BÀI TIỂU LUẬN Tiến trình lịch sử hình thành các kiến thức Chủ đề TRƯỜNG HẤP DẪN

+Trường hợp 1: cơ năng E=-GMm/2r, chứng tỏ cơ năng có giá trị âm => các chuyển động trong trường hấp dẫn với quỹ đạo là elipse thì cơ năng có giá trị âm +Trường hợp 2: cơ năng E >0 cụ th

Trang 1

Tiến trình lịch sử hình thành các kiến thức

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

KHOA VẬT LÍ MÔN: LỊCH SỬ VẬT LÍ

Trang 2

Mục lục:

1 Bảng kế hoạch phân công các nhiệm vụ từng tuần

và thời gian thực hiện……… 3

2 Nội dung Phần 1: Tìm kiếm và trình bày nội dung Trường hấp dẫn ứng với chương trình 2018 cho môn học Vật lí 11………4

Phần 2: Tìm kiếm và trình bày tiến trình lịch sử về nội dung Trường hấp dẫn… ……… 12

Phần 3: Soạn thảo kế hoạch dạy học………17

Bài 1: Trường hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn………… 18

Bài 2: Cường độ trường hấp dẫn………

Bài 3: Ứng dụng cường độ hấp dẫn………

Bài 4: Thế hấp dẫn và thế năng hấp dẫn………

Bài 5: Tìm hiểu vũ trụ cấp 1……….

Ôn tập………

Kiểm tra………

3 Tài liệu tham khảo………

Trang 3

Tiến trình lịch sử hình thành các kiến thức Bảng liệt kê các nhiệm vụ

Thời gian Tên nhiệm vụ Cách tiến hành Kết quả dự kiến

đạt được

Tuần 1 HĐ1: Đọc hướng dẫn

tiểu luận và tiến hành phác thảo khung cấu trúc tiểu luận

- Phác thảo khung dàn ý của tiểu luận

- Đọc kĩ file hướng dẫn thực hiện tiểu luận trên gg classroom

Có cái nhìn tổng quát về bài tiểu luận, xác định được các nhiệm

vụ cần thực hiện

và yêu cầu cần đạt của bài tiểu luận

HĐ2: Tiến hành lập kế hoạch cụ thể các nhiệm vụ và thời gian

cụ thể.

- Lập được kế hoạch các nhiệm vụ và thời gian thực hiện để hoàn thành tiểu luận đạt kết quả tốt

- Suy nghĩ, tìm hiểu, hình dung ra các nhiệm vụ

và nội dung cần hoàn thành của bài tiểu luận

Lập được một kế hoạch chi tiết, cụ thể, thời gian rõ ràng.

HĐ3: Tra cứu, tìm kiếm tài liệu tham khảo về nội dungTrường hấpdẫn ứng với chươngtrình 2018 cho mônhọc Vật lí 11

Tìm kiếm trên Wikipedia và Google Scholar , cố gắng tìm kiếm bằng tiếng Anh, nếu chỗ nào không hiểu thì dùng Google Translate để có thể tìm được càng nhiều tài liệu liên quan càng tốt.

Tìm được các tài liệu chính thống

và đa dạng có liên quan đến đề tài.

HĐ4: Sắp xếp, phân loại tài liệu tìm được

về chủ đềTrường hấpdẫn

- Sắp xếp các phần mục tương ứng với bố cục của yêu cầu của bài tiểu luận rõ ràng, cụ thể.

- Đọc tài liệu dưới cái nhìn tổng quát và sắp xếp các kiến thức, lời giải thích, phân tích minh họa một cách phù hợp, logic

Hệ thống tài liệu được lựa chọn, sắp xếp, phân loại tương ứng với các phần cụ thể của bài tiểu luận.

HĐ5: Tiến hành trình bày phần 1 trong phần Nội dung của tiểu luận

- Trình bày phần một theo hướng dẫn làm tiểu luận trên gg classroom, trình bày cụ thể và rõ ràng về tiến trình hình thành các kiến thức có liên quan đến chủ đềTrường hấp dẫn

Thể hiện được tiến trình hình thành các kiến thức vật lí chủ đề

Trường hấp dẫn.

Trang 4

-Liệt kê đầy đủ và trình bày rõ ràng, dễ hiểu các kiến thức liên quan đến chủ đề để thấy được tiến trình hình thành kiến thức chủ đề

Trường hấp dẫn

Tuần 2 HĐ1: Tra cứu, tìm kiếm

tài liệu tham khảo về nội dung lịch sử

Trường hấp dẫn ứngvới chương trình

2018 cho môn họcVật lí 11

Tìm kiếm trên Wikipedia và Google Scholar , cố gắng tìm kiếm bằng tiếng Anh, nếu chỗ nào không hiểu thì dùng Google Translate để có thể tìm được càng nhiều tài liệu liên quan càng tốt.

Tìm được các tài liệu chính thống

và đa dạng có liên quan đến đề tài.

HĐ2: Đọc soát lại tiểu luận

Đọc soát kĩ càng tiểu luận để phát hiện các lỗi sai chính tả, lỗi trình bày, hình thức trình bày.

- Chỉnh sửa một số phần nội dung thêm hấp dẫn hớn và trang trí hình thức trình bày đẹp mắt, rõ ràng

Một bài tiểu luận

rõ rang, đẹp đẽ, sinh động, hấp dẫn

Tuần 3 Phân phối tiết, chia bài

Tuần 4 Soạn ôn tập và kiểm

tra

- Chia các thành viên soạn bài dạy, soạn ma trận, soạn đề kiểm tra, thiết kế sơ đồ tư duy.

