Giải chuyên đề vật lí 10 – kết nối tri thức bài (5)

Giới thiệu các ứng dụng của Vật lí trong một số ngành nghề A/ Câu hỏi đầu bài Câu hỏi trang Chuyên đề học tập Vật lí 10: Vật lí học có đóng góp to lớn vào khoa học công nghệ, các tiến

Bài 3 Giới thiệu các ứng dụng của Vật lí trong một số ngành nghề

A/ Câu hỏi đầu bài

Câu hỏi trang Chuyên đề học tập Vật lí 10: Vật lí học có đóng góp to lớn vào

khoa học công nghệ, các tiến bộ kĩ thuật được ứng dụng trong nhiều ngành nghề và lĩnh vực như: quân sự, công nghiệp hạt nhân, nông nghiệp, lâm nghiệp, thậm chí trong tài chính, …

Vật lí có vai trò như thế nào với các ngành nghề trong xã hội?

Trả lời:

Vật lí có vai trò rất quan trọng với các ngành nghề trong xã hội

- Góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế, tăng trưởng GDP

- Nâng cao chất lượng đời sống con người nhờ các thiết bị, đồ dùng hiện đại trong đời sống hàng ngày

- Nâng cao hiệu quả sản xuất trong các nhà máy, xí nghiệp thông qua các thiết bị, máy móc tiên tiến, hiện đại

- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường nhờ các thiết bị tiên tiến, hiệu suất cao như ô tô điện, xe máy điện, …

- Đời sống, an ninh trật tự được nâng cao nhờ các hệ thống camera giám sát

- Giảm thiểu các thủ tục hành chính, giấy tờ nhờ hệ thống quản lí dữ liệu quốc gia

B/ Câu hỏi giữa bài

I Ứng dụng của vật lí trong quân sự

Câu hỏi trang 22 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Em hãy tìm hiểu: Từ xa xưa, con người đã sử dụng các máy cơ như thế nào trong quân sự?

Trả lời:

- Cung và máy bắn tên là loại vũ khí sử dụng lực đàn hồi

- Máy bắn đá hoạt động theo nguyên lí cơ học lực đòn bẩy

- Trục phá thành là loại vũ khí thường xuyên được sử dụng để công phá cổng thành, lâu đài Thỉnh thoảng, đầu của trục phá thành được bôi thêm dầu sôi

Câu hỏi trang 23 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Hãy tìm hiểu trên internet về những

nghiên cứu đột phá của vật lí nhằm thúc đẩy sự hình thành và phát triển của các loại

vũ khí quân sự hiện đại

Trả lời:

Nghiên cứu đột phá của vật lí nhằm thúc đẩy sự hình thành và phát triển của các loại

vũ khí quân sự hiện đại như: súng máy, đại bác cỡ lớn, máy bay chiến đấu, các loại súng trường mới, lựu đạn, ngư lôi, tàu ngầm, xe tăng và các loại vũ khí mới và đặc biệt là vũ khí hạt nhân

Ví dụ:

II Ứng dụng của vật lí trong công nghiệp hạt nhân

Câu hỏi trang 24 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Năng lượng hạt nhân đã được con

người sử dụng như thế nào?

- Năm 2007, sản lượng điện hạt nhân trên thế giới giảm xuống còn 14% Theo IAEA, nguyên nhân chính của sự sụt giảm này là do một trận động đất xảy ra vào ngày 16 tháng 7 năm 2007 ở phía tây Nhật Bản, làm cho nước này ngưng tất cả 7 lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa Một vài nguyên nhân khác như "ngưng hoạt động bất thường" do thiếu nhiên liệu đã xảy ra ở Hàn Quốc và Đức Thêm vào đó là sự gia tăng hệ số tải của các lò phản ứng để đáp ứng nhu cầu sử dụng chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn (cao điểm)

- Hoa Kỳ sản xuất nhiều năng lượng hạt nhân nhất cung cấp 19% lượng điện tiêu thụ, trong khi đó tỷ lệ điện hạt nhân của Pháp là cao nhất trong sản lượng điện của nước này đạt 78% vào năm 2006 Trong toàn Liên minh châu Âu, năng lượng hạt nhân cung cấp 30% nhu cầu điện Chính sách năng lượng hạt nhân có sự khác biệt giữa các quốc gia thuộc Liên minh châu Âu, và một vài quốc gia khác như Úc, Estonia, và Ireland, không có các trạm năng lượng hạt nhân hoạt động Khi so sánh với các quốc gia khác thì Pháp có nhiều nhà máy điện hạt nhân, tổng cộng là 16 tổ hợp đang sử dụng

- Ở Hoa Kỳ, doanh thu của ngành điện hạt nhân là 33 tỷ đô la Mỹ, tăng trưởng trung bình giai đoạn 2007-2012 là 2,7%/năm

- Bên cạnh đó, một số tàu quân sự và dân dụng (như tàu phá băng) sử dụng động cơ đẩy hạt nhân biển, một dạng của động cơ đẩy hạt nhân Một vài động cơ đẩy không gian được phóng lên sử dụng các lò phản ứng hạt nhân có đầy đủ chức năng: loạt tên lửa của Liên Xô RORSAT và SNAP-10A của Hoa Kỳ

- Trên phạm vi toàn cầu, việc hợp tác nghiên cứu quốc tế đang tiếp tục triển khai để nâng cao độ an toàn của việc sản xuất và sử dụng năng lượng hạt nhân như các nhà máy an toàn bị động, sử dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân, và sử dụng nhiệt của quá trình như trong sản xuất hydro để lọc nước biển, và trong hệ thống sưởi khu vực

Câu hỏi 1 trang 25 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Hãy tìm hiểu trên internet về: Sử

dụng các nguồn phóng xạ và các thiết bị hạt nhân trong công nghiệp và nghiên cứu

ô nhiễm môi trường như thế nào?

Trả lời:

- Môi trường nước:

Môi trường nước là một trong những nguồn lực quan trọng của con người Nguồn nước bị nhiễm phóng xạ dẫn đến việc gây khó khăn trong đời sống hằng ngày của con người

Nhất là những nguồn nước gần các nhà máy hạt nhân hầu như đều bị nhiễm phóng

xạ dù ít hay nhiều Chưa hết, các chất phóng xạ cũng có thể ngấm dần vào lòng đất, ngấm vào các mạch nước ngầm dẫn đến những hệ lụy không thể nào lường trước được Ngoài ra các loại động vật dưới nước cũng có thể chết khi môi trường nước bị

ô nhiễm bởi chất phóng xạ

- Môi trường đất:

Nguyên tử phóng xạ ảnh hưởng đến môi trường đất làm giảm chất lượng của đất Nhất là đất canh tác, nếu bị nhiễm bức xạ thì cực kỳ nguy hiểm, vì ở nơi đây là nơi hay chăn nuôi gia súc hay trồng các loại thực phẩm Chất phóng xạ có thể xâm nhập vào cơ thể con người thông qua việc con người sử dụng động thực vật được nuôi trồng ở khu vực nhiễm phóng xạ

- Môi trường không khí:

Trong các lò phản ứng hạt nhân đều có những dạng khói bay hơi bốc lên, và trong dạng khí ấy cũng có chứa các đồng vị phóng xạ Từ đó, gây nguy hiểm cho những người vô tình hít phải Nhất là các vụ nổ hạt nhân, gây ô nhiễm không khí cực kỳ nghiêm trọng, tác động trực tiếp đến sức khỏe con người

Câu hỏi 2 trang 25 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Hãy tìm hiểu trên internet về:

Lợi ích của công nghiệp hạt nhân mang lại cũng như các thảm hoạ cho nhân loại khi không kiểm soát được phản ứng hạt nhân và việc sử dụng năng lượng hạt nhân không

vì mục đích hoà bình

Trả lời:

- Lợi ích của công nghiệp hạt nhân mang lại:

+ Tạo ra một số lượng lớn năng lượng: phản ứng hạt nhân giải phóng nhiều hơn một triệu lần năng lượng so với thủy điện hoặc năng lượng gió Vì vậy, một lượng điện năng lớn có thể được tạo ra Hiện nay, có khoảng 10-15% sản lượng điện của thế giới được tạo ra bằng năng lượng hạt nhân Với một kg uranium-235 có thể sản xuất

ra một lượng điện năng cực kì lớn

+ Nguồn năng lượng xanh: Ưu điểm lớn nhất của nguồn năng lượng này là không tạo ra các khí thải nhà kính (như carbon dioxide, methane, ozone, chlorofluorocarbon) trong phản ứng hạt nhân Khí thải nhà kính là một mối đe dọa lớn cho môi trường sống, chúng gây ra sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu Phản ứng hạt nhân không tạo ra các khí thải, nên có rất ít ảnh hưởng đến môi trường + Không làm ô nhiễm không khí: Việc đốt nhiên liệu như than đá tạo ra carbon dioxide và khói Đó là một mối đe dọa đối với môi trường cũng như đời sống con người Sản xuất năng lượng hạt nhân không thải ra khói Vì thế, nó không gây ô

nhiễm không khí trực tiếp Tuy nhiên, xử lý chất thải phóng xạ là một vấn đề lớn hiện nay

+ Nhiên liệu độc lập: Lò phản ứng hạt nhân sử dụng uranium làm nhiên liệu Phản ứng phân hạch của một lượng nhỏ uranium có thể tạo ra một năng lượng lớn Hiện nay, nguồn dự trữ uranium được tìm thấy trên Trái đất dự kiến sẽ đáp ứng được nhu cầu trong 100 năm nữa Sử dụng năng lượng này có thể làm cho nhiều quốc gia có thể độc lập về năng lượng và không phụ thuộc vào việc khai thác những nhiên liệu như than đá Nếu không có các lỗi của con người hay tai nạn và thiên tai, các lò phản ứng hạt nhân sẽ hoạt động rất hiệu quả trong một thời gian dài Thêm vào đó, sau khi xây dựng, việc vận hành nhà máy đòi hỏi rất ít lao động

- Thảm hoạ cho nhân loại khi không kiểm soát được phản ứng hạt nhân Các vụ nổ nhà máy hạt nhân, gây ô nhiễm đến không khí, nguồn nước, con người, động vật ở khu vực lân cận

- Việc sử dụng năng lượng hạt nhân không vì mục đích hoà bình: chế tạo các vũ khí hạt nhân gây ảnh hưởng đến tình hình hòa bình của các quốc gia, chạy đua vũ trang Các vụ phóng thử tên lửa

III Ứng dụng của Vật lí trong kĩ thuật điện tử

Câu hỏi 1 trang 26 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Hãy tìm hiểu những ứng dụng

của vật lí trong điện tử và trả lời câu hỏi:

1 Vật lí có vai trò gì trong sản xuất các linh kiện điện tử, đặc biệt là các chip điện tử?

2 Các thiết bị điện tử có vai trò gì trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0?

Trả lời:

Các kiến thức về vật lí giúp nghiên cứu và chế tạo các linh kiện điện tử như LED, photodiode, diode laser, … là các linh kiện chủ yếu trong các mạch điện tử để điều khiển, xử lí, chuyển đổi và phân phối nguồn điện, các ứng dụng này liên quan đến việc tạo ra và xác định trường điện từ và dòng điện

1 Vật lí có vai trò quan trọng trong sản xuất các linh kiện điện tử, đặc biệt là các chip điện tử:

- Các linh kiện điện tử được nghiên cứu và chế tạo được tích hợp trên các vi mạch,

nó có thể là các điện trở, các diode bán dẫn để tạo thành các mạch điện tử, được lắp ghép vào trong các thiết bị điều khiển từ xa, các thiết bị điện tử hiện đại

