Giải Chuyên đề Vật lí 10 Chân trời sáng tạo trang 22
Haylamdo biên soạn và sưu tầm lời Giải Chuyên đề Vật lí 10 trang 22 trong Bài 2: Giới thiệu một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí sách Chân trời sáng tạo. Với lời giải hay , chi tiết hy vọng sẽ giúp các học sinh dễ dàng nắm được cách làm bài tập Chuyên đề Lí 10.
Chuyên đề Vật lí 10 trang 22 Chân trời sáng tạo
Luyện tập trang 22 Chuyên đề Vật lí 10: Trình bày ngắn gọn hiểu biết của em về hiện tượng siêu dẫn.
Lời giải:
– “Siêu dẫn” là “hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hiệu ứng Meissner)”. Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử. Trạng thái vật chất này không nên nhầm với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển, ví dụ từ thủy động lực học.
– Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động của môi trường ngoài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curie). Từ trường bị đẩy ra khỏi vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp là trạng thái không thuận nghịch.
– Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0 K điện trở của kim loại sạch đều rất bé.
– Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.
– Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:
+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.
+ Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.
Vận dụng trang 22 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu và trình bày sơ lược về máy tính lượng tử được chế tạo bởi Google vào năm 2019 và Trung Quốc vào năm 2021
Lời giải:
Máy tính lượng tử (Quantum Computing) tận dụng những hiện tượng cơ học của hạt lượng tử để tạo ra các đối tượng truyền tải dữ liệu, thông tin cực nhanh. Máy có năng lực tính toán gấp cả tỉ lần so với máy tính mạnh nhất hiện nay.
- Vào năm 2019, Google đã khiến cả thế giới phải giật mình khi sử dụng công nghệ lượng tử để giải quyết một vấn đề trong 3 phút 20 giây, trong khi một máy tính thông thường cần đến 10.000 năm. Với tốc độ này, máy tính lượng tử sẽ dễ dàng bẻ khóa mọi mật mã hiện nay. Các nhà công nghệ trên khắp thế giới đang sử dụng các máy điện toán lượng tử để nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như tài chính, quân sự, điều chế thuốc, năng lượng hạt nhân, trí tuệ nhân tạo (AI), hàng không vũ trụ. Quốc gia nào sản xuất máy tính lượng tử hoạt động hiệu quả sẽ có lợi thế chính về kinh tế, quốc phòng và an ninh mạng, theo trang tin Axios.
- Bà Laura Thomas, cựu nhân viên CIA và giám đốc mảng giải pháp an ninh quốc gia của Công ty máy tính lượng tử ColdQuanta, cho biết: "Mỹ đang đi trước trong nhiều lĩnh vực điện toán lượng tử và chúng tôi có rất nhiều tài năng. Tuy nhiên, Trung Quốc đang bắt kịp để thu hẹp khoảng cách đó rất nhanh chóng". Trong khi các công ty Mỹ nói chung đang dẫn đầu trong việc xây dựng máy tính lượng tử tốt hơn, thì Trung Quốc đã đầu tư ồ ạt vào ngành này. Họ đã đầu tư một phòng thí nghiệm quốc gia trị giá 11 tỉ USD cho khoa học thông tin lượng tử.
- Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã tạo ra những bước đột phá về truyền thông lượng tử, bao gồm cả vệ tinh lượng tử. Tháng 5.2021, nhóm nghiên cứu của Pan Jianwei đã thiết kế một hệ thống tính toán lượng tử siêu dẫn có tốc độ xử lý 66 qubit (bit lượng tử), đặt tên là "Zuchongzhi 2.1" - theo tên nhà toán học và thiên văn học người Trung Quốc thế kỷ thứ 5. Tân Hoa Xã cho hay, hệ thống này nâng cao đáng kể lợi thế lượng tử cho Trung Quốc.
"Zuchongzhi 2.1", nhanh hơn 10 triệu lần so với siêu máy tính nhanh nhất thế giới hiện tại và độ phức tạp tính toán của nó cao hơn 1 triệu lần so với bộ xử lý Sycamore của Google. Đây là lần đầu tiên Trung Quốc đạt được lợi thế lượng tử trong một hệ thống tính toán lượng tử siêu dẫn.
"Zuchongzhi 2.1" đã đạt được lợi thế lượng tử lần đầu tiên so với một bộ xử lý trước đó có tên "Zu Chongzhi" - một nguyên mẫu lượng tử siêu dẫn có tốc độ xử lý 62 qubit.
Bài 1 trang 22 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu về hệ thống phân loại mức độ an toàn của laser và thiết kế bảng các quy tắc an toàn khi sử dụng laser.
Lời giải:
Theo tiêu chuẩn mới về mức độ an toàn của laser, mức độ an toàn của laser được phân thành 4 cấp chính:
- Cấp 1 và cấp 1M bao gồm những laser có bước sóng ở vùng hồng ngoại, có công suất rất thấp dưới 0,039 mW, nhìn chung là an toàn, không gây hại cho con người trong điều kiện sử dụng bình thường, không bị hội tụ bởi các dụng cụ quang học có tính hội tụ.
- Cấp 2 và cấp 2M: có bước sóng ở vùng khả kiến, công suất dưới 1mW, nhìn chung là an toàn.
- Cấp 3R và cấp 3B: cấp 3R có công suất từ 1 – 5 mW và cấp 3B có công suất từ 5 – 500 mW. Cần cẩn thận trong quá trình sử dụng, hạn chế tiếp xúc với tia laser ở cấp độ 3.
- Cấp 4: những laser cấp 4 là loại có công suất cao (trên 500 mW) gây ảnh hưởng nặng cho da và mắt khi tiếp xúc trực tiếp. Những laser cấp độ 4 và tia phản xạ của chúng qua các dụng cụ quang học có khả năng đốt cháy một số vật liệu dễ cháy và gây ra hỏa hoạn. Do đó, người sử dụng laser cấp 4 cần phải được đào tạo bài bản, có chuyên môn vững và luôn tuân thủ các quy tắc an toàn trong suốt quá trình sử dụng.
Bài 2 trang 22 Chuyên đề Vật lí 10: Tìm hiểu những giới hạn của máy tính hiện tại và những ưu điểm vượt trội của máy tính lượng tử
Lời giải:
Giới hạn của máy tính hiện tại: tốc độ tính toán bị giới hạn và phụ thuộc nhiều vào độ phức tạp của các vấn đề cần được giải quyết và các thuật toán được sử dụng. Do đó, các điều kiện gần đúng được sử dụng để đơn giản hóa vấn đề, tuy nhiên điều này lại dẫn đến việc không thể mô tả một cách hoàn chỉnh vấn đề đặc biệt là việc mô phỏng các hệ lượng tử trên máy tính cổ điển. Mặc dù độ an toàn và bảo mật thông tin cao, nhưng vẫn thấp hơn máy tính lượng tử.
- Ưu điểm của máy tính lượng tử:
+ Nhìn chung tốc độ tính toán và độ phức tạp của các vấn đề mà máy tính lượng tử có thể giải quyết được về lí thuyết vượt trội hơn hẳn máy tính cổ điển. Máy tính cổ điển (kể cả những siêu máy tính hiện nay) gặp khó khăn khi giải quyết các vấn đề có độ phức tạp quá lớn, các máy tính cổ điển không thể giải quyết được do mức độ phức tạp quá cao và có nhiều sự tương tác phức tạp giữa các biến số. Ví dụ như trong vấn đề dự báo thời tiết khi tất cả các biến số đều thay đổi theo thời gian thực. Hay như việc phân tích cấu trúc DNA tốn nhiều thời gian tính toán do lượng dữ liệu rất lớn. Trong khi đó máy tính lượng tử có thể tính đến tất cả các tương tác phức tạp giữa biến số và độ phức tạp của các dữ liệu này dựa trên các hiệu ứng lượng tử như sự vướng víu lượng tử và sự chồng chập các trạng thái lượng tử.
+ Thêm vào đó, máy tính lượng tử cũng đảm bảo thông tin được bảo mật cao hơn so với các phương pháp bảo mật thông tin hiện đại trên các máy tính cổ điển. Ngoài ra, máy tính lượng tử có thể giúp các nhà vật lí thực sự mô tả các hệ lượng tử.
Lời giải bài tập Chuyên đề học tập Vật lí 10 Bài 2: Giới thiệu một số lĩnh vực nghiên cứu trong vật lí Chân trời sáng tạo hay khác:
