BÀI 2
GIỚI THIỆU CÁC LĨNH
VỰC NGHIÊN CỨU TRONG
VẬT LÍ HỌC
(CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ 10 KNTT)

Các lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí học
I

Vật lí thiên văn và vũ trụ học

II
III

Vật lí hạt cơ bản và năng lượng
cao
Vật lí nano

IV

Vật lí laser

V

Vật lí bán dẫn

VI

Vật lí y sinh

I

VẬT LÍ THIÊN VĂN VÀ VŨ
TRỤ HỌC

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Thiên văn học đã có lịch sử hàng ngàn năm. Từ thời cổ đại,
con người đã quan sát bầu trời và xây dựng lên những mô
hình đầu tiên của vũ trụ.

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Thiên văn học đã có
lịch sử hàng ngàn
năm. Từ thời cổ đại,
con người đã quan sát
bầu trời và xây dựng
lên những mô hình đầu
tiên của vũ trụ.

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC
Từ thế kỉ XVI, sáng chế kính thiên
văn phản xạ của Newton, cùng với
nghiên cứu phân tích ánh sáng
thành một chuỗi các vạch quang
phổ của ông đã đặt nền móng cho
quang phổ học, một phương pháp
quan trọng để nghiên cứu các thiên
thể.

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Ngày nay, thiên văn học là
một phần của vật lí học. Mục
tiêu của nó là tìm hiểu quá
trình hình thành và phát triển
của vũ trụ.

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Lí thuyết vụ nổ lớn (Vụ nổ nguyên thủy) là một
trong các lí thuyết của vật lí hiện đại về giai
đoạn sơ khai của sự hình thành vũ trụ. Theo lí
thuyết này thì vũ trụ của chúng ta khởi thủy
nhỏ, đặc và nóng. Vũ nổ lớn xảy ra, vũ trụ
không ngừng dãn nở. Căn cứ vào các số đo về
vận tốc bay của các thiên hà và các chuẩn
tinh, có thể suy ra vũ trụ đã hình thành cách
đây 14 tỉ năm.

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC
Trong mấy thập kỉ gần đây đã có rất nhiều phát kiến lớn nhờ sử dụng các kính
viễn vọng đặt trên mặt đất hoặc trong không gian. Chúng ta có thể quan sát
được khoảng cách xa từ 12 tỉ đến 13 tỉ năm ánh sáng, bao quát đến 90% vũ trụ
để nghiên cứu được các thời kì sao bốc cháy, hay sự hình thành của những vì
sao mới.

Kính thiên văn vô

Kính viễn vọng không gian Hbble
được phóng lên vũ trụ năm 1990

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC
Ngày 12/4/1961, tàu vũ
trụ Vostok chở theo nhà
du

hành

Gagarin

được

phóng từ sân bay vũ trụ
Baikonuor
đã

mở

ở

đầu

Kazakhstan
kỉ

nguyên

chinh phục không gian.

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC
Ngày

20/07/1969

(21/07

theo giờ GMT): Apollo 11
đưa

Neil

Armstrong

và

Edwin Aldrin lên Mặt Trăng.
Armstrong trở thành người
đầu tiên đặt chân lên vệ
tinh tự nhiên của Trái đất.

Lá cờ Mỹ được cắm trên Mặt
Trăng đánh dấu sự chinh
phục.

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Từ năm 1975 - 1976, NASA khởi động dự án Viking để chụp ảnh và
tìm kiếm sự sống trên sao Hỏa. Hai tàu vũ trụ Viking 1 và 2 đã hạ
cánh thành công xuống bề mặt sao Hỏa. Hầu hết dữ liệu về sao Hỏa
đều do Viking cung cấp.

Tàu quỹ đạo và đổ bộ
Viking 1

Ảnh chụp bề mặt sao
Hỏa

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Trạm vũ trụ quốc tế là sự
hợp tác của năm cơ quan
không
Kỳ), RKA

gian: NASA
(Nga)

(Hoa
, JAXA

(Nhật Bản), CSA (Canada)
và 10 trong 17 nước thành
viên của ESA (châu Âu)

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Ngày 14/7/2015, New Horizons trở thành phi thuyền đầu tiên bay
ngang và gửi về Trái đất hình ảnh rõ nhất về sao Diêm Vương. Sự kiện
này đưa Mỹ trở thành nước đầu tiên đưa tàu vũ trụ tới mọi hành tinh.

