Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 1: Làm quen với Vật Lí

Video giải Vật lí lớp 10 Bài 1: Làm quen với Vật Lí

Khởi động trang 7 Vật Lí 10: Hình bên là các nhà vật lí tiêu biểu cho mỗi giai đoạn phát triển khoa học và công nghệ của nhân loại. Em đã biết gì về các nhà khoa học này?

Lời giải:

- Galilei (1564 – 1642): Cha đẻ của phương pháp thực nghiệm.

Galileo Galilei là nhà vật lý, toán học và thiên văn học người Ý, người đã dành cả cuộc đời mình để giảng dạy và nghiên cứu các quy luật của Vũ trụ, đặt nền móng cho thiên văn học và vật lý hiện đại. Galileo Galilei là một trong những người chịu trách nhiệm chính cho cuộc ly hôn giữa Giáo hội và Khoa học. Với những quan sát của mình, ông đã chứng minh lý thuyết của Copernicus rằng Trái đất quay quanh Mặt trời là đúng và cho ra đời thuyết nhật tâm. Ông đã có rất nhiều cải tiến về kính thiên văn đủ để cho phép quan sát bầu trời, có thể nhìn thấy những vật thể lớn gấp 30 lần. Nhờ kính thiên văn của mình, Galileo là người đầu tiên quan sát hố của mặt trăng, vết đen, bốn vệ tinh lớn nhất của sao Mộc, các pha của sao Kim… Ông cũng là người đầu tiên tiết lộ rằng có rất nhiều ngôi sao trong Vũ trụ, mặc dù không thể nhìn thấy chúng trên bầu trời, nhưng vẫn ở đó. Một trong những phát minh quan trọng nhất của Galileo là chiếc kính nhiệt, một công cụ có khả năng đo nhiệt độ. Nó là tiền thân của cái mà ngày nay chúng ta biết là nhiệt kế. Ông được coi là một trong những cha đẻ của khoa học hiện đại và là một trong những nhân vật khoa học vĩ đại nhất trong lịch sử, một phần là nhờ phát triển phương pháp khoa học. Các cuộc điều tra của họ phải dựa trên việc thiết lập một giả thuyết sẽ bị bác bỏ hoặc được chấp nhận dựa trên các quan sát thực nghiệm. Bất kỳ thí nghiệm khoa học nào hiện nay đều dựa trên phương pháp luận này, được Galilei đưa ra. Ngoài ra ông còn là một trong những nhà khoa học đầu tiên đặt cơ sở nghiên cứu khoa học của mình về toán học, sử dụng các con số làm công cụ để phân tích và hiểu các sự kiện xảy ra trong tự nhiên.

- Newton (1642 – 1727): Người tìm ra định luật vạn vật hấp dẫn.

Isaac Newton là một nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học tự nhiên và nhà toán học vĩ đại người Anh. Luận thuyết của ông về Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Các Nguyên lý Toán học của Triết lý về Tự nhiên) xuất bản năm 1687, đã mô tả về vạn vật hấp dẫn và 3 định luật của Newton, được coi là nền tảng của cơ học cổ điển, đã thống trị các quan niệm về vật lý, khoa học trong suốt 3 thế kỷ tiếp theo. Ông cho rằng sự chuyển động của các vật thể trên mặt đất và các vật thể trong bầu trời bị chi phối bởi các định luật tự nhiên giống nhau. Trong cơ học, Newton đưa ra nguyên lý bảo toàn động lượng (bảo toàn quán tính). Trong quang học, ông khám phá ra sự tán sắc ánh sáng, giải thích việc ánh sáng trắng qua lăng kính trở thành nhiều màu. Trong toán học, Newton cùng với Gottfried Leibniz phát triển phép tính vi phân và tích phân. Ông cũng đưa ra nhị thức Newton tổng quát. Năm 1703, ông được bầu làm chủ tịch của Hội Khoa học Hoàng gia Anh, một tổ chức của các nhà khoa học vẫn còn tồn tại đến ngày nay.

