Khoa học về vật chất và Năng lượng docx

1
– Vật lí 11

















Ảnh: IBM Research
Cái bạn trông thấy ở hình trên là hai ảnh của một mô hình máy tính của
một ống nano carbon – một cái ống hút ở cấp độ nguyên tử. Được xây
dựng từng nguyên tử một, ống nano này là thí dụ tiêu biểu của một họ
máy móc mới, chúng nhỏ bé đến mức không thể trông thấy bằng mắt
trần, hoặc thậm chí qua đa số kính hiển vi cũng chẳng thấy. Cực kì bền,
nhưng đường kính chỉ một vài nguyên tử, những dụng cụ nhỏ xíu như
thế này có thể làm thay đổi kịch tính cuộc sống của chúng ta trong
những năm sắp tới. Thật vậy, một số nhà nghiên cứu hàng đầu tin rằng
“thời đại nano” đã bắt đầu rồi. Khung hình nhỏ “người phân tử” gồm 28
phân tử carbon monoxide, và “chiếc đàn ghita” ở trang sau là kết quả
của việc các nhà nghiên cứu giải trí cùng công nghệ nano.

Công nghệ nano, ngành khoa học và công nghệ mới xuất hiện nghiên
cứu xây dựng các dụng cụ cơ giới từ các đơn nguyên tử, tìm cách điều
khiển năng lượng và chuyển động ở cấp độ nguyên tử. Một khi đã hoàn
thiện, công nghệ nano sẽ cho phép các cỗ máy hiển vi thực hiện những
nhiệm vụ phức tạp từng nguyên tử một, từng phân tử một. Hãy tưởng
tượng một dụng cụ rô bôt nhỏ xíu có thể lập trình trước để tạo ra những
sản phẩm nhất định, như giấy hoặc thép, đơn giản bằng cách trích xuất
các nguyên tử cần thiết từ khí quyển, theo kiểu giống hệt như một cây
khoai tây hấp thụ các chất dinh dưỡng từ đất, nước và không khí, và tổ
chức lại chúng để tạo ra nhiều khoai tây hơn.

Multi-Lab:
Tư duy Vật lí!
1.1 Vật lí: Một cánh cửa nhìn vào
Vũ trụ
1.2 Chiến lược giải quyết vấn đề
1.3 Khảo sát, Thực nghiệm và Đo
lường
Nghiên cứu 1A:
Phân tích một con lắc
Nghiên cứu 1B:
Phân tích số liệu con lắc

2
– Vật lí 11

Hãy tưởng tượng một cỗ máy có thể sản xuất kim cương bằng cách sắp xếp lại các nguyên tử
than đá hoặc sản xuất nước tinh khiết bằng cách ghép các nguyên tử hydrogen và oxygen. Còn
một cỗ máy như vậy được lập trình sẵn để làm sạch không khí bằng cách sắp xếp các nguyên
tử trong các chất ô nhiễm phổ biến, hoặc hàn kín vết thương bằng cách sửa chữa các tế bào bị
hỏng thì sao? Thật khó tìm hiểu sự tác động của một công nghệ như thế đối với cuộc sống của
chúng ta, và về vô số các quan hệ hóa học, sinh học và vật lí học, cùng các quá trình chi phối
thế giới của chúng ta. Tuy nhiên, có một điều là chắc chắn: công nghệ nano tiêu biểu cho một
phương thức mới khai thác và chuyển hóa vật chất và năng lượng, mang lại một ứng dụng
quan trọng của ngành khoa học mà chúng ta gọi là vật lí.
Qua khóa học này, bạn sẽ tham gia vào các quá trình làm vật lí. Bạn sẽ nêu các câu hỏi, đề ra
các giả thuyết, thiết kế và thực hiện các khảo sát, xây dựng mô hình và sử dụng lí thuyết để
giải thích các kết quả của bạn, và giải các bài toán có liên quan đến vật lí. Tóm lại, bạn sẽ học
cách suy nghĩ giống như một nhà vật lí. Các hoạt động trong khóa học này sẽ được thực hiện ở
nhiều mức độ khó dễ khác nhau. Trong khoa học, cũng như trong các ngành học khác, những
câu hỏi và khảo sát đơn giản nhất thường mang lại những câu trả lời thú vị nhất và quan trọng

nhất.



3
– Vật lí 11






Một phần việc quan trọng của vật lí học là xây dựng các mô hình cho phép chúng ta phát triển
sự giải thích cho các hiện tượng. Các mô hình thật hữu ích trong việc đưa ra các dự đoán dựa
trên các quan sát. Hãy thử các thí nghiệm sau đây, xây dựng mô hình riêng của bạn và đưa ra
các dự đoán riêng của bạn dựa trên những gì bạn đã biết. Hãy ghi nhớ những ý tưởng này
trong trí bạn khi bạn tiếp tục học tiếp các bài sau.
Hộp đen

Hãy kéo các dây trên hộp đen và quan sát
xem chuyện gì xảy ra. Hãy thử vài ba lần, để
ý đến chuyển động và lực căng của các dây,
mọi tiếng ồn mà bạn nghe và bất cứ thứ gì
đập vào trước mắt bạn. Hãy ghi lại các quan
sát của bạn.
1. Dựa trên các quan sát của bạn, hãy vẽ
một mô hình thể hiện xem bạn nghĩ
các sợi dây được nối như thế nào bên
trong chiếc hộp đen.
2. Kiểm tra sự chính xác của dự đoán

của bạn bằng cách kéo các sợi dây
trên hộp đen một lần nữa.
3. Thí nghiệm này có thể dùng để giải
thích quá trình khảo sát khoa học như
thế nào?
Quả bóng bãi biển
Với một người bạn cùng chơi, hãy quan sát
cái xảy ra với một quả bóng bãi biển khi bạn
ném nó qua lại trong khi tác dụng các chuyển
động quay khác nhau. Hãy ghi lại các quan
sát của bạn.
1. Hãy mô tả các tác động của mỗi
chuyển động quay tròn.
2. Vẽ một mô hình thể hiện cái bạn quan
sát thấy.




4
– Vật lí 11

Máy gia tốc
Van de
Graaff
Đặt các mảnh
giấy nhỏ từ một
cái kim bấm ba lỗ
lên trên một máy
phát Van de

Graaff như bên
hình. Bật công
tắc mở máy phát
và quan sát cái
xảy ra. Ghi lại
các quan sát của
bạn.
1. Dựa trên các quan sát của bạn, hãy vẽ
mô hình thể hiện cái xảy ra đối với
mảnh giấy.