- Bài ôn tập tổng hợp được kiến thức cả chủ

đề và bài kiểm tra đánh giá được năng lực thật của học sinh

Hệ thống kiến thức đã được học, sắp xếp, phân loại tương ứng với các phần

cụ thể của chủ đề.

Tuần 5 - Soạn phần tài liệu

tham khảo theo kiểu APA

- Hoàn thiện bài tiểu luận

- Rà soát lại bài tiểu luận, chỉnh sửa lỗi chính tả.

- Chỉnh sửa một số phần nội dung thêm hấp dẫn hơn và trang trí hình thức trình bày đẹp mắt, rõ ràng

- Đọc soát kĩ càng tiểu luận để phát hiện các lỗi sai chính tả, lỗi trình bày, hình thức trình bày

Một bài tiểu luận

rõ ràng, đáp ứng các yêu cầu đề ra.

Trang 5

Trang 6

Tiến trình lịch sử hình thành các kiến thức Bảng phân công nhiệm vụ từng thành viên

Nguyễn ĐứcThanh ThủyTuần 1

Tuần 2

Tuần 3

Tuần 4

Tuần 5

Trang 7

lực hút của Qủa đất Mọi vật trong vũ trụ đều hút lẫn nhau, gọi là lực hấp dẫn vạn vật

- Mọi vật có khối lượng đều tạo ra một trường hấp dẫn xung quanh nó

-Trường hấp dẫn là trường lực được tạo ra bởi vật có khối lượng, là dạng vật chất tồn tại quanhmột vật có khối lượng và tác dụng lực hấp dẫn lên vật có khối lượng đặt trong nó

1 Đặc điểm của lực hấp dẫn

● Là lực hút

● Điểm đặt: Đặt ngay tại trọng tâm của vật (chất điểm)

● Giá của lực: Là đường thẳng đi qua tâm của 2 vật

● Định luật vạn vật hấp dẫn chỉ đúng khi khoảng cách giữa 2 vật rất lớn so với kích thước của chúng.Hay có thể nhắc đến những vật đồng chất dạng hình cầu

Trang 8

3 Chuyển động trong trường hấp dẫn

Trường hấp dẫn là một trường thế, do đó cơ năng bảo toàn

+Trường hợp 1: cơ năng E=-GMm/2r, chứng tỏ cơ năng có giá trị âm => các chuyển động trong

trường hấp dẫn với quỹ đạo là elipse thì cơ năng có giá trị âm

+Trường hợp 2: cơ năng E >0 cụ thể trong trường hợp này động năng𝐸 lớn hơn thế năng ,

bây giờ là một hypebol

+Trường hợp 3: cơ năng E=0, tại vô cùng chất điểm m có vận tốc triệt tiêu => quỹ đạo của vật

m là một parabol

Trang 9

Một vật bất kì nào đó có khối lượng đặt tại một vị trí trong không gian của một trường hấp dẫn của một vật khác, sẽ chịu tác dụng của lực hấp dẫn Trọng trường của nó là trường hấp dẫn của Trái Đất.

Đại lượng đặc trưng cho trường hấp dẫn tại một điểm trong không gian là là cường độ trường hấp dẫn Ta xét một chất điểm có khối lượng m, để xác định cường độ trường hấp dẫn tại một điểm trong không gian cách chất điểm m một khoảng r, ta làm như sau:

điểm khối lượng m’ khi đó, lực hấp dẫn do m tác dụng lên m’ là:

Trong đó, là vecto đơn vị có phương trùng với đường thẳng nối mm’ và có chiều hướng ra xa m.

Kí hiệu là cường độ trường hấp dẫn tại điểm P (nơi đặt m’), độ lớn của là:

Biểu thức vecto cường độ trường hấp dẫn tại P do m gây ra là:

Trang 10

Cường độ trường hấp dẫn chính là gia tốc trọng trường g:

+ H=-g nếu lực là lực hút.

+ H=g nếu lực là lực đẩy.

Đơn vị của là N/kg hoặc m/s2.

Biết được ta có thể xác định được lực hấp dẫn tác dụng lên m’:

Nếu tại một điểm P trong không gian, có rất nhiều trường hấp dẫn do nhiều chất điểm gây ra thì cường độ trường hấp dẫn tổng cộng sẽ bằng tổng các vecto cường độ trường hấp dẫn do từng chất điểm gây nên:

Trang 11

- Thế hấp dẫn còn được định nghĩa là công W của lực hấp dẫn F để đưa một vật từ điểm C nào đó ra

xa vô cùng (công này là công âm do lực ngược chiều dịch)

Vị trí mốc (nơi thế hấp dẫn V = 0) theo quy ước xa vô hạn so với bất kỳ khối lượng nào, dẫn đến thế hấpdẫn âm ở bất kỳ khoảng cách hữu hạn nào

Hiệu thế hấp dẫn so với khoảng cách r đối với vị trí mốc:

Wtlà thế năng của vật trong trọng trường (đơn vị: J)

m là khối lượng của vật (đơn vị: kg)

là vectơ gia tốc trọng trường (g = const = 9,81 (đơn vị: m/s2))

𝑔→

h là độ cao của vật so với mặt đất (đơn vị: m)

Khi ở trên mặt đất h=0 => Wt= 0 (gốc thế năng được chọn tại mặt đất)

Năng lượng được chuyển đổi sang các dạng khác khi thế năng hấp dẫn thay đổi do chuyển động trongtrường Nếu quãng đường di chuyển song song với trọng trường là Δh thì sự thay đổi của thế năng (hiệuthế năng hấp dẫn) là:

Wt= mg

Trang 12

https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BA%BF_n%C4%83ng

https://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Mechanics/Gravitation/text/Gravitational_potential_energy/index.html?fbclid=IwAR2Nlubic-PtzX6bA2hAcJk01gN7VimAXRj3aOz4Bjhb5-nwJsb439ADCeI

IV - Chuyển động của vệ tinh địa tĩnh và công thức tính tốc độ vũ trụ cấp 14.1 Sơ lược chuyển động của vệ tinh địa tĩnh

a, Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo Trái Đất (vĩ độ 0º) Bất kỳ điểm nào trên mặt

phẳng xích đạo đều quay tròn xung quanh Trái Đất theo cùng một hướng và với cùng một chu kỳ (vận tốcgóc) giống như sự tự quay của Trái Đất Nó là trường hợp đặc biệt của quỹ đạo địa đồng bộ, và là quỹ đạođược những người khai thác hoạt động của vệ tinh nhân tạo ưa thích (bao gồm các vệ tinh viễn thông vàtruyền hình) Các vị trí vệ tinh chỉ có thể khác nhau theo kinh độ

Các quỹ đạo địa tĩnh hữu ích do chúng làm cho vệ tinh dường như là tĩnh đối với điểm cố định nào đó trênTrái Đất Kết quả là các ăng ten có thể hướng tới theo một phương cố định mà vẫn duy trì được kết nối với

vệ tinh

*Tính toán độ cao quỹ đạo địa tĩnh

Trang 13

● 𝑟là bán kính quỹ đạo (m) tính từ tâm Trái Đất.

- Cường độ của tương tác hấp dẫn là:

= 7,29.10-5(rad/s)

trong đó:α = 360𝑜= 2π 𝑟𝑎𝑑: góc mà vệ tinh đi trong một chu kỳ quỹ đạo

t = 86.164 s: một ngày thiên văn - thời gian nó cần để thực hiện đủ một vòng quay

Độ cao quỹ đạo địa tĩnh:

h = r – R = 35 786 (km)

Trang 14

b, Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh quay quanh Trái Đất theo quỹ đạo địa tĩnh nên nó ở độ cao khoảng 35.786

km trực tiếp trên đường xích đạo, quay theo cùng hướng Trái Đất quay (từ Tây sang Đông) Độ cao này làđáng chú ý do nó tạo ra chu kỳ quỹ đạo bằng với chu kỳ tự quay của Trái Đất (ngày thiên văn)

Một vệ tinh địa tĩnh duy nhất nằm trên một đường ngắm với khoảng 40% bề mặt Trái Đất Ba vệ tinh nhưvậy, mỗi vệ tinh cách nhau 120o kinh độ, có thể cung cấp vùng phủ sóng của toàn bộ hành tinh, ngoại trừcác vùng hình tròn nhỏ tập trung ở các cực địa lý Bắc và Nam Một vệ tinh địa tĩnh có thể được truy cậpbằng cách sử dụng một ăng-ten định hướng, thường là một đĩa nhỏ, nhắm vào vị trí trên bầu trời nơi vệ tinhdường như bay lơ lửng

*Ưu điểm:

và sau đó để ở vị trí mà không cần điều chỉnh thêm

● Một ưu điểm khác: Do có thể sử dụng ăng-ten định hướng cao, nên giảm thiểu nhiễu từ các nguồntrên bề mặt và từ các vệ tinh khác

*Hạn chế: Vệ tinh địa tĩnh có 2 hạn chế lớn:

● Thứ nhất: Bởi vì khu vực quỹ đạo là một vòng cực kỳ hẹp trong mặt phẳng của đường xích đạo, sốlượng vệ tinh có thể được duy trì trong quỹ đạo địa tĩnh mà không có xung đột lẫn nhau (hoặc thậmchí va chạm) bị hạn chế

● Thứ hai: Khoảng cách mà tín hiệu điện từ (EM) phải truyền đến và đi từ vệ tinh địa tĩnh tối thiểu là71.600 km Do đó, độ trễ ít nhất 240 ms được đưa ra khi một tín hiệu EM, di chuyển với tốc độ300.000 km/s, thực hiện một chuyến đi khứ hồi từ bề mặt đến vệ tinh và quay trở lại

https://searchmobilecomputing.techtarget.com/definition/geostationary-satellite

4.2 Công thức tính tốc độ vũ trụ cấp 1

Vận tốc vũ trụ cấp 1 hay tốc độ vũ trụ cấp 1 là tốc độ một vật cần có để nó chuyển động theo quỹ đạo

tròn gần bề mặt của một hành tinh hay thiên thể chủ Nó cũng là tốc độ tối thiểu của một vệ tinh phải có để không bị rơi xuống bề mặt Trái Đất và điều kiện là cần có sự cân bằng giữa lực hấp dẫn và lực quán tính li

tâm do vật chuyển động tròn có được Nói cách khác, khi xét hệ qui chiếu gắn với thiên thể chủ, lực hấp

dẫn đóng vai trò là lực hướng tâm giúp vật chuyển động tròn.

Trang 15

Nếu vận tốc ban đầu vo< vIvệ tinh sẽ rơi xuống Trái Đất.

