VẬT LÍ ỨNG DỤNG – Biên soạnTHẦY LÊ DỖN ĐẠT Vật lí học mơn khoa học thực nghiệm, mơn khoa học có nhiều ứng dụng thực tế nhất, học vật lí phải gắn liền với việc tìm hiểu ứng dụng nắm kiến thức Trong kì thi THPT Quốc gia có nhiều câu hỏi ứng dụng mơn học, thầy nghiên cứu gửi đến học sinh 12B4 nói riêng, học sinh ơn thi THPT quốc gia nói chung ứng dụng mơn chương trình vật lí 12, giúp em vững vàng đạt điểm cao kì thi tới Không thể đầy đủ, mong em thông cảm, chúc em thành công! DAO ĐỘNG CƠ HỌC Ứng dụng: Đo khối lượng vật - Cơ sở: Ứng dụng dao động điều hòa - Chức năng: Tìm khối lượng vật bé hay vật ngồi khơng gian vũ trụ - Cấu tạo hoạt động: Gồm lò xo đầu cố định Ứng dụng: Thiết bị tìm mỏ quặng - Cơ sở: Ứng dụng lắc đơn lắc vật lí - Chức năng: Đo gia tốc trọng trường g, từ ước đốn mật độ khối lượng lớp vỏ Trái Đất, tìm mỏ quặng, phục vụ đời sống người - Cấu tạo hoạt động: Là lắc đơn vật lí, đo chỗ g lớn bình thường tức lớp vỏ Trái Đất nhiều kim loại hơn, g nhỏ bình thường có mỏ dầu hang ngầm,… Ứng dụng: Con lắc đồng hồ - Cơ sở: Ứng dụng dao động trì - Chức năng: Duy trì cho đồng hồ hoạt động - Cấu tạo hoạt động: Bộ phận tích trữ lượng, dây cót, cấu bánh răng, truyền lượng cho lắc, bổ sung phần bị ma sát Ứng dụng: Tần số kế - Cơ sở: Ứng dụng tượng cộng hưởng dao động cưỡng - Chức năng: Dùng để đo tần số dao động âm, lên dây đàn - Cấu tạo hoạt động: Trên ngang người ta có lắp nhiều với chiều dài khác nhau, đưa nguồn dao động vào đầu dò, bị dao động cưỡng với tần số nguồn âm, bị dao động mạnh tức cộng hưởng xảy ra, tần số nguồn âm tần số riêng (đã ghi sẵn) Ứng dụng: Thiết bị giảm xóc cho xe máy - Cơ sở: Ứng dụng dao động tắt dần - Chức năng: Làm tắt nhanh dao động khó chịu khung xe - Cấu tạo hoạt động: Một pitton dao động dầu cực nhớt, dao động bị tắt cực nhanh SÓNG CƠ Ứng dụng: Còi siêu âm - Cơ sở: Ứng dụng sóng siêu âm - Chức năng: Dùng để huấn luyện hay huy động vật nghe - Cấu tạo hoạt động: Một còi thơng thường có độ dài ống thay đổi được, vặn cho âm cao dần tức ống ngắn dần, đến lúc thổi ta không nghe tức siêu âm phát Ứng dụng: Kĩ thuật sonar - Cơ sở: Sử dụng sóng âm mà chủ yếu siêu âm, lợi dụng phản xạ sóng âm - Chức năng: Đo độ sâu biển, lập đồ địa hình đáy biển, tìm cá, tìm xác tàu thuyền, máy bay bị tích, phát tàu ngầm… - Cấu tạo hoạt động Chú ý: khơng sử dụng sóng điện từ sóng điện từ truyền khơng tốt nước, tốc độ lớn dẫn đến độ trễ sóng phát thu bé dẫn đến sai số lớn Ứng dụng: Chẩn đốn hình ảnh Y khoa dùng siêu âm - Cơ sở: Dùng phản xạ sóng siêu âm - Chức năng: Hiển thị hình ảnh phận thể có mơ mềm: Gan, thận, dày,…thai nhi - Cấu tạo hoạt động: Đầu dò phát sóng siêu âm gặp phận thể phản xạ với mức độ khác nhau, đầu thu thu sóng phản xạ, máy tính vẽ lại dựa vào thuật tốn định, hiển thị hình ảnh mơ hình phận Ứng dụng: Cảm biến siêu âm đo khoảng cách - Cơ sở: Dùng phản xạ sóng siêu âm - Chức năng: Đo khoảng cách vật thể cách xa cỡ vài mét (dùng xe hơi, xây dựng dân dụng,…) - Cấu tạo hoạt