- Einstein (1879 – 1955): Người tìm ra thuyết tương đối và công thức E = m.c²

Albert Einstein (Anhxtanh) là nhà vật lý lý thuyết người Đức, được nhiều người công nhận là một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất mọi thời đại. Anhxtanh đã có cho mình rất nhiều nghiên cứu, khám phá với tư cách là 1 nhà khoa học. Một trong những nghiên cứu của ông đang được sử dụng rộng rãi hiện nay, đó là “thuyết tương đối”. Học thuyết này đã làm thay đổi cách nhìn nhận của thế giới về các nhà khoa học. Nghiên cứu này đã đặt nền móng quan trọng cho các phát minh hiện đại có liên quan đến năng lượng hạt nhân và nguyên tử. Năm 1905, ông đã đưa ra khái niệm về ánh sáng được tạo nên từ các hạt photon. Phát hiện quan trọng này đã giúp Anhxtanh nhận được giải thưởng Nobel Vật lý vào năm 1921.

I. Đối tượng nghiên cứu của vật lí và mục tiêu của môn Vật lí

Câu hỏi 1 trang 7 Vật Lí 10: Hãy kể tên các lĩnh vực vật lí mà em đã được học ở cấp Trung học cơ sở.

Lời giải:

Các lĩnh vực vật lí đã được học ở cấp Trung học cơ sở:

- Cơ học

Chuyển động cơ

- Nhiệt học

Đo nhiệt độ

- Điện học

Ampe kế đo cường độ dòng điện

- Quang học

Ánh sáng mặt trời

- Âm học.

Âm thanh

Câu hỏi 2 trang 7 Vật Lí 10: Em thích nhất lĩnh vực nào của Vật lí? Tại sao?

Lời giải:

Tùy vào từng học sinh sẽ chia sẻ quan điểm của mình về lĩnh vực yêu thích nhất của Vật lí.

Ví dụ:

Trong số những lĩnh vực đã học của Vật lí, em thích nhất lĩnh vực Điện học, vì khi học điện, em có thể tự lắp được một số mạch điện đơn giản trong nhà, biết cách sử dụng tiết kiệm điện, sửa chữa mạch điện đơn giản, thiết bị điện khi bị hỏng.

II. Quá trình phát triển của Vật lí

III. Vai trò của Vật lí đối với khoa học, kĩ thuật và công nghệ

Câu hỏi 1 trang 8 Vật Lí 10: Hãy nêu tên một số thiết bị có ứng dụng các kiến thức về nhiệt.

Lời giải:

- Nồi áp suất: Khi cung cấp nhiệt cho nồi sẽ làm nóng phần không khí ở bên trong. Không khí nóng và không thoát được ra ngoài, sẽ gia tăng áp suất, việc đậy nắp kín khiến cho trong nồi đạt hơi bão hòa và nước sôi ở nhiệt độ cao hơn điểm sôi ở điều kiện tiêu chuẩn, nghĩa là sôi ở nhiệt độ cao hơn 100 độ C. Điều này khiến cho nước dễ dàng thẩm thấu vào bên trong thức ăn hơn, khiến chúng chín và mềm nhanh hơn.

Khi dừng cung cấp nhiệt, thì nhiệt lượng trong nồi vẫn còn, thoát ra rất chậm, thức ăn vẫn tiếp tục được đun nấu, nên tiết kiệm năng lượng.

- Pittong: Khí bên trong xilanh nhận được nhiệt từ nguồn nóng sinh công làm dịch chuyển pittong và tỏa nhiệt ra ngoài.

Câu hỏi 2 trang 8 Vật Lí 10: Theo em, việc sử dụng máy hơi nước nói riêng và động cơ nhiệt nói chung có những hạn chế nào?

Lời giải:

Hạn chế khi sử dụng máy hơi nước và động cơ nhiệt:

- Hiệu suất thấp do hao phí nhiệt nhiều.