Nếu vo > 7,9km/s ( nhưng nhỏ hơn vận tốc cấp 2 vII = 11,2km/s) thì vệ tinh sẽ chuyển động xung quanhTrái Đất theo quỹ đạo elipse

ở giữa đường nối với trọng tâm của chúng

- Kiến trúc sư và kỹ sư La Mã Vitruvius trong tác phẩm De Architectura quy định rằng trọng lực của mộtvật thể không phụ thuộc vào khối lượng mà là "bản chất" của nó

Trang 16

- Ở Ấn Độ cổ đại, Aryabhata lần đầu tiên giải thích tại sao các vật thể không bị ném ra ngoài khi Trái Đấtquay Brahmagupta mô tả trọng lực là một lực hấp dẫn và sử dụng thuật ngữ "gurutvaakarshan" cho trọnglực

II - Cách mạng khoa học

- Lý thuyết hấp dẫn bắt đầu với công trình hiện đại của Galileo Galilei vào cuối thế kỷ 16 - đầu thế kỷ 17.Trong thí nghiệm nổi tiếng (mặc dù có thể ông ngụy tạo) thả bóng từ Tháp nghiêng Pisa, và sau đó với cácphép đo cẩn thận, quả bóng lăn xuống theo mặt phẳng nghiêng, Galileo cho thấy gia tốc trọng trường lànhư nhau cho tất cả các vật thể Và niềm tin của Aristotle rằng các vật nặng hơn có gia tốc trọng trườngcao hơn có một sự khởi đầu lớn Galileo cho rằng sức cản không khí là lý do khiến các vật thể có khốilượng nhỏ hơn rơi chậm hơn trong bầu khí quyển Công trình của Galileo đã tạo tiền đề cho việc hìnhthành thuyết hấp dẫn của Newton

III - Thuyết hấp dẫn của Newton

- Năm 1687, nhà toán học người Anh Sir Isaac Newton đã xuất bản tác phẩm Principia, trong đó đưa ra giảthuyết về định luật nghịch đảo bình phương của trọng lực phổ quát Newton đã viết, "Tôi đã suy luận rằngcác lực giữ các hành tinh trong quỹ đạo của chúng phải [tương ứng] với nhau như bình phương khoảngcách của chúng từ các trung tâm mà chúng quay tròn: và do đó so sánh lực cần thiết để giữ Mặt trăng trongquỹ đạo của nó với lực hấp dẫn ở bề mặt Trái Đất và thấy chúng gần như vậy " Phương trình như sau:

- Nhưng lý thuyết của Newton cũng có những sai sót vì có sự khác biệt trong quỹ đạo của sao Thủy Vàocuối thế kỷ 19, người ta đã biết rằng quỹ đạo của nó cho thấy những nhiễu loạn nhỏ không thể giải thíchhoàn toàn theo lý thuyết của Newton, nhưng tất cả các tìm kiếm cho một vật thể nhiễu loạn khác (như mộthành tinh quay quanh Mặt trời và thậm chí gần hơn Sao Thủy) đã không có kết quả Vấn đề này đã đượcgiải quyết vào năm 1915 bởi thuyết tương đối mới của Albert Einstein, tính toán cho sự khác biệt nhỏ trongquỹ đạo của Sao Thủy Sự khác biệt này là sự tiến bộ trong sự đi nhanh hơn của Sao Thủy với chênh lệch42,98 giây cung trong mỗi thế kỷ

- Mặc dù lý thuyết của Newton đã được thay thế bởi thuyết tương đối rộng của Albert Einstein, nhưng hầuhết các phép tính hấp dẫn không tương đối hiện đại vẫn được thực hiện bằng lý thuyết của Newton bởi vì

nó đơn giản hơn để tính toán và nó cho kết quả đủ chính xác cho hầu hết các ứng dụng có khối lượng, tốc

độ và năng lượng đủ nhỏ

Trang 17

IV - Nguyên lý tương đương

Nguyên lý tương đương được khám phá bởi một loạt các nhà nghiên cứu bao gồm Galileo, Loránd Eötvös

và Einstein, nêu ý tưởng rằng tất cả các vật thể rơi theo cùng một cách, và các tác động của trọng lựckhông thể phân biệt được từ các khía cạnh nhất định của gia tốc và giảm tốc Cách đơn giản nhất để kiểmtra nguyên lý tương đương yếu là thả 2 vật có khối lượng hoặc thành phần khác nhau trong chân không vàxem liệu chúng có chạm đất cùng một lúc không Các thí nghiệm như vậy chứng minh rằng tất cả các vậtthể rơi ở cùng một tốc độ khi các lực khác (như sức cản không khí hoặc hiệu ứng điện từ) không đáng kể.Các thử nghiệm tinh vi hơn sử dụng cân bằng xoắn được phát minh bởi Eötvös Các thí nghiệm vệ tinh, ví

dụ STEP, được lên kế hoạch cho các thí nghiệm chính xác hơn trong không gian

Các công thức của nguyên lý tương đương bao gồm:

• Nguyên lý tương đương yếu: Quỹ đạo của khối lượng điểm trong trường hấp dẫn chỉ phụ thuộc vào vị trí

và vận tốc ban đầu vocủa nó, và không phụ thuộc vào thành phần của nó

• Nguyên lý tương đương của Einstein: Kết quả của bất kỳ thí nghiệm không hấp dẫn trong phòng thínghiệm rơi tự do là độc lập với vận tốc của phòng thí nghiệm và vị trí của nó trong không thời gian