động: Cơ giống kĩ thuật sonar cần dùng cảm biến nhỏ, đầu phát đầu thu Ứng dụng: Lấy cao siêu âm - Cơ sở: Dùng lượng dao động siêu âm - Chức năng: Làm mảng bán (cao răng) lượng dao động siêu âm, không ồn, không hại nứu - Cấu tạo hoạt động: Cần rung theo phương ngang với tần số siêu âm làm tan mảng bán răng, dòng nước phun từ cần rửa SĨNG ÁNH SÁNG – LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Ứng dụng tia tử ngoại (tia cực tím, tia uv(Ultraviolet) Ứng dụng: Tìm vết nứt bề mặt kim loại - Cơ sở: Dùng tính chất làm phát quang tia tử ngoại - Chức năng: Tìm vết nứt bề mặt sản phẩm kim loại - Cấu tạo hoạt động: Người ta dùng bột ZnS bôi lên bề mặt sản phẩm kim loại, dùng rẻ khô lau sạch, đưa vào chỗ tối, dùng tia tử ngoại chiếu lên bề mặt sản phẩm, có vết nứt vệt sáng màu xanh phát ra, lí bột ZnS bám vào chỗ nứt, tượng quang phát quang Ứng dụng: Chữa bệnh còi xương tia tử ngoại - Cơ sở: Dùng khả kích hoạt phản ứng hóa học tia tử ngoại - Hoạt động: Các chất tiết da người chứa chất gọi tiền vitamin D Trong điều kiện bình thường chất tiền vitamin hoạt hoá tia tử ngoại ánh sáng mặt trời chuyển thành vitamin D3 hấp thu vào máu, giúp thể đảm bảo lượng Vitamin D cần thiết Ứng dụng: Khử trùng tia cực tím - Cơ sở: Dùng khả diệt tế bào tia tử ngoại - Ứng dụng: Khử trùng nước,… - Hoạt động: Chiếu trực tiếp tia tử ngoại vào nước Ứng dụng tia khồng ngoại Ứng dụng: Bếp hồng ngoại, máy sửi hồng ngoại, máy sấy hồng ngoại, lò ấp trứng,… - Cơ sở: Dùng tác dụng nhiệt tác dụng bật tia hồng ngoại - Chức năng: Nấu chín thức ăn, sửi ấm cho người, vật nuôi, ấp trứng,… - Hoạt động: Máy phát tia hồng ngoại Ứng dụng: Điều khiển thiết bị điện tử gia dụng từ xa - Cơ sở: Vì tia hồng ngoại chất sóng điện từ, bước sóng dài, tính chất sóng thể mạnh có nghĩa biến điệu dễ nên dùng để điều khiển từ xa thiết bị điện tử gia dụng - Hoạt động: Tia hồng ngoại mang theo tín hiệu biến điệu phát từ điều khiển để truyền thông tin đến đầu thu đặt thiết bị cần điều khiển: TV, quạt điện, điều hòa,… Ứng dụng tia X Ứng dụng: Chẩn đốn hình ảnh Y khoa - Cơ sở: Khả đâm xuyên tia X, khả tác dụng lên kính ảnh, phim ảnh - Chức năng: Chụp phần cứng: xương, để kiểm tra chấn thương hay lệch lạc gặp phải, từ Bác sĩ đưa phương án giải hợp lí cho người bệnh - Hoạt động: Cho chùm tia X qua thể người, phần xương cản tia X mạnh hơn, phần mô mềm cản nên phim bị đen nhiều Chú ý: Hiện người ta dùng máy chụp X quang đặt vị trí khác nhau, chụp chụp không gian chiều (chụp cắt lớp) Ứng dụng: Kiểm tra hàng hóa phục vụ an ninh sân bay - Cơ sở: Khả đâm xuyên tia X, khả tác dụng lên kính ảnh, phim ảnh - Hoạt động: Những hàng hóa kim loại thị ảnh Ứng dụng: Xạ trị tia X - Cơ sở: Ứng dụng khả ion hóa, diệt tế bào - Chức năng: Diệt tế bào ung thư nơng - Hoạt động: Chiếu tia X có độ cứng (tần số) cao vào vùng tế bào cần diệt Ứng dụng loại quang phổ Quang phổ liên tục: Đo nhiệt độ dùng quang phổ - Cơ sở: Quang phổ liên tục không phụ thuộc vào cấu tạo nguồn phát, phụ thuộc nhiệt độ - Chức năng: Đo nhiệt độ tiếp xúc thiên thể, nhiệt độ kim loại lỏng, lò nấu thủy tinh,… - Hoạt động: So sánh quang phổ liên tục nguồn sáng phát với quang phổ mẫu có sẵn, máy tính tích hợp sẵn nhiệt kế báo nhiệt độ vật Quang phổ vạch: Phép phân tích quang phổ - Cơ sở: Mỗi nguyên tố hóa học có quang phổ vạch (phát xạ hấp thụ) riêng - Chức năng: nhận biết có mặt nguyên tố, định lượng thành phần, em có biết nhờ quang phổ vạch hấp thụ mà người ta tìm Heli mặt trời trước Trái Đất, nên đặt tên theo vị thần Helios vị thần Mặt Trời truyền thuyết Hi Lạp Ứng dụng tượng quang- phát quang Ứng dụng tìm vết nứt bề mặt kim loại (đã nêu) Ứng dụng quang phát quang: Tìm ốc bị lỏng đường sắt - Cơ sở: Đây ứng dụng sinh viên Hàn Quốc kì thi KHKT quốc tế, ứng dụng tượng quang phát quang - Chức năng: Tìm chỗ ốc bị lỏng để siết lại - Hoạt động: Vào ban đêm, chiếu đèn tử ngoại vào vị trí ốc đường ray, ốc phải bơi sẵn chất phát quang vào vị trí tiếp giáp với mặt ray, ánh sáng phát tức ốc bị lỏng, siết lại Ứng dụng huỳnh quang: Bóng đén huỳnh quang (TUYP) - Cơ sở: Hiện tượng quang – phát quang số chất vd: photpho - Chức năng: Làm nguồn sáng - Cấu tạo hoạt động: Dòng điện qua dây tóc tỏa nhiệt kích thích nguyên tử thủy ngân làm thủy ngân phát tia tử ngoại, tia tử ngoại chiếu lên lớp photpho bơi mặt bóng đèn làm photpho phát ánh sáng có bước sóng dài tia tử ngoại miền nhìn thấy, ưu điểm, ánh sáng phát đều, khơng tạo bóng đen cho vật thể (Xem nhiều bóng xếp thành hàng, bóng bổ trợ bóng kia), hiệu suất chiếu sáng cao bóng đèn dây tóc Ứng dụng lân quang: Nhìn thấy đêm (dạ quang) - Cơ sở: Dựa kéo dài ánh sáng phát quang ánh sáng kích thích - Chức năng: Kim đồng hồ, cơng tắc điện, đồ chơi,… - Hoạt động: Vào ban ngày ánh sáng kích thích ánh sáng mặt trời chiếu vào, thân vật phát ánh sáng lân quang, ta không thấy ánh sáng mặt trời át đi, đến đêm ánh sáng phát kéo dài Ứng dụng tượng quang điện Cổng quang điện (cổng hồng ngoại) - Cơ sở: Hiện tượng quang điện - Chức năng: Trong thí nghiệm vật lí liên quan đến vật chuyển động: rơi tự do, chu kì lắc đơn, chuyển động thẳng đều,… - Cấu tạo hoạt động: Có dạng chữ U, bên phát tia hồng ngoại chiếu đến bên kia, có tia hồng ngoại, chất bán dẫn nhánh bên dẫn điện thông mạch, vật chạy qua cổng, tia hồng ngoại bị ngắt, dòng điện thay đổi (yếu đi) có tín hiệu báo trung tâm xử lí lưu lại Pin mặt trời - Cơ sở: Hiện tượng quang điện - Chức năng: Biến trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng, dùng cho vệ tinh, xe tự hành, dân dụng - Cấu tạo hoạt động: Ánh sáng mặt trời chiếu vào chất bán dẫn tạo thành cặp electron – lỗ trống, dùng chế đặc biệt bắt lấy electron tạo cực âm, cực lại cực dương Cảm biến ánh sáng - Cơ sở: Là ứng dụng tượng quang điện trong, photon giải phóng electron liên kết thành electron dẫn - Chức năng: Đóng ngắt đèn đường, đèn ngủ tự động, đồ chơi (bưng cốc lên nhạc phát ra,…) - Hoạt động: cường độ ánh sáng chiếu tới cao điện trở chất bán dẫn giảm mật độ hạt tải điện tăng, làm thông mạch công tắc Ứng dụng laze Đo khoảng cách tia laze - Cơ sở: Tính định hướng cao, lượng lớn, phản xạ tia laze - Chức năng: Đo khoảng cách lớn cỡ vài mét (khơng dùng sóng âm) - Hoạt động: Tia laze phát từ máy đo, chiếu đến vật bị phản xạ trở máy đo, đo thời gian chênh lệch tính khoảng cách Phẩu thuật dao laze - Cơ sở: Năng lượng lớn, định hướng cao tia laze - Chức năng: Cắt mô mềm - Hoạt động: Chiếu tia laze vào tế bào làm nước tế bào bốc hơi, tế bào bị phá hủy, mơ bị cắt, việc mổ xác, vết thương bé chóng lành Vũ khí laze - Cơ sở: Năng lượng lớn, định hướng cao - Chức năng: Chiến đấu, phá hủy vệ tinh, thiên thạch,… - Hoạt động: Chùm laze cực lớn lên vật phá hủy vật Máy thủy bình - Cơ sở: Tính định hướng cao laze - Chức năng: Lấy mặt ngang, phương đứng xây dựng, - Hoạt động: Trong máy có phát tia laze định hướng Khoan, cắt, kim loại xác laze - Laze làm kim loại nóng lên hóa lỏng Súng bắn tốc độ laze - Cơ sở: nguyên tắc cần dùng sóng điện từ theo hiệu ứng Dopple, dùng laze có ưu điểm tính định hướng - Ứng dụng: Đo tốc độ vật thể, ví dụ dùng cho cảnh sát giao thơng - Hoạt động: Súng phát tia laze có tần số định chiếu vào vật thể, gặp vật tia laze bị phản xạ truyền tới đầu thu súng, nhờ tần số thay đổi mà tốc độ tính Lò vi sóng - Là ứng dụng sóng điện từ - Sóng vi ba loại sóng điện từ có bước sóng ngắn, truyền vào thực phẩm làm phân tử nước dao động cưỡng tác dụng lực điện trường sóng, phân tử nước dao động ma sát với tạo n ên nhiệt nấu chín thức ăn, hộp đựng thức ăn khơng nóng khơng có phân tử nước VẬT LÍ HẠT NHÂN Đồng vị phóng xạ, nguyên tử đánh dấu - Chức năng: Dùng để đo thể tích chất lỏng, quan sát dòng chảy, vận hành dòng chất lỏng, trao đổi chất sinh vật - Hoạt động: Dùng đồng vị phóng xạ Xạ trị - Dùng điều trị ung thư sâu Tìm tuổi cổ vật- khống vật - Dựa vào độ phóng xạ hay thành phần phóng xạ, suy ngược lại thời gian hình thành sản phẩm sinh vật hay khoáng vật, suy tuổi hành tinh,… Phản ứng phân hạch - Hiện tượng phân hạch tỏa lượng lớn ứng dụng vào + Có ích cho lồi người: Làm nên lò phản ứng hạt nhân để làm nhà máy điện nguyên tử, làm tàu ngầm nguyên tử, tàu sân bay nguyên tử,… + Hay vào mục đích chiến tranh: Bom nguyên tử, đầu đạn hạt nhân,… Phản ứng nhiệt hạch - Bom nhiệt hạch - Người ta tìm cách khống chế phản ứng nhiệt hạch mang lại nguồn lượng vô tận cho người - Hết - ... thiết Ứng dụng: Khử trùng tia cực tím - Cơ sở: Dùng khả diệt tế bào tia tử ngoại - Ứng dụng: Khử trùng nước,… - Hoạt động: Chiếu trực tiếp tia tử ngoại vào nước Ứng dụng tia khồng ngoại Ứng dụng: ... truyền thuyết Hi Lạp Ứng dụng tượng quang- phát quang Ứng dụng tìm vết nứt bề mặt kim loại (đã nêu) Ứng dụng quang phát quang: Tìm ốc bị lỏng đường sắt - Cơ sở: Đây ứng dụng sinh viên Hàn Quốc... lò ấp trứng,… - Cơ sở: Dùng tác dụng nhiệt tác dụng bật tia hồng ngoại - Chức năng: Nấu chín thức ăn, sửi ấm cho người, vật nuôi, ấp trứng,… - Hoạt động: Máy phát tia hồng ngoại Ứng dụng: Điều