- Cần nhiều các thiết bị chuyển đổi để tạo ra các chuyển động khác theo ý muốn.

- Sử dụng các nguồn nhiệt để đốt nóng như than đá, than củi, dầu hay nhiệt năng từ các phản ứng hạt nhân sẽ gây ô nhiễm môi trường.

Câu hỏi 1 trang 8 Vật Lí 10: Cơ chế của các phản ứng hóa học được giải thích dựa trên kiến thức thuộc lĩnh vực nào của Vật lí?

Lời giải:

Cơ chế của các phản ứng hóa học được giải thích dựa trên kiến thức thuộc lĩnh vực Vật lí nguyên tử và hạt nhân. Trong các phản ứng hóa học, các quá trình chi tiết mà các chất hóa học được biến đổi thành các chất khác là do sự tương tác giữa các nguyên tử, phân tử.

Câu hỏi 2 trang 8 Vật Lí 10: Kiến thức về từ trường Trái Đất được dùng để giải thích đặc điểm nào của loài chim di trú?

Lời giải:

Kiến thức về từ trường Trái Đất được dùng để giải thích việc bay đúng hướng của các loài chim di trú. Nhờ vào cấu tạo đặc biệt trong cơ thể mà chúng có thể dựa vào từ trường của Trái Đất để xác định hướng bay giống như một chiếc la bàn vậy.

Câu hỏi 3 trang 8 Vật Lí 10: Sự tương tác giữa các thiên thể được giải thích dưạ vào định luật vật lí nào của Newton?

Lời giải:

- Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. Sự tương tác giữa các vật (thiên thể) được giải thích dưạ vào định luật vạn vật hấp dẫn của Newton.

- Nội dung của định luật: Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Câu hỏi 4 trang 8 Vật Lí 10: Hãy nêu thêm ví dụ về việc dùng kiến thức vật lí để giải thích hiện tượng tự nhiên mà các em đã học.

Lời giải:

- Cầu vồng xuất hiện sau cơn mưa là nhờ sự tán sắc ánh sáng Mặt Trời (ánh sáng trắng) qua các hạt nước li ti ngưng tụ trong các đám mây.

- Giày đi mãi bị mòn là do có ma sát giữa đế giày với mặt đường.

- Ngồi cạnh ngọn lửa thấy người ấm hơn là do có sự bức xạ nhiệt từ ngọn lửa tới người.

Câu hỏi trang 8 Vật Lí 10: Theo em, sử dụng động cơ điện có những ưu điểm vượt trội nào so với sử dụng máy hơi nước?

Lời giải:

Ưu điểm của động cơ điện so với máy hơi nước:

- Hao phí năng lượng ít hơn.

- Tạo ra được công suất lớn.

- Ít tác động xấu tới môi trường.

Câu hỏi trang 9 Vật Lí 10: Hãy kể tên một số nhà máy tự động hóa quá trình sản xuất ở nước ta.

Lời giải:

- Nhà máy sản xuất tôn Hòa Phát.

- Nhà máy lắp ráp xe máy Piaggio Vĩnh Phúc.

- Mitsubishi Việt Nam.

Hoạt động trang 9 Vật Lí 10: Hãy sưu tầm tài liệu trên internet và các phương tiện truyền thông khác về thành phố thông minh (thành phố số) để trình bày và thảo luận trên lớp về chủ đề “Thế nào là thành phố thông minh?”

Lời giải:

- Khái niệm: Thành phố thông minh hay đô thị thông minh là một khu vực thành thị sử dụng các loại phương pháp điện tử và cảm biến khác nhau để thu thập dữ liệu.

- Mục đích: Thông tin chi tiết thu được từ dữ liệu được sử dụng để quản lý tài sản, tài nguyên và dịch vụ một cách hiệu quả nhằm cải thiện hoạt động trên toàn thành phố.

- Cách vận hành: Thu thập dữ liệu từ người dân, thiết bị, tòa nhà và tài sản, sau đó được xử lý và phân tích để giám sát và quản lý hệ thống giao thông và vận tải, nhà máy điện, tiện ích, mạng lưới cấp nước, chất thải, phát hiện tội phạm, hệ thống thông tin, trường học, thư viện, bệnh viện và các dịch vụ cộng đồng khác.

- Hệ thống vận hành: Kết hợp từ nhiều hệ thống thành phần với hệ thống trí tuệ nhân tạo có thể hành xử thông minh như con người, gồm mạng viễn thông số (dây thần kinh), hệ thống nhúng thông minh (não bộ), các cảm biến (giác quan) và phần mềm (tinh thần và nhận thức).

- Công nghệ thành phố thông minh: tích hợp công nghệ thông tin, truyền thông và các thiết bị vật lý khác nhau được kết nối với mạng IoT để tối ưu hóa hiệu quả của các hoạt động và dịch vụ của thành phố và kết nối với người dân.  Công nghệ này cho phép các tổ chức quản lí thành phố tương tác trực tiếp với cả cộng đồng và cơ sở hạ tầng thành phố, đồng thời giám sát những gì đang xảy ra trong thành phố và thành phố đang phát triển như thế nào. Công nghệ thông tin và truyền thông được sử dụng để nâng cao chất lượng, hiệu suất và tính tương tác của các dịch vụ đô thị, để giảm chi phí và tiêu thụ tài nguyên và tăng cường liên hệ giữa người dân và chính phủ. Các ứng dụng thành phố thông minh được phát triển để quản lý dòng chảy đô thị và cho phép phản hồi trong thời gian thực. Do đó, một thành phố thông minh có thể chuẩn bị sẵn sàng hơn để đối phó với những thách thức hơn một thành phố chỉ có mối quan hệ "giao dịch" đơn giản với công dân của nó.

Ví dụ: Sử dụng cảm biến để quản lý hệ thống đèn đường, để từ đó làm giảm đáng kể mức độ tiêu thụ năng lượng và dễ dàng trong khâu quản lý, theo dõi và kiểm tra.

Câu hỏi 1 trang 9 Vật Lí 10: Hãy nêu mối liên quan giữa các lĩnh vực của Vật lí đối với một số dụng cụ gia đình mà em thường sử dụng.

Lời giải:

- Bếp điện sử dụng năng lượng điện (lĩnh vực Điện học) để tạo ra nhiệt năng đun nóng thức ăn (lĩnh vực Nhiệt học).

- Quạt điện sử dụng năng lượng điện (lĩnh vực Điện học) làm quay cánh quạt (lĩnh vực Cơ học).

Câu hỏi 2 trang 9 Vật Lí 10: Hãy nói về ảnh hưởng của Vật lí đối với một số lĩnh vực như: giao thông vận tải; thông tin liên lạc; năng lượng; du hành vũ trụ;... Sưu tầm hình ảnh để minh họa.

Lời giải:

- Động cơ đốt trong là bộ phận quan trọng nhất trong các phương tiện di chuyển: xe máy, ô tô,…. Được chế tạo dựa trên lĩnh vực Nhiệt học.

- Cáp quang là ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần giúp truyền thông tin dữ liệu một cách nguyên vẹn, hiệu quả, nhanh chóng.

- Pin Mặt Trời chuyển hóa năng lượng Mặt Trời thành điện năng.

- Tàu vũ trụ sử dụng động cơ phản lực để phóng tàu đi với một vận tốc đã được tính toán nhằm bay tới chính xác vị trí hành tinh muốn đến.

Câu hỏi 3 trang 9 Vật Lí 10: Hãy nêu ví dụ về ô nhiễm môi trường và hủy hoại hệ sinh thái mà em biết ở địa phương mình.

Lời giải:

- Khí thải từ nhà máy gây ra các trận mưa axit làm chết cây xanh và ô nhiễm nguồn nước.

- Khí thải độc hại từ các phương tiện giao thông ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

- Các vụ chập đường dây tải điện gây cháy nổ nguy hiểm.