• Nguyên tắc tương đương mạnh đòi hỏi cả hai điều trên

V - Thuyết tương đối rộng

- Trong thuyết tương đối rộng, ảnh hưởng của trọng lực được gán cho độ cong không thời gian thay vì mộtlực Điểm khởi đầu cho thuyết tương đối rộng là nguyên lý tương đương, đánh giá sự rơi tự do với chuyểnđộng quán tính là như nhau và mô tả các vật thể quán tính rơi tự do khi được gia tốc so với các quan sátviên không quán tính trên mặt đất Tuy nhiên, trong vật lý Newton, không có gia tốc như vậy có thể xảy ratrừ khi ít nhất một trong số các vật thể đang được vận hành bởi một lực

- Einstein đã đề xuất rằng không thời gian bị cong bởi vật chất và các vật thể rơi tự do đang di chuyển dọctheo các đường thẳng cục bộ (trắc địa) trong không thời gian cong Giống như định luật chuyển động đầutiên của Newton, lý thuyết của Einstein nói rằng nếu một lực được tác dụng lên một vật thể, nó sẽ lệch khỏimột trắc địa Ví dụ như, chúng ta không còn theo dõi trắc địa trong khi đứng vì sức cản cơ học của Trái Đấttác động lên một lực hướng lên chúng ta và kết quả: chúng ta không có quán tính trên mặt đất Điều nàygiải thích tại sao di chuyển dọc theo trắc địa trong không thời gian được coi là quán tính

- Einstein đã khám phá ra các phương trình trường (mang tên ông) của thuyết tương đối rộng, liên quanđến sự hiện diện của vật chất và độ cong của không thời gian Các phương trình trường Einstein là một tậphợp của 10 phương trình đồng thời, phi tuyến tính, phương trình vi phân Các giải pháp của phương trìnhtrường là các thành phần của thang đo hệ số không thời gian Một tenxơ mét mô tả một hình học của khôngthời gian Các đường trắc địa cho một không thời gian được tính từ thang đo hệ mét

https://vi.wikipedia.org/wiki/T%C6%B0%C6%A1ng_t%C3%A1c_h%E1%BA%A5p_d%E1%BA%ABn?fbclid=IwAR28YlKfLGtJfbPoiTr-TJR3UIjBapj_AGDOJCscZmm0gBzrqN-uFqbu3os

VI – Vệ tinh và quỹ đạo địa tĩnh

Trang 18

Tiến trình lịch sử hình thành các kiến thứcIsaac Newton (1643-1727) đã đưa ra một ý tưởng khởi nguồn cho việc con người có thể đặt chân ra không

gian ngoài Trái Đất Giả sử có một khẩu pháo được đặt ở một đỉnh núi rất cao nằm ngoài khí quyển củaTrái Đất, tại đó ta bắn một viên đạn, tùy vào tốc độ ban đầu vocủa viên đạn sẽ xảy ra trường hợp:

+ vonhỏ khiến viên đạn rơi trở lại Trái Đất do lực hấp dẫn của Trái Đất

+ vocủa viên đạn đủ lớn khiến viên đạn chuyển động tròn quanh Trái Đất và trở thành một vệ tinh nhân tạocủa Trái Đất Và khi đó vođược gọi là tốc độ vũ trụ cấp 1

Vệ tinh nhân tạo đầu tiên

Người đầu tiên đã nghĩ ra vệ tinh nhân tạo dùng cho truyền thông là nhà viết truyện khoa học giả tưởngArthur C Clarke vào năm 1945 Ông đã nghiên cứu về cách phóng các vệ tinh này, quỹ đạo của chúng vànhiều khía cạnh khác cho việc thành lập một hệ thống vệ tinh nhân tạo bao phủ thế giới Ông cũng đề nghị

3 vệ tinh địa tĩnh (geostationary) sẽ đủ để bao phủ viễn thông cho toàn bộ Trái Đất

Tuy nhiên, Liên Xô đã phóng lên vệ tinh nhân tạo đầu tiên là Sputnik 1 vào ngày 4/10/1957 Sự kiện này

mở màn cuộc chạy đua vào không gian giữa hai cường quốc Liên Xô và Mỹ

Sputnik 1

Một số hình ảnh các loại vệ tinh

Trang 19

Các loại quỹ đạo

Đa số các vệ tinh thường được mô tả đặc điểm dựa theo quỹ đạo của chúng Mặc dù một vệ tinh có thể baytrên một quỹ đạo ở bất kỳ độ cao nào, các vệ tinh thường được xếp theo độ cao của chúng

• Quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO: 200 - 1200 km bên trên bề mặt Trái Đất)

• Quỹ đạo Trái Đất tầm trung (ICO hay MEO: 1200 - 35786 km)

• Quỹ đạo Trái Đất đồng bộ (GSO)

• Quỹ đạo địa tĩnh (GEO: quỹ đạo đồng bộ không nghiêng, cách xích đạo Trái Đất 35 786 km)

Ý tưởng về vệ tinh địa đồng bộ cho mục đích viễn thông đã được Herman Potocnik đưa ra lần đầu tiên năm

1928 Các quỹ đạo địa đồng bộ và địa tĩnh cũng đã được Arthur C Clarke, tác giả truyện khoa học viễntưởng phổ biến lần đầu tiên năm 1945 như là các quỹ đạo có ích cho các vệ tinh viễn thông Do đó, đôi khicác quỹ đạo này còn được nói đến như là các quỹ đạo Clarke Tương tự, "vành đai Clarke" là một phần củakhoảng không vũ trụ nằm phía trên mực nước biển trung bình khoảng 35.786 km trong mặt phẳng xíchđạo, trong đó các quỹ đạo gần-địa tĩnh có thể đạt được

• Quỹ đạo Trái Đất tầm cao (HEO: trên 35786 km)

Các quỹ đạo sau là các quỹ đạo đặc biệt cũng thường được dùng để xác định đặc điểm của vệ tinh:

• Quỹ đạo Molniya

• Quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời

• Quỹ đạo cực

• Quỹ đạo di chuyển Mặt Trăng

• Quỹ đạo di chuyển Hohmann Đối với kiểu quỹ đạo này thì vệ tinh thường là một tàu vũ trụ

• Quỹ đạo siêu đồng bộ hay quỹ đạo trôi dạt — quỹ đạo bên trên GEO Các vệ tinh sẽ trôi dạt theohướng tây

• Quỹ đạo dưới đồng bộ hay quỹ đạo trôi dạt - quỹ đạo gần nhưng bên dưới GEO Được sử dụng chocác vệ tinh đang trải qua những thay đổi tình trạng ổn định theo hướng đông

Vệ tinh nhân tạo của Việt Nam

Tháng 4/2008, Việt Nam đã thuê Pháp phóng thành công vệ tinh Vinasat-1 (mua của Mỹ) lên quỹ đạo địatĩnh, với việc phóng được vệ tinh nhân tạo Việt Nam đã tiết kiệm 10 triệu USD mỗi năm Việt Nam là nướcthứ 93 phóng vệ tinh nhân tạo và là nước thứ 6 tại Đông Nam Á Theo các nguồn thông tin nước ngoài,tổng trị giá của dự án Vinasat-1 là 250 triệu USD, trong đó bao gồm chi phí mua và phóng vệ tinh, xâydựng trạm mặt đất, bảo hiểm Dự tính vệ tinh hoạt động được từ 15 - 20 năm và được khoảng 20 công typhụ trách

Trang 20

Phần 3: Soạn thảo kế hoạch dạy học Trường hấp dẫn

Chuyên đề trường hấp dẫn được dạy trong 15 tiết và được phân bố giảng dạy chuyên đề này như sau:

trong nó.

– Nêu được: Khi xét trường hấp dẫn ở một điểm ngoài quả cầuđồng nhất, khối lượng của quả cầu có thể xem như tập trung ởtâm của nó

Trang 21

– Vận dụng được định luật Newton về hấp dẫncho một số trường hợp chuyển động đơn giản trong trường hấpdẫn

2

Cường độ trường

hấp dẫn

2

– Nêu được định nghĩa cường độ trường hấp dẫn

– Từ định luật hấp dẫn và định nghĩa cường độ trường hấp dẫn,

rút ra được phương trình cho trường hợp đơn giản

6 Ôn tập 1 - Vẽ sơ đồ tư duy kiến thức chương

7 Kiểm tra 1 - Kiểm tra nội dung kiến thức môn học

Bài 1: Trường hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn

(4 tiết)

Nội dung kiến thức:

- Mọi vật có khối lượng đều tạo ra một trường hấp dẫn xung quanh nó

- Trường hấp dẫn là trường lực được tạo ra bởi vật có khối lượng, là dạng vật chất tồn tại quanh một vật

có khối lượng và tác dụng lực hấp dẫn lên vật có khối lượng đặt trong nó

- Lực hấp dẫn là lực hút của mọi vật trong vũ trụ

- Lực hấp dẫn giữa 2 chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích 2 khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bìnhphương khoản cách giữa chúng

Trang 22

- Nêu được ví dụ chứng tỏ tồn tại lực hấp dẫn của Trái Đất VL3.1

- Thảo luận (qua hình vẽ, tài liệu đa phương tiện), nêu được: Mọi vật có khối lượng đều tạo ramột trường hấp dẫn xung quanh nó; Trường hấp dẫn là trường lực được tạo ra bởi vật cókhối lượng, là dạng vật chất tồn tại quanh một vật có khối lượng và tác dụng lực hấp dẫn lênvật có khối lượng đặt trong nó VL1.4

- Nêu được: Khi xét trường hấp dẫn ở một điểm ngoài quả cầu đồng chất, khối lượng của quảcầu có thể xem như tập trung ở tâm của nó

- Vận dụng được định luật Newton về hấp dẫn cho một số trường hợp chuyển động đơn giảntrong trường hấp dẫn

- Vận dụng được định luật vạn vật hấp dẫn để giải các bài tập liên quan

b Năng lực chung

- Năng lực giao tiếp và hợp tác

+ Chủ động hợp tác với các thành viên trong nhóm – HT.2.1+ Thảo luận, trao đổi với các thành viên khác trong nhóm để hoàn thành nhiệm vụ học tập–HT 2.6

Trang 23

2 Phẩm chất

+Có ý thức tôn trọng ý kiến các thành viên trong nhóm khi hợp tác+Có ý thức hỗ trợ, hợp tác với các thành viên trong nhóm để hoàn thành nhiệm vụ, tự giác

II Thiết bị dạy học và học liệu

Gv: Tranh vẽ chuyển động của các hành tinh xung quanh hệ mặt trời

Hoặc hình ảnh về chuyển động của các hành tinh xung quanh hệ mặt trời được mô phỏngtrong phần mềm Matlab

Hình vẽ, tài liệu đa phương tiện liên quan đến bài họcIII Tiến trình dạy học

Hoạt động 1: Xác định vấn đề, nhiệm vụ học tập

a Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đivào tìm hiểu bài mới

b Nội dung hoạt động

GV đưa ra các câu hỏi, tình huống, HS nhớ lại các kiến thức đã học và trả lời, các bạn còn lại nhậnxét và GV chốt lại câu trả lời, HS chỉnh sửa và bổ sung

c Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS về kiến thức

d Tổ chức hoạt động

Hoạt động của GV Hoạt động của HS

Gv: Thả một vật nhỏ (cái hộp) rơi xuống

đất

Yêu cầu:

+Khi rơi các vật luôn có hướng như thế nào?

