Bài mở đầu: Giới thiệu mục đích học tập môn Vật lí

I. Đối tượng nghiên cứu của vật lí học và mục tiêu của môn Vật lí

Đối tượng nghiên cứu của Vật lí gồm: các dạng vận động của vật chất và năng lượng.

Mục tiêu của Vật lí là 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.

Qua học tập môn Vật lí, năng lực vật lí được hình thành, phát triển với các biểu hiện chính sau:

• 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. Vật lí với cuộc sống, khoa học, kĩ thuật và công nghệ

1. Vật lí với cuộc sống

Tri thức vật lí là cơ sở khoa học để chế tạo và giải thích nguyên tắc hoạt động của rất nhiều vật dụng trong cuộc sống.

Tri thức vật lí giúp hiểu cách hoạt động của lò vi sóng và vì sao không được cho vật kim loại vào lò

2. Vật lí với khoa học, kĩ thuật và công nghệ

Vật lí học có quan hệ mật thiết và là nền tảng cho nhiều ngành khoa học, kĩ thuật và công nghệ. Nhiều thành tựu của Vật lí học được ứng dụng rộng rãi, làm tiền đề cho các cuộc cách mạng công nghiệp.

• Vật lí với sự phát triển công nghệ nanô: các đối tượng có kích thước cỡ nanômét, cách kiểm soát năng lượng và chuyển động ở cấp độ nguyên tử đã được nghiên cứu. Từ đó, các nhà vật lí khám phá ra các quá trình mà các nguyên tử và phân tử có thể được sử dụng riêng lẻ để tạo nên những vật dụng siêu nhỏ không thể nhìn thấy bằng mắt thường, hoặc qua hầu hết các kính hiển vi. Những vật dụng siêu nhỏ như vậy đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành khoa học kĩ thuật và thay đổi đáng kể cuộc sống của chúng ta.​

Công nghệ nano trong công nghệ thông tin

• Vật lí với sự phát triển laser và y học: các nhà vật lí đã phát hiện ra tia laser, một loại bức xạ có độ đơn sắc, độ kết hợp và tính định hướng cao. Trong y học, dao mổ bằng tia laser là dụng cụ quan trọng trong phẫu thuật, nó có thể giúp bác sĩ thực hiện những vết mổ rất nhỏ, mau lành và không để lại sẹo trên da.​

Dao mổ laser

• Vật lí với sự phát triển giao thông: công nghệ chế tạo pin và acquy thế hệ mới có thể lưu trữ năng lượng nhiều hơn nhờ những thành tựu nghiên cứu Vật lí lượng tử và Vật lí bán dẫn. Từ đó thúc đẩy ngành sản xuất ô tô điện, các phương tiện giao thông thân thiện với môi trường.​

Ô tô điện do Việt Nam sản xuất

• Vật lí với sự phát triển bền vững: nghiên cứu Vật lí bán dẫn và phát triển các loại vật liệu mới cho phép tạo ra những ngôi nhà sử dụng năng lượng mặt trời, từ đó giảm đáng kể nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường.​

III. Phương pháp nghiên cứu của Vật lí

Sơ đồ minh họa phương pháp nghiên cứu khoa học

IV. Sai số khi đo các đại lượng Vật lí

1. Sai số ngẫu nhiên

Sai số ngẫu nhiên là kết quả của những thay đổi trong các lần đo do các điều kiện thay đổi ngẫu nhiên (thời tiết, độ ẩm, thiết bị,…) gây ra. Sai số ngẫu nhiên có giá trị khác nhau trong các lần đo.

Để giảm sai số ngẫu nhiên, ta thực hiện phép đo nhiều lần.

2. Sai số hệ thống

Sai số hệ thống là sai số có giá trị không đổi trong các lần đo, được tiến hành bằng cùng dụng cụ và phương pháp đo.

Không thể giảm sai số hệ thống bằng cách đo lặp đi lặp lại, mà phải cải tiến dụng cụ hoặc phương pháp đo.

3. Giá trị trung bình

Khi đo n lần cùng một đại lượng A, ta được các giá trị A₁, A₂,…, A_n. Giá trị trung bình được tính là

\(\overline{\Delta A}=\dfrac{\Delta A_1+\Delta A_2+...+\Delta A_n}{n}\)

4. Sai số của phép đo

Giá trị tuyệt đối của hiệu số giữa giá trị trung bình và giá trị của mỗi lần đo được gọi là sai số tuyệt đối ứng với lần đo đó.

\(\Delta A_1=\left|\overline{A}-A_1\right|\); \(\Delta A_2=\left|\overline{A}-A_2\right|\);...;\(\Delta A_n=\left|\overline{A}-A_n\right|\)

Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo:

\(\overline{\Delta A}=\dfrac{\Delta A_1+\Delta A_2+...+\Delta A_n}{n}\)

Sai số tuyệt đối của phép đo là:

\(\Delta A=\overline{\Delta A}+\Delta A'\)

Với \(\Delta A'\) là sai số hệ thống.

• Nếu trong phép đo mà sai số hệ thống chỉ là sai số dụng cụ thì thường lấy bằng nửa độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ đó (ví dụ: thước đo chiều dài, đồng hồ đo thời gian ...)
• Với các dụng cụ đo hiện số và một số loại dụng cụ đo diện, sai số dụng cụ được quy định riêng.

5. Viết kế quả phép đo

Kết quả đo đại lượng A được ghi dưới dạng một khoảng giá trị:

\(\left(\overline{A}-\Delta A\right)\le A\le\left(\overline{A}+\Delta A\right)\) hoặc \(A=\overline{A}\pm\Delta A\)

Chú ý:

- Các chữ số có nghĩa

• Các chữ số khác 0 (VD: 159 có ba chữ số có nghĩa)
• Các chữ số 0 giữa hai chữ số khác 0 (VD: 105 có ba chữ số có nghĩa)
• Chữ số 0 ở bên phải của dấu thập phân và một chữ số khác 0 (VD: 1,80 có ba chữ số có nghĩa).

- Sai số tuyệt dối ∆A thưởng được viết đến một hoặc hai chữ số có nghĩa. Còn giá trị trung bình được viết đến bậc thập phân tương ứng.

6. Sai số tỉ đối

Sai số tỉ đối của phép đo là tỉ lệ phần trăm giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng đo, cho biết mức độ chính xác của phép đo.

\(\delta A=\dfrac{\Delta A}{\overline{A}}.100\%\)

Sai số tỉ đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác

Chú ý:

- Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu bằng tổng sai số tuyệt đối của các số hạng.

Ví dụ: nếu \(\text{H = X + Y – Z}\) thì \(\text{∆H = ∆X + ∆Y + ∆Z}\)

- Sai số tỉ đối của một tích hay thương bằng tổng sai số tỉ đối của các thừa số.

Ví dụ: nếu  \(H=X\dfrac{Y}{Z}\)  thì \(\delta H=\delta X+\delta Y+\delta Z\)