Siêu quả cầu
Thả rơi một siêu quả cầu từ một độ cao nhất
định. Tiến hành thử nghiệm vài lần, thay đổi
các thông số như vận tốc ban đầu của quả cầu
và tốc độ quay tròn của nó. Ghi lại các quan
sát của bạn. Sau đó hãy phát triển các quy tắc
sẽ cho phép bạn dự đoán xem quả cầu, dựa
trên vận tốc ban đầu và tốc độ quay tròn của
nó, có nảy lên cao hơn điểm xuất phát của nó
hay không.
1. Kiểm tra các dự đoán của bạn.
2. Mô tả sự chuyển động của siêu quả
cầu bằng một mô hình về sự bảo toàn
năng lượng.
Bức xạ kế
Chiếu ánh sáng lên trên một bức xạ kế và

quan sát cái xảy ra. Lặp lại quá trình trên
dùng máy sấy tóc ở chế độ nóng và chế độ
mát. Ghi lại các quan sát của bạn.
1. Cái gì làm cho các cánh quạt quay
tròn? Hãy đề ra một giả thuyết.
2. Năng lượng đã được chuyển hóa như
thế nào?
3. Có những sự tương đồng gì giữa nhiệt
và ánh sáng?
4. Kiểm tra giả thuyết của bạn.

5
– Vật lí 11
Ảnh bội cho bởi hai gương phẳng

Sử dụng một thước đo góc để bố trí một cơ cấu như hình bên. Bố trí các gương và đồng tiền
nhà trong ảnh. Sau đó, lập một bảng số liệu như bảng bên dưới. Đếm số lượng ảnh bạn nhìn
thấy khi đặt các gương ở những góc nhất định. Ghi lại các quan sát của bạn.
1. Phát triển một phương trình toán học dự đoán số lượng ảnh sẽ xuất hiện khi góc hợp
giữa hai gương phẳng đã được cho trước. Gợi ý: một vòng tròn có 360
o
.

Số lượng vật Góc giữa các gương Số lượng ảnh
1 180
o

1 120
o

1 90
o

1 60
o


6
– Vật lí 11




Cái khiến cho vật lí học thật hấp dẫn là bạn sẽ tham gia vào việc suy nghĩ
về vũ trụ hoạt động như thế nào và tại sao nó lại hành xử như thế. Khi
được yêu cầu định nghĩa khái niệm khoa học, Albert Einstein từng trả lời
rằng “khoa học chẳng gì hơn là sự trau chuốt của tư duy hàng ngày”. Nếu
bạn thay từ “khoa học” bằng từ “vật lí” trong định nghĩa của Einstein, thì
sự trau chuốt mà ông đang nhắc tới đó là gì? Sử dụng ngôn ngữ toán học
để xây dựng các mô hình và lí thuyết, vật lí học cố gắng giải thích và dự
đoán các tương tác giữa vật chất và năng lượng. Trong vật lí học, sự tìm
kiếm bản chất của những mối liên hệ này đưa chúng ta đưa chúng ta đi từ
cấu trúc dưới hiển vi của nguyên tử đến cấu trúc siêu vĩ mô của vũ trụ.
Tuy nhiên, mọi nỗ lực vật lí học đều có một đặc điểm chung: chúng đều
nhắm tới việc thiết lập các sự thật cơ bản về bản chất của vũ trụ.
Nhiệm vụ của bạn trong khóa học này sẽ là phát triển một quá trình tự
quyết cho phép bạn đi từ “tư duy hàng ngày” của Einstein đến “sự trau
chuốt của tư duy hàng ngày” của ông. Sự trau chuốt này, quá trình thu
thập dữ liệu một cách có hệ thống thông qua quan sát, thực nghiệm, tổ
chức dữ liệu, và đưa ra các kết luận, thường được gọi là khảo sát khoa

học. Phương pháp này bắt đầu với quá trình nêu giả thuyết. Một nhà
khoa học giỏi sẽ cố gắng đi tìm bằng chứng không được một mô hình nào
hậu thuẫn. Nếu tìm thấy bằng chứng mâu thuẫn, thì mô hình đó là không
thỏa đáng.
Trong tài liệu này, bạn sẽ bắt gặp các quan niệm sai lầm được in chữ nhỏ
ở hai bên lề trang. Hãy ngẫm xem suy nghĩ hiện tại của bạn có vướng
phải những quan niệm sai lầm đó hay không. Sau đó, với việc khảo sát
vật lí học qua sự trải nghiệm cùng khóa học, hãy phát triển kiến thức hiểu
biết của riêng bạn.
Sự hiểu biết hiện nay của chúng ta về vũ trụ đã bắt đầu như thế nào?
Trước thời hiện nay, sự tiến bộ đã diễn ra như thế nào trong những thế kỉ
qua? Tư duy mà chúng ta biết đó đã bắt đầu với Artistotle.
Hai mô hình của Artistotle
Hơn 2300 năm trước đây, hai mô hình có liên quan đã được sử dụng làm
cơ sở cho việc giải thích nguyên do các vật rơi xuống và chuyển động
như chúng vốn như thế. Artistotle (384–328 tCN) đã sử dụng một mô
hình để giải thích sự chuyển động của các vật trên Trái đất, và sử dụng
một mô hình thứ hai (xem hình) để giải thích sự chuyển động của các
ngôi sao và hành tinh trên bầu trời. Ngày nay, chúng ta không chấp nhận
những mô hình này là sự giải thích tốt nhất cho sự chuyển động của các
vật thể trên Trái đất và trong không gian vũ trụ. Tuy nhiên, vào thời đại
ấy, chúng là những giải pháp rất thông minh để giải thích những hiện
tượng này khi Aristotle quan sát chúng.






Từ khóa

• vật lí học
• khảo sát khoa học
• quan sát
• định tính
• định lượng
• lí thuyết
• mô hình
Mục tiêu
• Sử dụng các mô hình
khoa học thích hợp để
giải thích và dự đoán
hành trạng của các
hiện tượng tự nhiên.
• Nhận dạng và mô tả
các ngành nghề có gốc
rễ khoa học và công
nghệ liên quan đến vật
lí học.

7
– Vật lí 11

QUAN NIỆM SAI

Từ tia X đến các xung thần kinh

Nhiều người nghĩ rằng vật lí thật khó
và mang tính toán học cao. Trong khi
toán học đúng là một phần rất quan
trọng đối với vật lí học, nhưng cơ sở

của vật lí học thì chẳng gì khó hiểu
đâu. Cho dù lĩnh vực nghiên cứu
hứng thú nhất của bạn là gì đi nữa,
thì có lẽ các khái niệm vật lí sẽ giúp
bạn hiểu rõ hơn một số phương diện
của nó. Bạn có thể đặc biệt hứng thú
với một ngành khoa học khác, như
sinh học hoặc hóa học chẳng hạn.
Khi sự nghiên cứu khoa học của bạn
có bước tiến bộ, bạn sẽ phát hiện ra
rằng mỗi ngành khoa học đều có liên
quan lẫn nhau. Thí dụ, các nhà hóa
học sử dụng tia X để nghiên cứu cấu
trúc của các phân tử lớn. Các nhà
sinh học sử dụng lí thuyết điện để
nghiên cứu sự truyền tải các xung
thần kinh.

ĐÔI NÉT LỊCH SỬ

Richard Feynman (1918–1988), nhà
khoa học đạt giải Nobel và là cha đẻ
của công nghệ nano, là một trong
những nhà vật lí nổi tiếng nhất của
thế kỉ thứ 20. Năm 1959, trong khi
trình bày một bài báo mang tựa đề
“Có rất nhiều Không gian dưới Tận
cùng” nói về các đặc trưng của thế
giới dưới hiển vi khi đó còn ít người
hiểu rõ, Feynman đã nhận xét:

“Chẳng có gì ngoài kích cỡ vụng về
của chúng ta ngăn chúng ta sử dụng
không gian [đó]”. Khi ông nói ra
những lời như thế, công nghệ nano
vẫn còn là một giấc mơ xa vời. Giấc
mơ đó ngày nay đã rất gần với thực
tại. Thật vậy, ngành y khoa và khoa
học máy tính thuộc thế kỉ thứ 21 có
thể sẽ chứng kiến những ứng dụng
đầu tiên của công nghệ nano, vì cả
hai ngành khoa học này đều đang
chạy đua phát triển các công cụ một
ngày nào đó sẽ cho phép chúng thao
tác trên từng nguyên tử một.


Hình 1.1 Vũ trụ quan Aristotle, Trái đất nằm tại trung tâm của vũ trụ.
Aristotle và Sự chuyển động
Mô hình giải thích sự chuyển động trên Trái đất xây dựng trên một
quan điểm cấp tiến của những người Hi Lạp, sau sự tư duy của
Aristotle. Aristotle thừa nhận quan điểm của Empedocles (492–435
tCN) rằng mọi vật có cấu tạo từ bốn nguyên tố hay bốn chất – đất,
nước, không khí và lửa. Mọi vật thể được cho là tuân theo những
quy luật cơ bản giống nhau tùy thuộc vào các chất mà chúng chứa.
Mỗi chất có một vị trí tự nhiên trong trật tự vũ trụ. Vị trí của đất là
ở dưới cùng, trên đó là nước, rồi không khí và lửa. Theo mô hình
này, mỗi vật trong vũ trụ có cấu tạo gồm những lượng đa dạng
thuộc bốn nguyên tố này. Một hòn đá hiển nhiên là đất. Khi được
thả rơi, hòn đá rơi xuống nhằm tìm lại vị trí vốn dành cho nó trong
trật tự của vạn vật. Lửa thì ở trên cùng trong số các chất. Khi một

khúc gỗ bốc cháy, lửa mà nó thu nhận từ mặt trời trong quá trình
nó lớn lên được giải phóng và bốc lên vị trí thượng cùng của nó.
Theo Aristotle, vạn vật trôi nổi, rơi xuống, hay dâng lên là để trở
lại nơi vốn có của nó trong thế giới. Những tác dụng này được
phân loại là các chuyển động tự nhiên. Khi một vật chịu tác dụng
của một lực, thì nó có thể chuyển động theo những hướng khác
ngoài chuyển động tự nhiên đưa chúng trở lại vị trí tự nhiên của
chúng. Một hòn đá có thể chuyển động theo phương ngang hoặc
thẳng đứng lên cao bằng cách tác dụng một lực theo chiều như
mong muốn. Khi lực ngừng tác dụng, thì chuyển động đó dừng lại.

8
– Vật lí 11

Mô hình giải thích sự chuyển động trên bầu trời thì hơi khác một chút.
Các nhà thiên văn học Hi Lạp biết rằng có hai loại “sao”, các ngôi sao
cố định và các hành tinh (hay kẻ du thực), đồng thời còn có Mặt trời
và Mặt trăng. Những vật thể này dường như không bị chi phối bởi các
quy luật giống như các vật cấu tạo từ những chất khác. Chúng chuyển
động ngang trên bầu trời mà không có lực nào tác dụng lên chúng hết.
Người Hi Lạp xếp chúng vào chất thứ năm trong bảng danh mục vật
chất của họ. Mọi vật thể thuộc nguyên tố thứ năm được xem là hoàn
hảo. Mặt trăng, chẳng hạn, được cho là một quả cầu hoàn hảo. Mô
hình của Aristotle giả sử rằng tồn tại những quả cầu hoàn hảo, trong
suốt, không nhìn thấy, nâng đỡ cho các thiên thể.
Sau này, khi Ptolemy (87–150) phát triển mô hình vũ trụ địa tâm của
ông, ông đã sử dụng quan điểm này làm nền tảng và mở rộng nó để
đưa vào các vòng nội luân và ngoại luân nhằm giải thích vì sao các
hành tinh thường chuyển động giật lùi. Một chuyển động tròn thôi chỉ
có thể giải thích sự chuyển động của Mặt trời và Mặt trăng.

Đối với các nền văn hóa châu Âu, hai mô hình của Aristotle thành
công đến mức gần như trong 2000 năm, người ta chấp nhận chúng mà
chẳng nghi vấn gì. Chúng vẫn có thể được chấp nhận cho đến khi bị
thách thức bởi mô hình mang tính cách mạng của Copernicus (1473–
1543) và những khám phá của Galileo Galilei (1564–1642).

Galileo và Phương pháp khảo sát khoa học
Năm 1609, sử dụng một chiếc kính thiên văn nguyên thủy (xem Hình
1.2), Galileo đã quan sát thấy bề mặt của mặt trăng lốm đốm những
ngọn núi, các miệng hố, và các thung lũng; Mộc tinh thì có bốn vệ
tinh riêng; Thổ tinh thì có vành; thiên hà của chúng ta (Dải Ngân hà)
thì gồm nhiều ngôi sao hơn con số trước đây người ta tưởng tượng ra;
và Kim tinh, giống như Mặt trăng vậy, có các pha của nó. Dựa trên
những quan sát của mình, Galileo cảm thấy ông có thể thừa nhận một
giả thuyết mang tính cách mạng – một giả thuyết đã được phát triển
bởi một nhà thiên văn học người Ba Lan tên là Nicolaus Copernicus –
cho rằng Trái đất, cùng các hành tinh khác trong Hệ Mặt trời, thật sự
quay xung quanh Mặt trời.
Cái mà những người Hi Lạp không làm được là kiểm tra các giảng
giải dựa trên các mô hình của họ. Khi Galileo quan sát các vật rơi,
ông để ý thấy chúng dường như chẳng rơi ở những tốc độ khác nhau
gì nhiều. Galileo đã chế tạo ra một thiết bị dùng để đo tốc độ của các
vật rơi, ông đã làm các thí nghiệm, và phân tích các kết quả. Cái ông
tìm thấy là mọi vật về căn bản rơi ở tốc độ như nhau hết. Tại sao
những người Hi Lạp không nhận thấy điều này? Khá đơn giản thôi,
khái niệm kiểm tra các mô hình của họ bằng cách làm thực nghiệm
chẳng phải là cái được họ cho là hợp lí, hay có lẽ nó không xảy ra với
họ.

Sử dụng các tài nguyên điện tử hoặc
in ấn, hãy nghiên cứu một bài báo
hiện đại hoặc một bài báo lịch sử
trình bày một số phương diện của vật
lí học. Tóm tắt bài báo đó thành hai
hoặc ba đoạn, chú ý vì sao bạn nghĩ
chủ đề đó là quan trọng. Hãy cung
cấp càng nhiều thông tin về nguồn
gốc của bài báo càng tốt.