+Điều gì khiến cho các vật rơi về phía Trái

Đất

+Khi TĐ hút vật thì vật có hút TĐ không?

+Lực mà TĐ và vật hút nhau có cùng bản

chất với lực ta đã học không

Cho học sinh xem mô hình về chuyển động

của các hành tinh xung quanh hệ mặt trời

được mô phỏng trong phần mềm Matlab hoặc

tranh ảnh

Vấn đề: Lực nào giữ cho mặt trăng chuyển

động quanh Trái Đất Lực nào giữ cho Trái

Đất và các hành tinh chuyển động quanh mặt

trời?

HS suy nghĩ trả lời: hướng từ trên xuốngdưới về phía TĐ

HS suy nghĩ trả lờiTheo định luật III Newton thì vật sẽ hút lạiTĐ

Không

Học sinh dự đoán câu trả lời

Hoạt động 2: Hình thành kiến thức về lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn

a Mục tiêu:

Trang 24

- Nêu được ví dụ chứng tỏ tồn tại lực hấp dẫn của Trái Đất

- Phát biểu được định luật hấp dẫn và viết được hệ thức liên hệ của lực hấp dẫn

- Phân biệt lực hấp dẫn với các loại lực khác như: lực điện, lực từ, lực ma sát,…

- Nêu được: Khi xét trường hấp dẫn ở một điểm ngoài quả cầu đồng chất, khối lượng của quảcầu có thể xem như tập trung ở tâm của nó

- Vận dụng được định luật vạn vật hấp dẫn để giải các bài tập liên quan

HS trả lời các yêu cầu giáo viên đặt ra, giải thích được các câu hỏi trong thực tế

Từ gợi ý, hướng dẫn của GV, HS rút ra và viết được công thức của lực hấp dẫn

c Sản phẩm

Câu trả lời của HS về kiến thức

d Tổ chức hoạt động:

GV khái quát: mọi vật trong vũ trụ đều hút

nhau bằng 1 loại lực gọi là lực hấp dẫn

- Lực này có đặc điểm gì khác với các loại

lực đã được biết?

GV chốt kiến thức: Mọi vật có khối lượng

đều tạo ra một trường hấp dẫn xung quanh

nó; Trường hấp dẫn là trường lực được tạo

ra bởi vật có khối lượng, là dạng vật chất

tồn tại quanh một vật có khối lượng và tác

dụng lực hấp dẫn lên vật có khối lượng đặt

Chú ý tiếp thu đặc điểm của lực

HS có thể trả lời: Lực hấp dẫn phụ thụvào khối lượng của các vật và khoảngcách giữa chúng

Trang 25

- Nhận xét câu trả lời của HS

- Đọc nội dung định luật

GV chốt lại kiến thức về định luật vạn vật

hấp dẫn

- Viết công thức của lực hấp dẫn

- Nhận xét về công thức hs vừa viết

- Trong đó: gọi là

hằng số hấp dẫn

- Vì sao trong đời sống hàng ngày, ta không

cảm thấy được lực hút giữa các vật thể

thông thường?

-Lấy các ví dụ chứng tỏ sự tồn tại của lực

hấp dẫn trên Trái Đất

Yêu cầu: Vậy trong trường hợp lấy khoảng

cách giữa Trái đất và Mặt Trăng để tính lực

hấp dẫn, các em sẽ lấy khoảng cách thế nào?

- GV nhận xét và đưa ra lưu ý: Khi xét

trường hấp dẫn ở một điểm ngoài quả cầu

đồng chất, khối lượng của quả cầu có thể

xem như tập trung ở tâm của nó

HS suy nghĩ và vẽ

HS đưa ra nhận xét

HS viết câu trả lời

HS giải thích và đưa ra câu trả lời

Nêu được các ví dụ chứng tỏ sự tồn tạicủa lực hấp dẫn trên Trái Đất

HS thảo luận suy nghĩ: đo khoảngcách hai tâm của Trái Đất và MặtTrăng

- GV yêu cầu HS nhắc lại trọng lực là gì?

- Điểm đặt của trọng lực ở đâu?

- HS trả lời: Là lực hút của Trái Đấtlên một vật

- HS trả lời: Tâm của vật

- HS ghi chép

Trang 26

-GV kết luận: Trọng lực của một vật là lực

hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó

(1)-Theo định luật II Newton P bằng gì?

Ghi nhớ được những kiến thức đã học

Áp dụng được được công thức lực hấp dẫn để giải các bài tập nhằm củng cố kiến thức

GV giao bài tập cho học sinh, HS làm bài độc lập Sau đó trao đổi với bạn cùng bàn về cách làm vàphương pháp GV gọi 1 số HS lên làm bài và các bạn khác nhận xét để thống nhất đưa ra kết quả

GV nhận xét và đưa ra kết quả cuối cùng

Một số bài tập:

Câu 1: Khi nói về lực hấp dẫn giữa hai chất điểm, phát biểu nào sau đây sai?

A Lực hấp dẫn có phương trùng với đường thẳng nối hai chất điểm

B Lực hấp dẫn có điểm đặt tại mỗi chất điểm

C Lực hấp dẫn của hai chất điểm là cặp lực trực đối

D Lực hấp dẫn của hai chất điểm là cặp lực cân bằng

Câu 2: Một vài có khối lượng m đặ ở nơi cso gia tốc trọng trường g Phát biểu nào sau đây sai?