Sao Diêm Vương
trong một ảnh
do tàu New
Horizons chụp.
Tàu vũ trụ New
Horizons

I

VẬT LÝ THIÊN VĂN VÀ VỤ TRỤ
HỌC

Ngày 3/1/2019, tàu Hằng
Nga 4 của Trung Quốc đã
trở thành tàu vũ trụ đầu
tiên hạ cánh thành công
xuống vùng tối của Mặt
trăng, đánh dấu bước tiến
lớn của Trung Quốc trên
con đường chinh phục vũ
trụ.

HƯỚNG NGHIÊN
CỨU
Thiên văn: Nghiên cứu các thiên
thể và các hiện tượng tự nhiên có
nguồn gốc ngoài Trái Đất. Thông
qua bức xạ phát ra từ các thiên
thể trong các dải phổ điện từ, các
tính chất của chúng sẽ được xác
định như: độ sáng, khối lượng
riêng, nhiệt độ và thành phần
hóa học, từ đó có thể xây dựng
mô hình lí thuyết về sự hình
thành và vòng đời của các thiên
thể trong vũ trụ.

Tiểu hành tinh tiếp cận
trái đất ngày 1/9/2020

HƯỚNG NGHIÊN
CỨU
Công nghệ vệ tinh: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, vận hành vệ tinh
đưa vào không gian để phục vụ truyền hình, thông tin liên lạc,...

HƯỚNG NGHIÊN
CỨU
Viễn thám: Đo đạc, thu thập, nghiên cứu,
xử lí thông tin các đối tượng trên bề mặt
Trái Đất và khí quyển thông qua các ảnh
chụp từ vệ tinh trong phạm vu rộng lớn
như: tác động của biến đổi khí hậu và
nước biển dâng; quản lí đất đai, theo dõi
mùa vụ, đánh giá biến động của rừng, dự
báo thời tiết, giám sát và đánh giá thiên
tai, bão lũ, sạt lở đất đá và an ninh quốc
phòng.

II

VẬT LÍ HẠT CƠ BẢN VÀ
NĂNG LƯỢNG CAO

Thảo luận
nhóm

Hãy nêu đối tượng
nghiên cứu của vật lí
hạt cơ bản và năng
lượng cao?

VẬT
II LÍ HẠT CƠ BẢN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO
Đối tượng nghiên
cứu

Vật lí hạt nghiên cứu về các hạt sơ cấp chứa trong
vật chất và những tương tác giữa chúng.

Ảnh minh họa hạt
Quark

Máy gia tốc hạt của Trung tâm
Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu

VẬT
II LÍ HẠT CƠ BẢN VÀ NĂNG LƯỢNG CAO
Ngành vật lí hạt nhân phát triển

Tạo ra năng lượng hạt nhân áp dụng trong nhiều lĩnh vực: sản xuất
điện, chụp hình cộng hưởng từ, cấy ion trong kĩ thuật vật liệu, bức xạ
carbon để xác định tuổi địa chất học và khảo cổ học

Thảo luận
nhóm

Mô tả một số ví dụ về
ứng dụng của vật lí hạt
nhân.

Ứng dụng
Khai thác năng lượng của quá trình phân rã hạt
nhân trong các lò phản ứng hạt nhân để sản xuất
điện

Ứng dụng
Những kiến thức về Vật lí hạt nhân được ứng dụng rộng
rãi trong cộng nghệ chuẩn đoán và điều trị bệnh, đặc
biệt là bệnh ung thư.

Máy chụp cắt lớp
bằng phát xạ

Máy chụp cắt lớp bằng
bằng bức xạ đơn

Ứng dụng
Những kiến thức về Vật lí hạt nhân được ứng dụng rộng
rãi trong cộng nghệ chuẩn đoán và điều trị bệnh, đặc
biệt là bệnh ung thư.

Máy gia tốc tuyến
tính

Máy xạ trị proton

Điều trị ung thư

Ứng dụng
Trong nông nghiệp: Chiếu xạ hạt giống để cải tạo giống
cây trồng

Tạo đột biến cải thiện giống cây

Ứng dụng
Trong công nghiệp: sử dụng chiếu xạ hạt nhân để kiểm
định chất lượng sản phẩm, kiểm tra mối hàn, đo mật độ
mà không phá hủy mẫu vật.

Chụp X-quang công nghiệp kiểm tra kết
cấu mặt đường

Phân tích thành phần nguyên tố trong xi
măng

Phát hiện khiếm khuyết vật liệu

Ứng dụng
Trong thực phẩm: Chiếu xạ để diệt vi sinh vật, phá hủy
cấu trúc DNA giúp trái cây được bảo quản lâu hơn ở
điều kiện bình thường.

Chiếu xạ giúp trái cây được bảo quản
lâu hơn

Ứng dụng

Sử dụng phóng xạ môi trường kết hợp
với kỹ thuật đánh dấu phóng xạ để
nghiên cứu diễn biến các quá trình sa
bồi, bồi lấp, xói mòn và rò rỉ

Trong địa chất và khảo cổ
học

Nghiên cứu cổ
vật

III

VẬT LÍ NANO

II VẬT LÍ NANO
I
Vật liệu nano có cấu trúc các hạt, các sợi, ống, hay các tấm
mỏng… có kích thước rất nhỏ từ 1 – 100 nanomét (nm). Ở
kích thước nano, vật liệu có tính chất điện, tính chất từ, tính
chất quang và các tính chất hóa học khác hẳn với tính chất
của chúng tại các kích cỡ lớn hơn.

Thảo luận
nhóm

Hãy nêu đối tượng nghiên
cứu của vật lí nano?

Đối tượng nghiên cứu của Vật lí
nano
Nghiên cứu về các hiện tượng và tác động vào vật
liệu ở các quy mô nguyên tử, phân tử, xác định các
đặc tính vật lí của vật liệu trong phạm vi kích thước
nano..

Ống nano carbon được tạo thành bằng
việc uốn cong một vật liệu graphene

Thảo luận
nhóm

Nêu một số ví dụ về ứng
dụng của công nghệ nano
trong đời sống.

Ứng dụng
Trong y –sinh học, các hóa chất và dược phẩm kích thước
cỡ nano khi đưa vào cơ thể, giúp can thiệp ở quy mô
phân tử hay tế bào dùng để hỗ trợ chuẩn đoán bệnh,
dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư, …

Ứng dụng
Trong sản xuất năng lượng, sử dụng các vật liệu nano
chế tạo các loại pin, tụ điện làm tăng tính hiệu quả dữ
trữ điện năng hoặc tạo ra vật liệu siêu dẫn.

Pin mặt trời

Ứng dụng nam châm siêu dẫn

Ứng dụng
Chế tạo các linh kiện điện tử với tốc độ xử lí rất nhanh,
các thiết bị lưu trữ thông tin cực nhỏ, sử dụng để chế
tạo ra các thế hệ máy tính nano, màn hình máy tính,
điện thoại.

Các linh kiện điện tử nano với tốc độ xử lý

Ứng dụng
Các vật liệu nano giúp tạo ra các vật liệu siêu
nhẹ, siêu bền được sử dụng để sản xuất các thiết
bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ, …

Ứng dụng các tấm vật liệu graphene trong sản xuất

Ứng dụng
Các hạt nano bạc trong sản xuất vải có khả năng tiêu
diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo, chế
tạo các màng lọc có cấu tạo lỗ rỗng và kích thước siêu
nhỏ dùng lọc nước nhằm loại bỏ tạp chất, vi khuẩn và
bụi bẩn trong nước,...

IV

VẬT LÍ LASER

I
V

VẬT LÍ LAZE

I
V

VẬT LÍ LAZE

Laser là nguồn sáng thu được nhờ sự khuếch đại
ánh sáng bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt các
phần tử của một môi trường vật chất.

I
V

VẬT LÍ LAZE

Laser cho phép tập trung năng lượng rất lớn, đồng thời nó có
tính chất đơn sắc và định hướng cao nên có thể chiếu xạ mà
không bị phân tán hay tán xạ khi truyền qua mặt phân cách
giữa các môi trường.

Ứng dụng của
laser
Trong lĩnh vực công nghiệp chế tạo, laser được sử
dụng để cắt kim loại.

Ứng dụng của
laser
Trong lĩnh vực y học laser được sử dụng như một dao mổ để
phẫu thuật. Kĩ thuật phẫu thuật này giảm thời gian hồi phục và
biến chứng sau phẫu thuật. Bệnh nhân sẽ ít phải chịu đau đớn
hơn so với phẫu thuật bằng dao mổ truyền thống.

Ứng dụng của
laser
Trong lĩnh vực viễn thông để
truyền tin tức. Các thiết bị viễn
thông laser có kích thước nhỏ
gọn, nhẹ và tiêu thụ ít năng
lượng, dải song truyền tin của
laser lớn hơn so với truyền tin
bằng song điện từ nên truyền
được nhiều kênh thông tin hơn
so với các hệ thống vô tuyến.

Ứng dụng của
laser
Sử dụng tia laser trong
nghiên cứu vũ trụ như: đo
những khoảng cách cực
lớn; xác định vị trí của các
vật thể trong vũ trụ; theo
dõi, điều khiển và liên lạc
với các tàu vũ trụ.

v

VẬT LÍ BÁN DẪN