ta phát hiện thấy rằng khối lượng của nó có thể biến đổi tuỳ theo tốc độ,...

Việc phát hiện ra điện tử đã làm đảo lộn quan niệm thống trị một thời gian dài khi cho rằng nguyên tử là cái nhỏ nhất không thể phân chia được, cái được xem là chân lí thống trị hàng nghìn năm trước đó.

+ Người ta vẫn cho rằng khái niệm điện, từ, ánh sáng là tồn tại độc lập. Năm 1864, Maxwell đưa ra hệ phương trình và lí thuyết trường điện từ, dự đoán ánh sáng là một dạng sóng điện từ. Thuyết trường điện từ đã thống nhất điện từ học với quang học.

Năm 1879, Stefan đã tiến hành thí nghiệm nghiên cứu bức xạ nhiệt của các vật xác định cường độ bức xạ của một vật đen tuyệt đối bằng vô cùng. Đây là một điều vô lí mà lí thuyết của Maxwell đã không giải thích được, người ta còn gọi đây là "sự khủng hoảng ở vùng tử ngoại" hay "Tai biến cực tím".

2. Sự ra đời của vật lí hiện đại

- Đầu thế kỉ XX, phát minh quan trọng là lí thuyết lượng tử năng lượng và thuyết tương đối đã làm tạo ra bước ngoặt trong nghiên cứu vật lí và mở đầu cho vật lí học hiện đại nghiên cứu cấu trúc vi mô của vật chất.

- Năm 1900, Planck (Plăng, 1858 – 1947) phát minh ra thuyết lượng tử năng lượng, giải thích được kết quả thực nghiệm về bức xạ vật đen tuyệt đối.

- Năm 1905, Einstein (1879 – 1955) phát minh ra thuyết tương đối hẹp, mô tả không gian – thời gian theo cách mới và tìm ra hệ thức biến đồi năng lượng – khối lượng E = mc (hệ thức Einstein). Hệ thức này mở đường cho nghiên cứu năng lượng nguyên tử và hạt nhân.

- Năm 1916, Einstein đưa ra thuyết tương đối rộng, quan niệm trường hấp dẫn đặc trưng bởi độ cong của không – thời gian phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng. Thuyết tương đối rộng đã giải thích được nhiều hiện tượng trong vũ trụ và mở đường cho vật lí thiên văn hiện đại.

Lí thuyết lượng tử và thuyết tương đối tác động mạnh mẽ đến mọi lĩnh vực nghiên cứu của vật lí và sáng chế các thiết bị kĩ thuật như laser, máy tính hoặc GPS.

3. Một số lĩnh vực của vật lí hiện đại

- Vật lí hạt nhân;

- Vật lí nano;

- Vật lí laser;

- Vật lí tính toán lượng tử;

- Vật lí vật chất ngưng tụ;

– Vật lí nguyên tử, phân tử và quang họ

– Vật lí bán dẫn, công nghệ vật liệu;

– Vật lí kĩ thuật: cơ khí, diện – điện tử;

- Vật lí y học, Vật lí sinh học;

- Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao;

- Vật lí thiên văn và vũ trụ.