A Trọng lực có độ lớn được xác định bởi biểu thức P = mg

B Điểm đặt của trọng lực là trọng tâm của vật

Trang 27

C Trọng lực tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật

D Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng lên vật

Câu 3: Một viên đá đang nằm yên trên mặt đất, lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng vào hòn đá có giá trị

A lớn hơn trọng lượng của hòn đá

B nhỏ hơn trọng lượng của hòn đá

Câu 5: Hai khối cầu giống nhau được đặt sao cho tâm cách nhau khoảng r thì lực hấp dẫn giữa chúng là F.

Nếu thay một trong hai khối cầu trên bằng một khối cầu đồng chất khác nhưng có bán kính lớn gấp hai,vẫn giữ nguyên khoảng cách giữa hai tâm (hai khối cầu không chạm nhau) thì lực hấp dẫn giữa chùng lúcnày là

Đưa ra các bài tập HS nhận bài tập

Trang 28

Yêu cầu: HS làm các bài tập trên độc lập Sau

đó trao đổi thảo luận với bạn cùng bàn

Mời 1 vài bàn lên trình bày

a Mục tiêu: Vận dụng giải được các bài tập, giải thích được các hiện tượng đời sống

b. Nội dung hoạt động: HS làm việc theo nhóm thảo luận và trả lời các câu hỏi, saukhi GV chữa thì ghi lại câu trả lời vào vở

c. Sản phẩm học tập: Phiếu làm việc nhóm ghi lại câu trả lời của từng nhóm và vởcủa từng cá nhân

d. Tổ chức hoạt động:

BÀI 2: CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN

Thời gian thực hiện: 2 tiết

I Mục tiêu

1 Về kiến thức:

Trang 29

– Nêu được định nghĩa cường độ trường hấp dẫn

– Từ định luật hấp dẫn và định nghĩa cường độ trường hấp dẫn, rút ra được phương trình g =

GM/r2 cho trường hợp đơn giản

2 Về năng lực:

● Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo:

- Biết xác định và làm rõ ý tưởng mới về định nghĩa cường độ trường hấp dẫn

- Tư duy độc lập

● Năng lực giao tiếp và hợp tác

- Hỗ trợ các thành viên khác trong nhóm trong việc thực hiện các nhiệm vụ học tập

● Xác định mục đích và phương thức hợp tác:

- Biết chủ động đề xuất mục đích hợp tác để giải quyết một vấn đề do bản thân và những người khác

đề xuất

3 Về phẩm chất:

- Chăm chỉ - trách nghiệm: có trách nhiệm – chăm chỉ học tập và làm việc

- Trung thực : Tính thật thà, không gian lận trong học tập và làm việc

II Thiết bị dạy học và học liệu:

- Máy chiếu, các thiết bị - dụng cụ dạy học, giáo án

III Tiến trình dạy học

Đặt vấn đề: Người ta cho rằng xung quanh chúng ta một vật có khối lượng tồn tại một trường hấp

dẫn Vậy theo các em đại lượng nào là đại lượng cho trường hấp dẫn?

- Học sinh đưa ra dự đoán kết quả

2 Hoạt động 2: Hình thành kiến thức về định nghĩa cường độ trường hấp dẫn.

a) Mục tiêu:

Trang 30

- Học sinh nêu được định nghĩa cường độ trường hấp dẫn

- Từ định luật hấp dẫn và định nghĩa cường độ trường hấp dẫn, rút ra được phương trình g = GM/r2cho trường hợp đơn giản

b) Nội dung:

HS trả lời các yêu cầu giáo viên đặt ra, giải thích được các câu hỏi trong thực tế

Từ gợi ý, hướng dẫn của GV, HS nêu được định nghĩa cường độ trường hấp dẫn và thiết lập đượcphương trình g = GM/r2 cho trường hợp đơn giản

c) Sản phẩm: Câu trả lời của học sinh

d) Tổ chức thực hiện:

GV đặt câu hỏi khơi gợi kiến thức:

Những vật đặt trong trường hấp dẫn có

khối lượng đặt tại một vị trí trong không

gian của một trường hấp dẫn một vật

khác, đều chịu tác dụng của lực gì?

- Như các em đã học ở buổi trước thì

Trường hấp dẫn của Quả Đất là gì?

GV chốt kiến thức: Vậy qua đây chúng ta

có thể biết đại lượng đặc trưng cho

trường hấp dẫn tại một điểm trong không

gian được gọi là cường độ hấp dẫn

Bài toán: Xét một chất điểm khối lượng

m, cường độ hấp dẫn tại một điểm trong

không gian cách điểm m một khoảng r

được xác định, đặt vào trường hấp dẫn

của m một chất điểm khối lượng m’ cách

- Trường hấp dẫn của Quả Đất chính

là trọng trường của nó

Trang 31

: véctơ đơn vị có phương trùng với

phương thẳng đứng đường thẳng nối mm’

và có chiều hướng ra xa m

GV chốt kiến thức:

- Cường độ hấp dẫn tại điểm P nơi đặt m’

kí hiệu , có độ lớn:

- Biểu diễn bằng véctơ:

⇨ Biểu thức này là véctơ cường độ hấp

dẫn tại điểm P do m gây ra

GV đưa ra câu hỏi:

Theo các em, biết được ta có thể xác

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	31,36 MB

BÀI TIỂU LUẬN Tiến trình lịch sử hình thành các kiến thức Chủ đề TRƯỜNG HẤP DẪN

Trường hấp dẫn. Định luật vạn vật hấp dẫn

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN