Việc tìm hiểu các khái niệm vật lí đòi hỏi phải tiến hành những quan sát và phân tích thật tốt. Vì thế, quyển sách này cung cấp rất nhiều nghiên cứu tích cực, những Thí nghiệm Nhanh yêu cầu một vài chất liệu để thực hiện, và những hoạt động Thử sức bên lề cũng giống như vậy – những hoạt động không mất nhiều thời gian để thực hiện, nhưng sẽ giúp làm những khái niệm sáng tỏ hơn. Bạn sẽ gặp những thiết kế mẫu sau đây trong suốt tập sách:
1. Khi nào sử dụng độ lệch phần trăm để phân tích dữ liệu? 2. Khi nào sử dụng sai số phần trăm để phân tích dữ liệu?
3. Một nhóm sinh viên khoa học nêu giả thuyết rằng tỉ số những hạt đậu đỏ và những hạt đậu xanh là như nhau trong những gói thực phẩm có cùng nhãn hiệu, cho dù gói đậu đó là lớn hay nhỏ. Kết quả của họ được cho trong Bảng 3.
Bảng 3. Dữ liệu hạt đậu
a) Tính tỉ số hạt đậu đỏ và hạt đậu xanh trong mỗi gói. b) Có khuynh hướng chung nào trong dữ liệu hay không?
c) Có tập hợp dữ liệu nào, trong khi ghi chép, ta không nên xét đến khi đi tìm một khuynh hướng chung hay không? Hãy giải thích.
Vật lí là nghiên cứu mối liên hệ giữa vật chất và năng lượng. Là một quá trình khoa học, vật lí giúp chúng ta mang lại lời giải thích cho những cái chúng ta quan sát thấy. Các nhà vật lí nghiên cứu những hiện tượng đa dạng, từ những hạt hạ nguyên tử, cho đến những cái xảy ra hàng ngày, đến những sự kiện thiên văn học. Giống như mọi khoa học, vật lí là
1. một sự tìm kiếm kiến thức qua quá trình khảo sát;
2. một quá trình khái quát hóa kiến thức đó thành những định luật có khả năng áp dụng cho một ngưỡng rộng các hiện tượng; và
3. một phương tiện để kiểm tra những định luật đó thông qua thực nghiệm.
Các mặt biểu hiện của vật lí học được tìm thấy ở nhiều nghề nghiệp đa dạng. Nghiên cứu kĩ thuật và nghiên cứu hàn lâm có lẽ là cái người ta nghĩ tới trước tiên, nhưng lĩnh vực y khoa, công nghệ, khoa học báo chí, và khoa học máy tính, cũng đòi hỏi kiến thức nền của môn vật lí.
Một lí thuyết là tập hợp những quan điểm thống nhất với nhau để mô tả và dự đoán một hiện tượng tự nhiên đặc biệt nào đó. Những lí thuyết mới thường phát sinh từ những lí thuyết cũ, mang lại những phương pháp mới mẻ, thỉnh thoảng triệt để, để nhìn vào vũ trụ. Giá trị của một lí thuyết được xác định bởi khả năng của nó dự đoán chính xác ngưỡng hiện tượng rộng nhất.
Mô hình là sự miêu tả của một lí thuyết. Các mô hình có thể có những dạng thức khác nhau, bao gồm những công thức toán học, những hình vẽ minh họa, và những mô phỏng vật lí hay mô phỏng trên máy vi tính. Quan sát là thu thập thông tin bằng
cách sử dụng một hoặc nhiều trong số năm giác quan. Các mô hình và lí thuyết đều cố gắng dự đoán các quan sát.
Những thay đổi trong khoa học và công nghệ có thể có những tác động to lớn đối với xã hội của chúng ta và đối với môi trường toàn cầu. Sự hiểu biết vật lí có thể giúp chúng ta ước định một số rủi ro đi cùng với những thay đổi đó, và nhờ đó chỉ dẫn chúng ta trong quá trình đưa ra quyết định của mình. Vì đa số các vấn đề trong thế giới thực thường bao gồm những thành phần kinh tế, chính trị, và xã hội, cho nên việc áp dụng kiến thức khoa học cho những vấn đề đó có thể giúp bạn tách rời thực tế với viễn tưởng.
Là một kĩ năng học tập, giải quyết vấn đề là một quá trình tư duy đặc trưng cho từng người chúng ta và cho từng vấn đề. Một số kĩ thuật giải quyết vấn đề đã được lập mô hình trong chương này, mỗi kĩ thuật minh họa sự tư duy khái niệm có liên quan trong khuôn khổ những thông số mà đáp án phải thỏa mãn.
Sự thiết kế thí nghiệm đòi hỏi kiến thức rõ ràng về giả thuyết được kiểm tra. Hễ khi nào bạn thiết kế những thí nghiệm của riêng mình, thách thức của bạn là phải đảm bảo rằng mỗi lần chỉ có một biến được kiểm tra. Số thử
nghiệm mà bạn thực hiện tùy thuộc vào những kết quả đó. Thực hiện đủ số thử nghiệm khi có một khuynh hướng rõ ràng trong dữ liệu. Nếu, trong những phân tích của bạn, một khuynh
hướng rõ ràng là không hiển hiện, thì bạn nên thu thập nhiều dữ liệu hơn nữa. Tham khảo Bộ Kĩ năng ở cuối quyển sách này sẽ giúp bạn phân tích dữ liệu tốt hơn.
Kiến thức và Hiểu
1. Mô tả xem công nghệ nano là sản phẩm của sự khảo sát khoa học và công nghệ như thế nào.
2. Mô tả ngắn gọn những yếu tố có liên quan trong nghiên cứu vật lí.
3. Mô tả xem làm thế nào hoạt động Hộp Đen có thể dùng để giải thích quá trình khảo sát khoa học.
4. Phát biểu một định nghĩa của sự khảo sát khoa học. 5. Ai là người đầu tiên trình bày khái niệm công nghệ nano?
6. Auan sát nào khiến Aristotle cho rằng các hành tinh và Mặt trăng cấu tạo từ chất liệu khác với Trái đất?
7. Tại sao Galileo có thể quan sát những ngọn núi và miệng hố trên Mặt trăng, và bốn vệ tinh đang quay xung quanh Mộc tinh?
Khảo sát
8. Trong lúc thưởng ngoạn trăng sao cùng bạn bè, bạn quan sát thấy một ánh sáng kì lạ trên bầu trời. Danh sách quan sát dưới đây liệt kê những thông tin do bạn và bạn bè thu thập được:
Ánh sáng đi từ đỉnh ngọn đồi mờ xa ở hướng đông sang tòa tháp TV ở đó nằm phía hướng tây.
Khi ánh sáng di chuyển, dường như nó là là phía trên mặt đất.
Khi đi từ đông sang tây, ánh sáng thật sự sáng lên rồi sau đó mờ đi trở lại. Mất 3 giây để ánh sáng đi từ ngọn đồi đến tháp TV. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nó đi từ điểm này sang điểm kia ở tốc độ không đổi, và sau đó dừng lại tức thì. Nguồn phát ra ánh sáng này là gì? Hãy tổ chức vấn đề bằng hai phương pháp khác nhau; đưa vào những dữ liệu đã cung cấp và bất cứ thông tin nào mà bạn cảm thấy là có liên quan. Bạn không nhất thiết phải đi tới đáp án cuối cùng.
Thảo luận
9. Định nghĩa sự khảo sát khoa học.
10.Hãy nêu hai câu hỏi đặc biệt mà bạn muốn được trả lời qua khóa học vật lí này. Hãy lật xem đơn vị bài học nào có chứa câu trả lời.
11.Mô tả ngắn gọn mục đích của một lí thuyết, một mô hình và một quan sát. 12.Mô tả xem vật lí học đã tiến triển như thế nào và sẽ tiếp tục tiến triển ra sao.
13.Tham khảo Bảng 1.1. Cung cấp một hoạt động (thí dụ, kiểm tra, thí nghiệm, thuyết trình, tranh luận) cho phép bạn thể hiện tốt nhất sở trường của mình trong mỗi trường hợp (Kiến thức và Hiểu; Khảo sát; Thảo luận; và Liên hệ).
Liên hệ
14.Có lí thuyết hoặc mô hình khoa học nào mà bạn tin rằng cuối cùng sẽ tỏ ra không đúng không? Hãy giải thích.
15.Đọc qua Bài kiểm tra cuối khóa ở những trang cuối của tập sách. Liệt kê một danh sách gồm những chủ đề mà tin rằng sẽ thích hợp là một nghiên cứu độc lập cho hoạt động này.
Bài tập vận dụng
16.Một học sinh tiến hành một thí nghiệm để xác định khối lượng riêng của một chất liệu chưa biết. Hãy sử dụng dữ liệu thu thập từ hai phép thử để tính ra sai số phần trăm trong phép đo khối lượng riêng đó.
Thử lần 1 19,6 g/mL Thử lần 2 19,1 g/mL
17.Một học sinh quyết định so sánh giá trị gia tốc trọng trường lí thuyết tại địa điểm chỗ cô (g = 9,808 m/s2) với số liệu thí nghiệm mà cô thu thập bằng một thiết bị rất nhạy. Cô tiến hành 15 lần thử và sau đó tính trung bình các kết quả, tìm được g = 9,811 m/s2.
(a) Hãy tính độ lệch phần trăm trong tính toán của cô học trò. (b) Độ lệch phần trăm đó có hợp lí không? Hãy giải thích. 18.Dưới đây là số liệu thu thập trong một thí nghiệm.
Tham khảo Bộ Kĩ năng 4 và thực hiện những yêu cầu sau: (a) Tìm giá trị trung bình của số liệu.
(b) Tìm trung vị của số liệu. (c) Tìm mode của số liệu.