LIÊN HỆ NGÔN NGỮ

Thậm chí ngày nay, thuật ngữ
nguyên tố thứ năm vẫn có ý nghĩa
chỉ địa vị cao nhất của sự tồn tại.
Bạn hãy sử dụng thuật ngữ này, ở
dạng danh từ hoặc tính từ của nó, để
mô tả một sự kiện quan trọng hay
một người quan trọng trong cuộc đời
của bạn.




• Nghĩ thử xem
Một khúc gỗ nửa chìm nửa nổi trên một
hồ nước. Khúc gỗ đó hiển nhiên là bằng
gỗ, một chất liệu rõ ràng đã phát triển
từ nguyên tố “đất”, và là một chất rắn

khá đậm đặc giống như các vật thể bằng
đất khác. Nếu bạn là một người Hi Lạp
cổ đại tin vào Vũ trụ quan Aristotle,
làm thế nào bạn có thể giải thích vì sao
khúc gỗ lại nổi bồng bềnh chứ không
chìm xuống như các hòn đá hay những
vật thể bằng đất khác?

9
– Vật lí 11

Hình 1.2 Chiếc kính thiên văn mà qua nó,
Galileo lần đầu tiên quan sát các vệ tinh của sao
Mộc và thiên thể khác trong hệ mặt trời của
chúng ta.







Aristotle có đúng không?
Có phải các vật nặng thì rơi nhanh hơn các
vật nhẹ? Hãy thả rơi đồng thời một cái tẩy
chì và một tờ giấy từ mức cao ngang mắt
xuống sàn. Cái nào chạm đất trước? Có cái
gì trong sự chuyển động của tờ giấy khiến
bạn nghĩ rằng đây không phải là một thử
nghiệm tốt hay không? Giờ thì hãy vo tròn

tờ giấy lại thành một quả cầu nhỏ và lặp lại
thí nghiệm trên. Có sự khác biệt đáng kể
nào về thời gian cần thiết để chúng chạm
xuống sàn nhà hay không? Hãy mô tả các
biến cố mà bạn đã cố gắng thử nghiệm.


Kể từ thời kì Galileo, các nhà khoa học trên khắp thế giới
đã nghiên cứu các vấn đề theo một kiểu có tổ chức, thông
qua quan sát, thực nghiệm có hệ thống, và thận trọng phân
tích các kết quả. Từ những phân tích này, các nhà khoa
học đưa ra các kết luận, cái sau đó họ đem ra khảo sát lần
nữa để đảm bảo tính đúng đắn của chúng.
Khi bạn dõi theo khóa học này, hãy luôn ghi nhớ trong
đầu những quan niệm sau đây về các lí thuyết, các mô
hình và các quan sát. Hãy sử dụng chúng để kích thích tư
duy của bạn, và nêu nghi vấn về những quan niệm hiện
nay.
Nghĩ về Khoa học, Công nghệ
Xã hội và Môi trường
Vào giữa thế kỉ thứ 20, sự tiến bộ khoa học có những
bước tiến rất nhanh lẹ. Sự có mặt của những nhân vật như
Albert Einstein đã mang lại cho khoa học nói chung, vật lí
học nói riêng, một hơi hướng gần như thần bí. Vật lí học
thường xuyên chứng kiến một nghiên cứu thuần túy tách
rời khỏi thế giới “thực tế”. Trái với hình ảnh đó, khoa học
ngày nay được xem là một bộ phận của thế giới và có
trách nhiệm ngang ngửa, hoặc thậm chí còn lớn hơn, đối
với thế giới so với bất kì dạng nỗ lực nào khác. Mọi thứ
khoa học nghiên cứu có sự tác động lâu dài đối với thế

giới. Một phần của khóa học này là tìm hiểu mối quan hệ
cộng sinh tồn tại giữa khoa học, công nghệ, xã hội và môi
trường (STSE).
Đối với nhiều người, khoa học và công nghệ hầu như là
một và là cái giống nhau. Chẳng gì phải nghi ngờ rằng
chúng có quan hệ rất mật thiết với nhau. Những khám phá
mới trong khoa học rất nhanh chóng được công nghệ đuổi
kịp, và ngược lại. Thí dụ, từng được xem là một khám phá
tinh xảo nhưng chẳng thực tiễn của vật lí học, laser là một
thí dụ kinh điển của sự không thể tách rời của khoa học,
công nghệ, xã hội và môi trường. Sự liên quan của laser
trong cuộc sống của chúng ta hầu như là một sự xuất hiện
hàng ngày. Công nghệ đã nhanh chóng trau chuốt và cải
tiến sự hoạt động của nó. Ngày nay, laser được sử dụng
rộng khắp. Các máy quét hàng ở siêu thị, dụng cụ trắc địa,
thiết bị truyền thông, ảnh nổi ba chiều, máy cắt kim loại,
công cụ phẫu thuật, và bút trỏ laser đơn giản chỉ là một
vài thí dụ của những đổi mới mà công nghệ đã tìm ra cho
laser. Rõ ràng không thể nào tách rời tầm quan trọng của
khoa học và công nghệ ra khỏi xã hội. Hình 1.3 ở trang
sau trình bày chỉ một vài trong số nhiều ứng dụng của vật
lí học trong thế giới ngày nay.
10
– Vật lí 11

Hình 1.3 Một số ứng dụng của các khám phá vật lí

Phẫu thuật mắt bằng laser là một trong nhiều ứng dụng mà
công nghệ đã tìm ra cho laser.

ĐÔI NÉT LỊCH SỬ

Các mô hình của Aristotle đã được sử dụng
để giải thích bản chất của sự rơi trong hàng
thế kỉ. Theo Aristotle, vì một hòn đá lớn thì
có nhiều chất “đất” hơn một hòn đá nhỏ,
cho nên nó có khuynh hướng quay lại đất
lớn hơn. Khuynh hướng này làm cho hòn
đá to cân nặng hơn và vì thế nó phải rơi
nhanh hơn hòn đá nhỏ. Đây là một áp dụng
kinh điển của một mô hình để giải thích
một hiện tượng. Tuy nhiên, chẳng có gì bất
ngờ với bạn khi biết rằng vì mô hình đó là
sai lầm, cho nên sự giải thích dựa trên mô
hình đó cũng là sai lầm.
Thường thì những phát triển giống nhau
vừa có những tác động tích cực lẫn tiêu
cực. Nhu cầu năng lượng không ngừng
tăng lên của xã hội chúng ta đã thúc ép môi
trường của chúng ta đến những giới hạn
của nó. Xã hội, trong khi đòi hỏi năng
lượng ngày một nhiều hơn, còn đồng thời
đòi hỏi khoa học và công nghệ phải tìm ra
các nguồn năng lượng thay thế. Điều này
dẫn tới sự phát triển kĩ thuật hạt nhân, mặt
trời, gió, nước, địa nhiệt, và nhiên liệu hóa
thạch làm nguồn năng lượng. Mối quan hệ
của xã hội và môi trường với khoa học và
công nghệ giống như là một con dao hai
lưỡi.

Vật lí học nghiên cứu các tính chất nhiệt của vật liệu cùng các tiến bộ công nghệ trong lĩnh
vực thiết kế cấu trúc kết hợp nhau đã mang lại những ngôi nhà hiệu quả năng lượng, làm giảm
đáng kể nhu cầu đốt nhiên liệu của chúng ta.
11
– Vật lí 11

“Chiếc đàn ghita” nhỏ xíu này (kích cỡ chừng
bằng một tế bào hồng cầu) được chế tạo bằng
công nghệ nano. Công nghệ này sẽ giúp các
nhà khoa học khảo sát các quá trình mà nhờ
đó các nguyên tử và phân tử có thể được sử
dụng riêng lẻ làm những viên gạch cấu trúc
dưới hiển vi.



Các cải tiến công nghệ đã mang lại khả năng
đưa ngày một nhiều máy vi tính và máy tính
ngày một mạnh hơn vào trong một không
gian ngày một nhỏ hơn.


Xe lai chạy bằng điện và xăng có thể cắt giảm
đáng kể sự phát thải các chất gây ô nhiễm. Xe
hơi chế tạo từ vật liệu composite carbon thì
nhẹ hơn và bền hơn xe hơi chế tạo từ vật liệu
truyền thống. Hệ thống đánh lửa và hệ thống

nhiên liệu do máy tính điều khiển làm tăng
thêm hiệu suất của động cơ. Toàn bộ những
yếu tố này có thể hỗ trợ cho việc bảo vệ môi
trường.


Công nghệ đã chạm tới những mặt trần tục
nhất trong cuộc sống của chúng ta. Các lớp
Teflon
TM
dày cỡ micro trên lưỡi dao cạo
khiến chúng trượt đi nhẹ nhàng hơn trên bề
mặt da.

12
– Vật lí 11


Tư duy khoa học
Kiến thức bắt đầu với những quan sát và sự
hiếu kì. Các nhà khoa học tổ chức tư duy
của họ bằng cách sử dụng các quan sát, các
mô hình, và các lí thuyết, như tóm tắt dưới
đây.
Lí thuyết
Một lí thuyết là một tập hợp các ý tưởng,
được nhiều nhà khoa học công nhận, phù
hợp với nhau để giải thích một hiện tượng
tự nhiên đặc biệt nào đó. Các lí thuyết mới
thường phát sinh từ những lí thuyết cũ,

mang lại những cái nhìn mới mẻ, đôi khi
thay đổi triệt để, về vũ trụ. Một thí dụ như
vậy, vẫn đang trong quá trình phát triển, là
GUT, hay Lí thuyết Thống nhất Lớn, đang
được nhiều nhà nghiên cứu thuộc nhiều
lĩnh vực vật lí khác nhau ngày đêm tìm
kiếm. Thông qua GUT, các nhà vật lí hi
vọng một ngày nào đó có thể mô tả mọi
hiện tượng vật lí trong vũ trụ bằng cách sử
dụng cùng những bộ quy luật giống nhau.
Mô hình
Mô hình là sự biểu diễn của hiện tượng, và
có thể có nhiều dạng thức khác nhau, bao
gồm một danh sách các quy tắc, các nét vẽ
bút chì trên một mảnh giấy, một vật thể có
thể thao tác được, hoặc một công thức toán
học. Một quan sát có thể được giải thích
bằng nhiều mô hình; tuy nhiên, trong đa số
trường hợp, một loại mô hình nào đó có
hiệu quả hơn những loại khác.
Quan sát
Một quan sát là thông tin thu thập bằng
cách sử dụng một hoặc nhiều trong năm
giác quan của chúng ta. Các quan sát có thể
mang lại nhiều sự giải thích, vì những
người tham gia cùng một sự kiện thường
tường thuật những thứ khác nhau. Phải mất
hàng trăm quan sát về một hiện tượng nào
đó mới phát triển được một lí thuyết. Có
hai loại quan sát có thể thực hiện. Thứ nhất

là quan sát định tính, tức là mô tả bằng lời
Hình 1.4 Chắc hẳn bạn đã từng nghe nói đến thuyết tương đối đặc
biệt của Einstein. Một phần của lí thuyết trên phát biểu rằng tốc độ
ánh sáng, c, là cái duy nhất trong vũ trụ là hằng số. Mọi số đo khác
là mang tính tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu của nhà quan
sát. Công thức (mô hình) nổi tiếng của lí thuyết trên là E = mc
2
.

Hình 1.5 “Mô hình tấm cao su” này thường được sử dụng để mô tả
quan niệm của Albert Einstein về không gian cong. Mô hình cho
thấy một khối lượng ở giữa có thể làm cho không gian xung quanh
khối lượng đó cong đi.

Hình 1.6 Các quan sát có thể là định lượng hoặc định tính. Người
đi xe đạp có thể xác định tốc độ của cô ta bằng cách áp dụng mô
hình toán học, v = ∆d/∆t, cho số liệu khoảng cách và thời gian có
thể quan sát được của cô ta.

13
– Vật lí 11
thôi: “Một cái lông chim đang rơi từ từ
xuống đất”. Thứ hai là quan sát định
lượng, tức là sử dụng các con số và đơn vị
đo: “Hòn đá rơi với tốc độ 2 m/s”.



Các nghề vật lí
Mục tiêu kĩ năng

• Khởi động và lên kế hoạch
• Tiến hành nghiên cứu

Khi bạn đọc phần giới
thiệu này, thế giới trước
mắt bạn, từ các chu kì
tự nhiên của thời tiết
cho đến các linh kiện
viễn thông công nghệ
cao, đều hoạt động trên
các nguyên lí cơ bản
của vật lí học. Phạm vi
bao quát của vật lí học
có thể diễn đạt thành
một danh sách rất dài
gồm các nghề nghiệp
có liên quan đến nghiên
cứu vật lí. Thí dụ, bạn
có thích đến ngồi trong
rạp hát không? Kiến
thức về sự hoạt động
của các loại đèn là cái
không thể thiếu đối với
các kĩ thuật thắp sáng
phức tạp trong các rạp
hát ngày nay. Bạn có
phải là một nhạc sĩ
không? Bạn có thể thu
được những hiệu ứng
âm nhạc tốt hơn bằng

cách hiểu rõ hơn về bản
chất của âm thanh. Hãy nghiên cứu biểu đồ ở bên, lưu ý đến những cơ hội nghề nghiệp thuộc
lĩnh vực vật lí học sử dụng phần nhiều kiến thức và kĩ năng mà bạn học được trong khóa học
này. Hãy xem xét một hoặc nhiều nghề có thể khiến bạn bị cuốn hút, và bắt đầu tìm hiểu
14
– Vật lí 11

những yêu cầu giáo dục để đạt tới mục tiêu nghề nghiệp đó. Những người thành công và hạnh
phúc nhất trong con đường sự nghiệp là những người thật sự yêu thích công việc của mình,
chứ không phải vì công việc đó họ làm tốt, bạn hãy ghi nhớ điều đó khi lựa chọn các cơ hội
nghề nghiệp cho bản thân mình.





1.
Công nghệ nano là gì? Hãy trích dẫn những thí dụ đặc biệt cho thấy công nghệ
này có thể ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta như thế nào.
2.
Bạn định nghĩa vật lí như thế nào?
3.
Vì sao các nhà khoa học sử dụng phương pháp khảo sát khoa học để nghiên
cứu các vấn đề?
4.
Sự khác biệt giữa một mô hình, một lí thuyết và một quan sát là gì? Mỗi khái
niệm có tầm quan trọng như thế nào?
5.
Mô tả sự khác biệt giữa sự quan sát định tính và quan sát định lượng. Cho thí dụ
cho mỗi trường hợp.

15
– Vật lí 11






Các kĩ năng giải quyết vấn đề thật quan trọng trong cuộc sống hàng
ngày, ở trường học, và tại nơi làm việc. Một số vấn đề, thí dụ như
quyết định xem nên đi bộ hay đi xe đạp, thì dễ giải quyết hơn
những vấn đề khác. Tuy nhiên, trong mỗi trường hợp, bạn hãy phát
triển một quá trình giúp bạn đưa ra quyết định của mình. Trong vật
lí học, việc tìm hiểu rõ một khái niệm thì quan trọng hơn là việc
đơn giản chỉ làm toán; vì thế đòi hỏi sự sáng tạo và linh hoạt. Khi
bạn áp dụng các chiến lược giải quyết vấn đề trình bày trong quyển
sách giáo khoa này, hãy nhớ rằng câu trả lời của bạn cho bất kì một
câu hỏi nào luôn kém quan trọng hơn sự lí giải mà bạn sử dụng.

Hình 1.7 Cờ vua là một trò chơi chiến thuật phức tạp. Chiến thắng luôn thuộc về
người nào có khả năng hình dung trò chơi sẽ diễn tiến như thế nào trong vài
bước đi tiếp sau đó.
Tổ chức vấn đề
Tổ chức vấn đề là một phương pháp thiết lập các thông số (các
ranh giới quan trọng) và tổ chức chúng theo một kiểu thích hợp
nhất cho một vấn đề đặc biệt nào đó. Hiếm khi nào chỉ có duy nhất
một phương pháp để tổ chức một vấn đề, và bạn làm như thế nào là
tùy thuộc vào mỗi tình huống cụ thể; bạn phải xác định xem
phương pháp nào là tốt nhất đối với bạn, và đối với mỗi vấn đề.
Thường thì việc tổ chức vấn đề sẽ giúp cho lời giải trở thành hiển

nhiên đối với bạn.
Tổ chức vấn đề, cho dù đó là một câu hỏi vật lí hay một vấn đề nội
trợ tiêu biểu, là một quá trình sáng tạo và có hệ thống được thiết kế
để làm sáng tỏ cái đã biết, cái hạn chế tồn tại, và mục tiêu cuối
cùng là gì. Đa số mọi người đều có một phương pháp tổ chức
thông tin ưa thích của mình. Thông thường, phương pháp sử dụng
để tổ chức thông tin là đề tài đặc biệt hơn sở thích cá nhân.

Từ khóa
• tổ chức vấn đề
Mục tiêu
• Lựa chọn và sử dụng
thích hợp các mode
biểu diễn dạng số,
dạng kí hiệu, dạng
biểu bảng và dạng lí
giải để truyền đạt
thông tin khoa học.
• Phân tích và tổng hợp
thông tin trong quá
trình phát triển các kĩ
năng giải quyết vấn
đề.

16
– Vật lí 11


Hình 1.9 Tổ chức vấn đề và phát triển các
chiến lược giải là có thể áp dụng cho mọi

loại vấn đề.



Hình 1.8 Ghi nhận các mode tổ chức mà bạn ưa thích sẽ giúp bạn phát triển các chiến
lược giải quyết vấn đề của mình.


Ví dụ 1: Tổ chức dữ liệu bằng văn bản
Bạn có thể biểu diễn quá trình tư duy của mình dưới dạng các câu hỏi.
Theo cách này, bạn đã tổ chức vấn đề bằng cách đưa ra các câu hỏi chủ chốt trong thời gian
mà bạn có. Lời giải của bạn phải phù hợp với những thông số này.

Một vấn đề điển hình
Một người bạn gọi đến cho bạn lúc 6 giờ
tối hôm thứ ba và hỏi bạn có muốn cùng
hai người bạn khác nữa tham gia vào một
cuộc chơi hai tiếng rưỡi đồng hồ, để chơi
một trò mà tất cả các bạn trong nhóm đều
rất thích. Bạn của bạn lên kế hoạch bắt đầu
lúc 7 giờ tối. Bạn biết mình còn có hai bài
tập về nhà phải hoàn thành trước ngày hôm
sau. Trước khi cho câu trả lời, bạn cần phải
quyết định xem bạn có đủ thời gian để
hoàn thành bài tập ở nhà và đi ra ngoài
chơi hay không. Bạn cũng cần phải dành
ưu tiên cho cảm giác của mình về những
lợi ích của việc ra ngoài chơi.
Kịch bản này được tổ chức bằng sơ đồ, sử
dụng những chiến lược khác nhau. Khi bạn

khảo sát chúng, hãy xét đến tính hiệu quả
của chúng. Hãy phát triển những chiến
lược riêng của bạn để tổ chức vấn đề, và
thiết lập các thông số hoạt động tốt nhất
đối với bạn.
(a) Văn bản viết
Tôi thích chơi trò chơi. Đó là một sự nghỉ
ngơi thú vị, nhưng tôi còn có hai bài tập
phải làm xong trước sáng ngày mai. Bạn
của tôi dự tính chơi trò chơi trong bao lâu
chứ? Hai tiếng rưỡi đồng hồ cơ. Bài tập ở
nhà của tôi cần bao nhiêu thời gian chứ?
Vật lí: ba mươi phút. Toán: chẳng có bài
tập nào cho đêm nay. Tiếng Anh: 30 phút.
Tôi phải có mặt ở nhà lúc 11 giờ tối.
(b) Danh sách liệt kê
• Trò chơi đang diễn ra
17
– Vật lí 11
• Vui, và mang lại sự thư giãn
• Làm bài tập ở nhà
• Ba mươi phút làm bài tập Vật lí
• Ba mươi phút làm bài tập Tiếng
Anh
• Hai tiếng rưỡi đồng hồ
• Có mặt ở nhà lúc 11 giờ tối

Ví dụ 2. Tổ chức dữ liệu bằng sơ đồ
Bạn tổ chức vấn đề bằng cách phác thảo sơ đồ (a) và vạch ra các thông số (b). Đáp án của bạn
phải phù hợp với những thông số này.

(a) Sơ đồ dạng cây

(b) Sơ đồ thời gian


18
– Vật lí 11

Các bài toán mẫu
Trong suốt tài liệu này, bạn sẽ bắt gặp một đặc điểm gọi là Bài toán Mẫu. Mỗi một bài toán
mẫu trình bày một vấn đề vật lí đặc biệt nào đó và lời giải của nó. Các bài toán mẫu tuân theo
phương pháp từng bước giải, giống hệt như bài toán mẫu dưới đây. Hãy làm quen với những
bước giải này và tích hợp chúng vào ngân hàng chiến lược giải quyết vấn đề của riêng bạn.
Trong tài liệu này, sau các bài toán mẫu là các bài tập giúp bạn rèn luyện các kĩ năng của mình.
Hãy trả lời các câu hỏi này tại cuối phần Ôn tập chương.