- Chip là một bộ phận hoạt động như trung tâm truyền thông và điều khiển, quyết định sức mạnh của hệ thống điện tử Đóng vai trò giống như bộ não của con người, điều khiển mọi hoạt động của thiết bị

2 Các thiết bị điện tử có vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0:

- Cho phép nghiên cứu chế tạo máy tính lượng tử, giúp máy tính hoạt động nhanh hơn, giải quyết được các vấn đề phức tạp một cách nhanh chóng

- Cuộc cách mạnh công nghiệp 4.0 với xu hướng phát triển trí tuệ nhân tạo, các thiết

bị điện tử sẽ góp phần quan trọng trong việc nghiên cứu, chế tạo robot thông minh,…

IV Ứng dụng của Vật lí trong cơ khí, tự động hóa

Câu hỏi 2 trang 26 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Hãy tìm hiểu những ứng dụng

của vật lí trong cơ khí, tự động hoá và đánh giá triển vọng cũng như tác động của ngành này đối với khoa học và đời sống

Trả lời:

- Ứng dụng của vật lí trong cơ khí, tự động hóa:

+ Máy hơi nước của James Watt tạo nền tảng cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 1 tại nước Anh

+ Hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa của các nhà máy, xí nghiệp: sản xuất ô

tô tự lái, robot trí tuệ nhân tạo

+ Sự phát triển của vật lí bán dẫn, nền tảng để chế tạo các thiết bị điều khiển thông minh, vận hành các thiết bị tự động

- Triển vọng cũng như tác động của ngành này đối với khoa học và đời sống:

+ Cơ khí có vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra thiết bị, chế tạo máy và công

cụ cho mọi ngành trong nền kinh tế quốc dân, tạo điều kiện để các ngành này phát triển tốt hơn Ngành này cũng tác động trực tiếp tới chất lượng cuộc sống, sự tiện dụng của tất cả mọi người Nhu cầu nhân lực và thông tin thị trường lao động TP.HCM năm 2019 cho thấy nhu cầu đối với nhóm ngành Cơ khí - Luyện kim - Công nghệ ô tô xe máy hiện đang đứng đầu, chiếm tỷ lệ trên 25% nhu cầu lao động

+ Lĩnh vực tự động hóa và robot là một trong những công nghệ chủ chốt của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, bao trùm nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ,

kỹ thuật nhằm tạo ra sản phẩm ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, quốc phòng an ninh, trong hàng không vũ trụ, y học… Việc làm chủ công nghệ thiết

kế, chế tạo, tích hợp và phát triển ứng dụng robot, xây dựng hình thành một nền công nghiệp robot là điều cần thiết góp phần giúp Việt Nam theo kịp cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư và góp phần quan trọng thực hiện thành công mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

V Ứng dụng của Vật lí trong thông tin, truyền thông

Câu hỏi 1 trang 28 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Vật lí có vai trò gì trong sự phát

triển của thông tin và truyền thông?

mạch điện tử để tạo ra và tối ưu hóa các giải pháp kỹ thuật; đã chế tạo các thiết bị điện hữu dụng trong khoa học và cuộc sống thường nhật như màn hình tinh thể lỏng, tivi thông minh, điện thoại thông minh, …

+ Cùng với sự phát triển của các ngành khác như: điện tử - công nghệ viễn thông, quang học, … Đã góp phần trong sự phát triển của thông tin và truyền thông

Câu hỏi 2 trang 28 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Những ứng dụng của vật lí trong thông tin, truyền thông và đánh giá triển vọng cũng như tác động của ngành này đối

với khoa học xã hội và đời sống như thế nào?

