I. Đối tượng nghiên cứu của Vật lí và mục tiêu của môn Vật lí
- Đối tượng nghiên cứu của Vật lí:
+ Vật lí là môn “khoa học tự nhiên” có đối tượng nghiên cứu tập trung vào các dạng vận động của vật chất và năng lượng.
+ Các nhà vật lí nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên khác nhau. Họ xây dựng các mô hình và lý thuyết với mục đích giải thích, dự đoán tương tác giữa chất và năng lượng.
+ Các lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí rất đa dạng, từ Cơ học, Điện học, Điện từ học, Quang học, Âm học, Nhiệt học, Nhiệt động lực học đến Vật lí nguyên tử và hạt nhân, Vật lí lượng tử, Thuyết tương đối.
- Mục tiêu của môn Vật lí: mô tả được quy luật vận động của thế giới vật chất quanh ta; khám phá ra quy luật tổng quát nhất chi phối sự vận động của vật chất và năng lượng, cũng như tương tác giữa chúng ở mọi cấp độ: vi mô, vĩ mô.
Việc học tập môn Vật lí giúp các em hình thành, phát triển năng lực vật lí với các biểu hiện chính sau đây:
+ Có được những kiến thức, kĩ năng cơ bản về vật lí
+ Vận dụng được kiến thức, kĩ năng đã học để khám phá, giải quyết các vấn đề có liên quan trong học tập cũng như trong đời sống.
+ Nhận biết được năng lực, sở trường của bản thân, định hướng nghề nghiệp.
II. Quá trình phát triển của Vật lí
* Từ năm 350 trước Công nguyên đến thế kỉ XVI (tiền Vật lí): Các nhà triết học tìm hiểu thế giới tự nhiên dựa trên quan sát và suy luận chủ quan.
* Từ thế kỉ XVII đến cuối thế kỉ XIX (Vật lí cổ điển): Các nhà vật lí dùng phương pháp thực nghiệm để tìm hiểu thế giới tự nhiên.
* Từ cuối thế kỉ XIX đến nay (Vật lí hiện đại): Các nhà Vật lí tập trung vào các mô hình lí thuyết tìm hiểu thế giới vi mô và sử dụng thí nghiệm để kiểm chứng.
III. Vai trò của vật lí đối với khoa học, kĩ thuật và công nghệ
a) Khoa học
- Vật lí có quan hệ với mọi ngành khoa học và thường được coi là cơ sở của khoa học tự nhiên.
- Các khái niệm, định luật, nguyên lí của vật lí được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của KHTN, đặc biệt là trong việc giải thích cơ chế của các hiện tượng tự nhiên.
- Làm xuất hiện nhiều lĩnh vực liên môn như Vật lí sinh học, Vật lí địa lí, Vật lí thiên văn, Hóa lí, Sinh học, …
b) Kĩ thuật và công nghệ
Vật lí là cơ sở của công nghệ
- 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.
- Nhờ việc khám phá ra hiện tượng cảm ứng điện từ của Faraday mà sau đó các máy phát điện ra đời, mở đầu cho kỉ nguyên sử dụng điện năng của nhân loại, là cơ sở cho sự ra đời của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai vào cuối thế kỉ XIX.
- Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba bắt đầu vào những năm 70 của thế kỉ XX, với đặc trưng là tự động hóa các quá trình sản xuất cũng là nhờ có những thành tựu nghiên cứu về điện tử, chất bán dẫn và vi mạch,…
- Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư được coi là bắt đầu vào thế kỉ XXI với tốc độ phát triển và mức độ ảnh hưởng vượt xa các cuộc cách mạng công nghiệp trước đó. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp này là sử dụng trí tuệ nhân tạo, robot, internet toàn cầu, công nghệ vật liệu siêu nhỏ (nano); là sự xuất hiện các thiết bị thông minh.
c) Ảnh hưởng
- Mọi thiết bị mà con người sử dụng hằng ngày đều ít nhiều gắn với những thành tựu nghiên cứu của Vật lí.
- Việc ứng dụng các thành tựu của Vật lí vào công nghệ không chỉ mang lại lợi ích cho nhân loại mà còn có thể làm ô nhiễm môi trường sống, hủy hoại hệ sinh thái,…nếu không được sử dụng đúng phương pháp, đúng mục đích.
IV. Phương pháp thực nghiệm
- Phương pháp thực nghiệm là phương pháp quan trọng của Vật lí.
- Thí nghiệm về sự rơi của vật được thực hiện bởi Galilei tại đỉnh tháp nghiêng Pisa cao 57m là một ví dụ minh họa cho phương pháp thực nghiệm.
- Sơ đồ minh họa phương pháp nghiên cứu khoa học:
- Phương pháp này được thực hiện theo các tiến trình gồm các bước sau:
+ Bước 1: Xác định vấn đề cần nghiên cứu
+ Bước 2: Quan sát, suy luận, thu thập thông tin
+ Bước 3: Đưa ra dự đoán, hình thành giả thuyết
+ Bước 4: Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết
+ Bước 5: Kết luận
=> Phương pháp thực nghiệm dùng thí nghiệm để phát hiện kết quả mới giúp kiểm chứng, hoàn thiện, bổ sung hay bác bỏ giả thuyết nào đó. Kết quả mới này cần được giải thích bằng lí thuyết đã biết hoặc lí thuyết mới.
V. Phương pháp mô hình
- Đây là phương pháp dùng các mô hình để nghiên cứu, giải thích các tính chất của vật thật, tìm ra cơ chế hoạt động của nó,…
- Một số loại mô hình thường dùng ở THPT:
+ Mô hình vật chất: là các vật thu nhỏ hoặc phóng to của vật thật, có một số đặc điểm giống vật thật.
Ví dụ: quả địa cầu trong tròng thí nghiệm là mô hình vật chất thu nhỏ của Trái Đất.
+ Mô hình lí thuyết: Khi nghiên cứu chuyển động của một ô tô đang chạy trên dườngdài, người ta coi ô tô là một “chất điểm”, khi nghiên cứu về ánh sáng người ta dùng mô hình tia sáng để biểu diễn đường truyền của ánh sáng. Chất điểm, tia sáng nêu tren là các ví dụ về mô hình lý thuyết.
+ Mô hình toán học: đó là các công thức, phương trình, đồ thị, kí hiệu,… của toán học dùng để mô tả các đặc điểm của đối tượng nghiên cứu.
- Các bước cần thiết cho việc xây dựng mọi loại mô hình:
+ Bước 1: Xác định đối tượng cần được mô hình hóa
+ Bước 2: Đưa ra các mô hình khác nhau để thử nghiệm
+ Bước 3: Kiểm tra sự phù hợp của các mô hình với các kết quả cho bởi thí nghiệm, thực tế, lí thuyết
+ Bước 4: Kết luận về mô hình
