Lý thuyết Vật lý 10 bài 1: Khái quát về môn Vật Lý CTST

1. Đối tượng - Mục tiêu - Phương pháp nghiên cứu Vật lý

b. Mục tiêu của Vật lí 

- Theo các Từ điển bách khoa về Khoa học:

• 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.
• Đến thời điểm hiện nay, tuy Vật lí chưa đạt tới mục tiêu này, nhưng các định luật vật li được tìm ra đã và đang không chỉ giúp loài người giải thích mà còn tiên đoán được rất nhiều hiện tượng tự nhiên. Việc vận dụng các định luật này rất đa dạng, phong phú và có ý nghĩa thiết thực trong đời sống và nghiên cứu khoa học.
• Học tập môn Vật lí giúp học sinh hiểu được các quy luật của tự nhiên, vận dụng kiến thức vào cuộc sống, từ đó hình thành các năng lực khoa học và công nghệ. Những người có năng khiếu và đam mê có thể học tiếp lên các bậc cao hơn để trở thành các nhà khoa học trong lĩnh vực Vật lí.

c. Phương pháp nghiên cứu của Vật lí

- Phương pháp nghiên cứu của Khoa học nói chung và Vật lí nói riêng được hình thành qua các thời kì phát triển của nền văn minh nhân loại, bao gồm hai phương pháp chính: phương pháp thực nghiệm và phương pháp lí thuyết

- Phương pháp thực nghiệm

• Thí nghiệm về sự rơi của vật được thực hiện bởi Galileo Galilei (Ga-li-lê-ô Ga-li-lê) tại đỉnh tháp nghiêng Pisa cao 57 m (nước Ý) là một ví dụ minh hoạ cho phương pháp thực nghiệm. Tại đây, Galileo Galilei đã thả rơi hai vật có khối lượng khác nhau (nhưng cùng hình dạng). Kết quả cho thấy hai vật rơi và chạm đất cùng lúc. 
• Nhờ kết quả từ thí nghiệm này, Galileo Galilei đã bác bỏ được nhận định của Aristotle (A-ri-xtốt) (384 trước CN - 322 trước CN) (một triết học gia lỗi lạc thời Hy Lạp cổ đại) cho rằng việc vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ là bản chất tự nhiên của các vật.
• Ở cấp Trung học cơ sở, các em đã có cơ hội thực hành một số thí nghiệm trong môn Khoa học tự nhiên. Đây chính là các trường hợp đơn giản của phương pháp thực nghiệm trong Vật lí.

- Phương pháp lí thuyết

• Trong quá trình nghiên cứu khoa học, việc hình thành các giả thuyết khoa học là vô cùng quan trọng. Lí thuyết vật lí được xây dựng dựa trên các quan sát ban đầu và trực giác của các nhà vật lí, trong nhiều trường hợp có tính định hướng và dàn dit cho thực nghiệm kiểm chứng. Một ví dụ cụ thể cho phương pháp lí thuyết trong Vật lí là công trình dự đoán sự tồn tại của Hải Vương tinh trong hệ Mặt Trời (Hình 1.4), được thực hiện độc lập bởi các nhà vật lí Johann Gottfried Galle (Gio-han Gót-pho-rai Ga-lo) (1812-1910), Urbain Jean Joseph Le Verrier (O-ban Giên Gio-sép Lo Va-ri-e) (1811 - 1877) và John Couch Adams (Giôn Cốp A-đam-xơ) (1819 – 1892) vào thế kỉ XIX.
• Hải Vương tình không thể quan sát được bằng kính thiên văn một cách thuần tuý vào thời đại đó. Việc phát hiện ra Hải Vương tỉnh là nhờ các nhà thiên văn học tiến hành phân tích các dữ liệu liên quan đến chuyển động của Thiên Vương tỉnh, họ nhận thấy vị trí của Thiên Vương tinh bị nhiễu loạn khi quan sát vị trí của nó, Thiên Vương tinh không ở đúng vị trí mà các phương trình toán học nghiên cứu chuyển động tiên đoán.

- Vào giai đoạn đó, có nhiều giả thuyết về sự không chính xác vị trí của Thiên Vương tinh, một số người còn cho là định luật hấp dẫn của Newton (Niu-tơn) (1643 - 1727) không còn đúng ở khoảng cách quá xa so với Mặt Trời. 

- Vấn đề quỹ đạo của Thiên Vương tỉnh đã khiến các nhà thiên văn học bắt đầu nghĩ có một hành tinh khác xa hơn, có thể ảnh hưởng đến chuyển động của Thiên Vương tinh. Nhà thiên văn học người Pháp Urbain Le Verrier sử dụng toán học để xác định hành tinh bí ẩn này, và cho ra kết quả vào tháng 6 năm 1845. Nhà thiên văn học người Anh John Couch Adams cũng làm việc trên lí thuyết này cho ra một kết quả tương tự. Giả thuyết về một hành tinh khác ở gần Thiên Vương tinh được sử dụng và qua tính toán, các nhà thiên văn học định hướng được vị trí quan sát trên bầu trời để xác định hành tinh này. Lí thuyết này đã có thành công rực rỡ vào ngày 23 tháng 9 năm 1946, Galle đã sử dụng các tính toán của Le Verrier để tìm ra Hài Vượng tinh, chỉ lệch 1° so với các tính toán của Le Verrier. Hành tinh này cũng được xác định lệch 12° so với các tính toán của Adams.

- Việc hình thành lí thuyết dẫn dắt các thực nghiệm kiểm chứng phụ thuộc rất nhiều yếu tố, các dữ liệu quan sát ban đầu, trực giác của nhà khoa học, sự hoàn thiện của công cụ toán học, tính toán tỉ mỉ,... Sự chuẩn xác của lí thuyết luôn phải được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Chỉ cần một kết quả thực nghiệm không phù hợp với lí thuyết thì lí thuyết đó hoàn toàn bị bác bỏ, các nhà khoa học lại tiếp tục hành trình xây dựng lại giả thuyết và lí thuyết mới phù hợp với thực nghiệm. Đó là con đường nghiên cứu khoa học.