IV. Phương pháp nghiên cứu Vật Lí

Câu hỏi trang 10 Vật Lí 10: Nêu một ví dụ về sử dụng phương pháp thực nghiệm mà em đã được học trong môn KHTN.

Lời giải:

Sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn.

- Xác định vấn đề cần nghiên cứu: tìm sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn.

- Quan sát, thu thập thông tin: Dựa vào kiến thức lớp 7 đã biết nếu hiệu điện thế đặt vào 2 đầu bóng đèn càng lớn thì dòng điện chạy qua bóng đèn có cường độ càng lớn và đèn càng sáng.

- Đưa ra dự đoán: Nếu hiệu điện thế đặt vào 2 đầu dây dẫn càng lớn thì dòng điện chạy qua dây dẫn có cường độ càng lớn (giống như với bóng đèn). Vậy dự đoán cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn.

- Thí nghiệm kiểm tra dự đoán:

Dụng cụ thí nghiệm: 1 đoạn dây dẫn, 1 ampe kế đo cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, 1 vôn kế đo hiệu điện thế 2 đầu dây dẫn, các cục pin, công tắc K để đóng mở mạch điện.

Cách tiến hành: Đặt các giá trị U khác nhau và đọc số chỉ cường độ dòng điện I tương ứng trên ampe kế rồi điền vào bảng số liệu sau đó vẽ đồ thị U-I. Nếu dự đoán là đúng thì đồ thị sẽ có dạng đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

- Rút ra kết luận: I tỉ lệ thuận với U.

Câu hỏi 1 trang 11 Vật Lí 10: Hãy kể tên một số mô hình vật chất mà em thấy trong phòng thí nghiệm.

Lời giải:

Mô hình điện trở, biến trở, nam châm, thấu kính,..

Thấu kính phân kì

Mô hình Mặt Trời – Mặt Trăng – Trái Đất

Câu hỏi 2 trang 11 Vật Lí 10: Hãy nêu tên một mô hình lí thuyết mà em đã học.

Lời giải:

Mô hình tia sáng, chất điểm, không gian nhiều chiều

Mô hình không gian 3 chiều

Câu hỏi 3 trang 11 Vật Lí 10: Các mô hình toán học vẽ ở Hình 1.9 dùng để mô tả loại chuyển động nào?

Lời giải:

- Hình 1.9 a: đồ thị (s – t) xuất phát từ gốc tọa độ và hướng chếch lên biểu diễn loại chuyển động đều.

- Hình 1.9b: đồ thị (v – t) song song với trục thời gian biểu diễn loại chuyển động có vận tốc không đổi.

Em có thể trang 11 Vật Lí 10: Dự đoán về sự phụ thuộc tốc độ bay hơi của nước vào nhiệt độ nước và gió thổi trên mặt nước, rồi lập phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.

Lời giải:

- Dự đoán: Nhiệt độ nước càng cao, tốc độ bay hơi của nước càng nhanh. Gió thổi trên mặt nước càng mạnh, tốc độ bay hơi của nước càng nhanh.

- Phương án thí nghiệm:

+ Đặt 2 cốc thủy tinh giống nhau gần nhau trong cùng 1 môi trường, 1 cốc đổ 100ml nước sôi, 1 cốc đổ 100ml nước nguội, sau một thời gian (1, 2 giờ) thì quan sát mực nước trong 2 cốc: Nếu mực nước trong cốc nước sôi ít hơn so với cốc nước nguội thì dự đoán đặt ra là đúng.

+ Đặt gần nhau 2 cốc nước sôi có nhiệt độ và thể tích như nhau, một cốc cho quạt vào thổi trên mặt nước, sau một thời gian (1, 2 giờ) thì quan sát mực nước trong 2 cốc: Nếu mực nước trong cốc nước có gió quạt thổi vào ít hơn so với cốc nước còn lại thì dự đoán đặt ra là đúng.