Nêu một vấn đề.
Tổ chức vấn đề
Phần này mô tả vấn đề và xác định các
thông số của lời giải. Hãy xét các phát biểu
đưa ra trong phần này thật thận trọng.
Nhận dạng mục tiêu
Thu hẹp sự chú ý của bạn và xác định mục
tiêu chính xác.
Các biến số
Có liên quan trong vấn đề
Liệt kê các biến đã đề cập trong phần tổ
chức vấn đề.
Đã biết

Liệt kê các biến mà thông tin đã biết rõ
hoặc đã có gợi ý.
Chưa biết
Liệt kê các biến chưa biết và phải đi tìm
trong lời giải.
Chiến lược
Mô tả từng bước các phép tính toán học có
liên quan.
Tính toán
Sử dụng các dữ liệu bạn tích góp được để
hoàn thành lời giải. Tối giản các đơn vị cần
thiết trong câu trả lời cuối cùng của bạn.
Một phát biểu kết luận xác thực rằng mục
tiêu đã được hoàn tất. Số chữ số có nghĩa
trong đáp án phải khớp với số chữ số có
nghĩa trong đề bài.
Xác thực
Phần này cung cấp cơ hội làm sáng tỏ các
bước dùng trong tính toán ra đáp án. Việc
xác thực đáp án giúp khắc phục sai số và
sai sót trong suy luận.
Gợi ý bài toán
Thường thì bạn sẽ tìm thấy các gợi
ý có trong bài toán mẫu. Các gợi ý
được thiết kế nhằm chỉ dẫn các
chiến lược giúp bạn định hướng
thành công một loại vật chất đặc
biệt nào đó.

Tốc độ trung bình
Một sinh viên chạy được 15 km trong 1,5 h. Tốc độ trung bình của người sinh viên đó là bao
nhiêu?
Tổ chức vấn đề
19
– Vật lí 11
• Người sinh viên có thể dừng lại nghỉ mệt hoặc không, nhưng thuật ngữ trung bình gợi
ý rằng cần xét đến tổng thời
gian và tổng quãng đường.
• Tốc độ có đơn vị là quãng
đường/thời gian.
• Sử dụng thông tin quãng
đường/thời gian để giúp xây
dựng một công thức cho tốc
độ (hoặc xác nhận công thức
bạn nhớ trong đầu là chính
xác).
• Tổng quãng đường/tổng thời
gian sẽ cho tốc độ trung bình.
Nhận dạng mục tiêu
Tốc độ trung bình, v
tb
.
Các biến và hằng số
Có liên quan trong bài toán
∆d
v
tb
∆t

Đã biết
∆d = 15 km
∆t = 1,5 h
Chưa biết
v
tb

Chiến lược
Sử dụng công thức tốc độ trung bình
Thay các giá trị đã biết và giải.

Tính toán
tb
d
v
t
∆
=
∆

(
)
( )
15 km
10 km/h
1,5 h
tb
v = =
Vậy người sinh viên đó chạy với tốc độ trung bình 10 km/h
Xác thực

Giá trị tốc độ cho theo quãng đường (km) trên thời gian (h) là đúng.

Gợi ý

Hãy đảm bảo nhận ra số chữ số có nghĩa
cho trong câu hỏi khi chúng biến thiên từ
câu hỏi này sang câu hỏi khác. Hãy mang
các chữ số có nghĩa thừa qua các phép tính
trung gian, và sau đó làm tròn đáp số cuối
cùng của bạn đến con số chữ số có nghĩa
thích hợp.


20
– Vật lí 11

Sự thành tựu Vật lí
Biểu đồ Thành tựu bên dưới phân chia bốn danh mục
kiến thức và kĩ năng khoa học sẽ sử dụng trong mọi
khóa học khoa học để ước định và đánh giá sự thành tựu
của bạn. Biểu đồ ấy giúp bạn đánh giá quá trình học tập
của mình, và lên kế hoạch cải tiến chất lượng, với sự hỗ
trợ của thầy cô giáo của bạn.
Trong quyển sách giáo khoa này, bạn sẽ bắt gặp những
vấn đề, những nghiên cứu, những hoạt động, những câu
hỏi nêu cùng với các kí hiệu chung sau đây: Biết/Hiểu
, Khảo sát , Thảo luận , và Liên hệ .
Thí dụ, bạn sẽ bắt gặp những câu hỏi trong quyển sách
này đã được cấu trúc dưới một trong những danh mục
này để cho phép bạn xác định xem bạn có thu được

thành tựu trong mỗi danh mục hay không (một số câu
hỏi có thể dễ dàng xếp vào một danh mục khác; với mỗi
câu hỏi, chúng tôi đã chọn lọc, xếp chúng vào danh mục
phù hợp nhất). Hãy chép lại biểu đồ này trong vở ghi
chép của bạn làm cái nhắc nhở bạn về những yêu cầu
cần đạt trong khóa học này. (Ngoài ra, các vấn đề liên
quan đến tính toán đã được dành riêng cho phần bài tập,
hoặc phần ôn tập chương, ôn tập bài, câu hỏi gợi mở).





Logo này cho biết nơi có thể sử dụng ổ cắm điện tử
là một phần của thao tác thực hành.




Học liệu điện tử gồm các mô phỏng, các hình động
và video clip giúp bạn học tốt hơn.

Bảng 1.1
Biểu đồ thành tựu
Biết và hiểu Khảo sát Thảo luận Liên hệ
Hiểu các khái
niệm, các nguyên
lí, các định luật
và các lí thuyết.
Biết các thực tế

và thuật ngữ.
Chuyển đổi các
khái niệm sang
ngữ cảnh mới.
Hiểu mối liên hệ
giữa các khái
niệm.
Áp dụng các kĩ năng
và chiến lược khảo
sát khoa học.
Áp dụng các kĩ năng
và thao tác kĩ thuật.
Sử dụng các công
cụ, thiết bị và chất
liệu.
Thảo luận các
thông tin và các ý
tưởng.
Sử dụng các thuật
ngữ khoa học, các
kí hiệu, các quy
ước và các đơn vị
chuẩn (SI).
Thảo luận trước
những người nghe
và những mục đích
khác nhau.
Sử dụng các dạng
thảo luận đa dạng.
Sử dụng công nghệ

thông tin cho các
mục đích khoa học.
Hiểu mối quan hệ
giữa khoa học, công
nghệ, xã hội và môi
trường.
Phân tích các vấn đề
xã hội và kinh tế liên
quan đến khoa học và
công nghệ.
Đánh giá các tác
động của khoa học và
công nghệ đối với
môi trường.
Đề xuất các khóa
thực tập liên quan
đến các vấn đề có
nguồn gốc khoa học
và công nghệ.
21
– Vật lí 11
Cuối mỗi bài học, bạn sẽ có cơ hội củng cố các khái niệm và kĩ năng mà bạn vừa học qua việc
hoàn thành một nghiên cứu, một vấn đề, hoặc một dự án. Trong mỗi bài học, một trong những
logo dưới đây sẽ nhắc nhở bạn về nhiệm vụ phải làm ở cuối bài học đó. Các ý kiến được cung
cấp dưới mỗi logo để giúp bạn chuẩn bị và lên kế hoạch cho công việc. Việc đánh giá công
việc của bạn đối với mỗi nhiệm vụ ở cuối bài học, giống như mọi sự đánh giá khác trong khóa
học này, sẽ dựa trên biểu đồ thành tựu ở Bảng 1.1.

Kiểm tra Vật lí sẽ cho phép bạn hợp nhất các khái niệm và kĩ năng mà bạn học được từ mỗi
đơn vị bài học. Công việc đánh giá cao nhất này sẽ phát triển trong năm, nhưng hoàn tất lúc

cuối khóa học. Logo kiểm tra sẽ xuất hiện trong bài học, gợi ý bạn liên hệ những khái niệm và
kĩ năng đặc biệt nào đó cho nhiệm vụ cuối khóa của bạn. Các bài học trong quyển sách này
trông có vẻ chẳng liên quan gì với nhau. Tuy nhiên, khi nghiên cứu cấu trúc bài kiểm tra, bạn
sẽ thấy một số tương tác hấp dẫn giữa nhiều khái niệm. Một lần nữa, hãy sử dụng Biểu đồ
Thành tựu ở Bảng 1.1 làm chỉ dẫn cho việc đánh giá công việc của bạn.




1.
Giải thích vì sao giải quyết vấn đề là một quá trình sáng tạo. Phát biểu tầm quan
trọng của việc tổ chức vấn đề.
2.
Phản ánh về kịch bản trò chơi đã nêu trong bài. Phương pháp tổ chức nào phù
hợp nhất với quá trình tư duy mà bạn dùng để giải quyết cùng một vấn đề đó?
3.
Phát triển một kĩ thuật tổ chức vấn đề khác cho bài toán trò chơi đã nêu. Chia sẻ
mô hình của bạn với cả lớp.
4.
Bạn được mời làm nhân viên bán hàng bán thời gian vào những ngày cuối tuần.
Tuy nhiên, bạn xác định tiếp tục theo đuổi học vấn sau khi tốt nghiệp phổ thông và
muốn dành thêm thời gian cho việc học tập. Bạn có nên nhận việc làm đó không? Hãy
tổ chức vấn đề để giúp bạn quyết định.
22
– Vật lí 11

5.
Một người bạn hỏi bạn rằng nước nóng có đông đặc nhanh hơn nước lạnh hay
không. Hãy tổ chức vấn đề đó.
6.

Một người bạn khác nói với bạn rằng các nhà du hành vũ trụ không có trọng
lượng khi họ bay vòng quanh Trái đất. Bạn biết điều này là không chính xác. Hãy tổ
chức vấn đề để giúp bác bỏ quan niệm sai lầm trên.

23
– Vật lí 11








Việc phân tích một hiện tượng thế giới “thực”, như cái bạn sẽ làm
trong khóa học này, đòi hỏi khả năng thực hiện các phép đo – từ rất
nhỏ cho đến rất lớn. Nó cũng đòi hỏi bạn có thể hình dung dữ liệu
theo những cách khác nhau, và để xác định xem những mô hình
hiện nay có thể tiên đoán các sự kiện thực tế chính xác như thế
nào. Trong phần này, bạn sẽ làm hai thí nghiệm cho bạn cơ hội bắt
đầu có kinh nghiệm với việc đo lường những sự kiện thực tế và
phân tích dữ liệu phát sinh trong những thí nghiệm đó.
Trong nghiên cứu thứ nhất, bạn sẽ thiết kế thí nghiệm của riêng
mình để khảo sát các biến xác định tốc độ đong đưa của một con
lắc. Trong nghiên cứu thứ hai, bạn sẽ so sánh các kết quả thí
nghiệm của mình từ nghiên cứu thứ nhất với một mô hình hiện có
tiên đoán tốc độ đong đưa của con lắc bị chi phối như thế nào. Sau
đó, bạn sẽ có cơ hội thực hành sử dụng một số công cụ toán học
của một nhà vật lí, so sánh dữ liệu của bạn với những tiên đoán của
một mô hình toán học.

Trước khi bạn tiến hành các nghiên cứu ở hai trang sau, hãy suy
nghĩ về chuyển động của cái xích đu, giống như cái trong Hình
1.10. Suy nghĩ xem bạn có thể áp dụng các thuật ngữ nhiếp ảnh
cho chuyển động của đứa trẻ hay không.

Hình 1.10 Cái xích đu là một thí dụ hay của chuyển động tuần hoàn.
Thời gian cần thiết để hoàn thành một dao động được gọi là chu
kì
.
Chu kì = khoảng thời gian / 1 vòng chuyển động
Đơn vị SI cho chu kì, T, là giây (s).
Từ khóa
• Chu kì
• Tần số
• Sai số phần trăm
• Độ lệch phần trăm
Mục tiêu
• Lựa chọn và sử dụng
thiết bị thích hợp để
thu thập dữ liệu khoa
học.
• Thiết kế và tiến hành
thí nghiệm điều khiển
các biến chính.
• Nêu giả thuyết, tiên
đoán và kiểm tra các
hiện tượng dựa trên
các mô hình khoa học.

24

– Vật lí 11

Số dao động trong một khoảng thời gian đặc biệt được gọi là
tần
số
.
f = số dao động / khoảng thời gian
Đơn vị SI cho tần số, f, là 1/s hay Hertz (Hz).

25
– Vật lí 11













Những chiếc đồng hồ cổ không chỉ đơn thuần là vật giữ nhịp thời gian, mà chúng còn là
những tác phẩm nghệ thuật. Một chi tiết quan trọng của chiếc đồng hồ cổ là một con lắc lộng
lẫy hoa văn đong đưa tới lui.
Bài toán
Phần 1: Những yếu tố nào ảnh hưởng đến chu kì dao động của một con lắc?
Phần 2: So sánh các kết quả của bạn với các tiên đoán của bạn.

Giả thuyết
Hãy xây dựng một giả thuyết liệt kê các biến sẽ ảnh hưởng đến chu kì dao động của
một con lắc. Dự đoán xem mỗi biến sẽ ảnh hưởng như thế nào đến chu kì dao động.
Thiết bị
Các quả nặng (50 g đến 100 g)
Dây (1 m)
Đồng hồ đếm giờ
Giá đỡ
Thao tác
1. Với một người hỗ trợ, hãy thiết kế một thí nghiệm xác định các biến sẽ ảnh hưởng
đến chu kì dao động của một con lắc. Nghiên cứu tối thiểu là ba biến.
2. Đưa ra các thao tác từng bước một.
3. Dự đoán và ghi lại ảnh hưởng của mỗi biến, và có dự đoán riêng của thầy giáo của
bạn.
4. Tuân thủ các quy định an toàn của trường bạn, hãy tiến hành thí nghiệm và ghi lại
các quan sát của bạn.