Trả lời:

- Ứng dụng của vật lí trong thông tin, truyền thông:

+ Hệ thống định vị GPS,

+ Các thế hệ điện thoại thông minh,

+ Các thế hệ mạng internet không dây,

+ Hệ thống các vệ tinh nhân tạo,

+ Các thiết bị giám sát, theo dõi sức khỏe, xe tự lái

- Triển vọng và tác động của ngành này đối với khoa học xã hội và đời sống:

+ Hiện nay, ngành Vật lý được ứng dụng rất nhiều trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: ngành Công nghệ hạt nhân rất có giá trị trong nền kinh tế quốc dân: ngành năng lượng hạt nhân để phục vụ nhu cầu điện hạt nhân trong tương lai của đất nước; ngành khoa học Vật liệu mới, trong đó có khoa học và công nghệ nano được Nhà nước liệt

kê là một trong những ngành khoa học mũi nhọn của đất nước

+ Với sự đa dạng các ngành trong lĩnh vực Vật lí góp phần phát triển, nâng cao đời sống của con người cả về công việc lẫn các nhu cầu giải trí; giúp con người nghiên cứu được những chuyển động, biến đổi ngoài phạm vi trái đất nhờ hệ thống các vệ tinh nhân tạo chụp ảnh gửi về các trạm nghiên cứu

VI Ứng dụng của Vật lí trong khí tượng, thủy văn

Câu hỏi 1 trang 29 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Vì sao phải nghiên cứu khí tượng,

thủy văn?

Trả lời:

Chúng ta cần nghiên cứu khí tượng, thủy văn để ứng phó với các vấn đề biến đổi khí hậu, thiên tai, lũ lụt, hạn hán

Câu hỏi 2 trang 29 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Vật lí có vai trò gì trong công tác

dự báo thời tiết?

Trả lời:

Vật lí có vai trò rất quan trọng trong công tác dự báo thời tiết

+ Nhờ một số mô hình vật lí – toán học cho dữ liệu lớn (big data), kết hợp với những siêu máy tính hiện đại đã mô phỏng các quá trình của thời tiết theo các định luật Vật

lí để đưa ra những dự báo sớm và chính xác các thiên tai tiềm ẩn

+ Sự phát triển của vệ tinh nhân tạo và công nghệ chụp ảnh viễn thám cho phép chụp ảnh Trái Đất từ không gian với độ phân giải cao, việc sử dụng ảnh viễn thám kết hợp với mô hình thủy văn để đánh giá những biến động của các đối tượng trên bề mặt Trái Đất cung cấp cơ sở khoa học cho việc xác định các thông số của mô hình thủy văn, dự báo thời tiết và đánh giá sự biến đổi khí hậu

Câu hỏi 3 trang 29 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Vật lí có vai trò gì trong xác định

hải lưu, sóng biển, thủy triều?

+ Sóng biển là các sóng bề mặt xuất hiện tại tầng trên cùng của biển hay đại dương Chúng thường được tạo ra do tác dụng của gió, nhưng đôi khi cũng do các hoạt động địa chấn Các phân tử nước biển tham gia vào chuyển động sóng chỉ xoay vòng tại chỗ và có ít chuyển động tịnh tiến theo hướng lan truyền của sóng; tuy rằng một lượng năng lượng lớn có thể được lan truyền theo sóng

+ Thủy triều là do lực hấp dẫn của Trái Đất và Mặt trăng

Do vậy, chúng thuộc đối tượng nghiên cứu của vật lí Do đó, vật lí có vai trò quan trọng trong việc xác định hải lưu, sóng biển, thủy triều

+ Giúp con người biết được quy luật vận động của chúng;

+ Đưa ra các biện pháp phù hợp về sự thay đổi của con nước, dòng hải lưu để có cái nhìn khách quan, tác động của môi trường; đưa ra các giải pháp thiết kế các công trình, đê, kè chắn sóng, nước biển dâng, … góp phần ổn định đời sống người dân

VII Ứng dụng của Vật lí trong nông nghiệp

Câu hỏi trang 30 Chuyên đề học tập Vật lí 10: Những ứng dụng của vật lí trong

nông nghiệp là gì và triển vọng cũng như tác động của vật lí đối với nông nghiệp thông minh như thế nào?

Trả lời:

- Ứng dụng của vật lí trong nông nghiệp: