TIỂU LUẬN tiến trình lịch sử hình thành các kiến thức chủ đề TRƯỜNG hấp dẫn

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 ch

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………

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 dung Trường hấp dẫn ứng với chương trình 2018 cho môn học 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

đề Trường hấp dẫn

- 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 đề Trường hấp dẫn.

- 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

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

Trường hấp dẫn

Tuần 2 HĐ1: Tra cứu, tìm kiếm Tìm kiếm trên Wikipedia và Google Scholar , cố Tìm được các tài

Vật lí 11

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

soạn Sắp xếp các bài tương ứng với yêu cầu cần đạt của chủ đề Trường hấp dẫn Các bài đáp ứng đủ yêu cầu cần

đạt, các bài học sát thực tiễn, hấp dẫn và có tính ứng dụng cao.

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.

Bảng phân công nhiệm vụ từng thành viên

Họ và tên SV Trần Thị Thùy

Linh Lê Thanh Mai Nguyễn Thị Suốt Huyền Trang Nguyễn Thị Nguyễn Đức Thanh Thủy Tuần 1

Tuần 2 Tuần 3 Tuần 4 Tuần 5

Bảng báo cáo kế hoạch thực hiện hàng tuần từng thành viên

Họ và tên SV Trần Thị Thùy

Linh Lê Thanh Mai Nguyễn Thị Suốt Huyền Trang Nguyễn Thị Nguyễn Đức Thanh Thủy Tuần 1

Tuần 2 Tuần 3 Tuần 4 Tuần 5

Phần 1: Trình bày ngắn gọn nội dung tri thức ứng với chương trình 2018 cho môn học Vật lí 11

I Trường hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn

-Nhiều hiện tượng tự nhiên chứng tỏ rằng có vật có khối lượng luôn luôn tương tác lên nhau những lực hút.Trọng lực là lực hút của Quả đất đối với các vật chung quanh nó Qủa đất quay chung quanh Mặt Trời là do lực hút của Mặt Trời; Mặt Trăng quay chung quanh Qủa đất là do

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 quanh một 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.

2 Công thức tính lực hấp dẫn

Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kì tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

- Công thức của lực hấp dẫn được biểu diễn như sau:

F hd = G m 1 m 2

r 2 Trong đó:

 m 1 , m 2 là khối lượng của hai vật

 r là khoảng cách giữa hai vật

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 năng E k lớn hơn thế năng E p ,

xét khi khoảng cách r tiến đến vô cùng, khi đó cơ năng E=m v ∞ 2 /2 => quỹ đạo của vật m bây

II Cường độ trường hấp dẫn

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:

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/s 2 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:

(với r là khoảng cách được đo từ tâm Trái Đất)

- 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 hấp dẫn âm ở bất kỳ khoảng cách hữu hạn nào.

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

r

(đơn vị: J/kg) Trong đó: G là hằng số hấp dẫn,

F là lực hấp dẫn

Nguồn: Trường hấp dẫn 2

W t = m|⃗g|h = mgh

Trong đó:

W t là thế năng của vật trong trọng trường (đơn vị: J)

m là khối lượng của vật (đơn vị: kg)

⃗g là vectơ gia tốc trọng trường (g = const = 9,81 (đơn vị: m/s 2 ))

h là độ cao của vật so với mặt đất (đơn vị: m) Khi ở trên mặt đất h=0 => W t = 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 trong trường Nếu quãng đường di chuyển song song với trọng trường là Δh thì sự thay đổi của thế năng (hiệu thế năng hấp dẫn) là:

∆W t = mg.∆ h

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 1

4.1 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 tốc góc) giống như sự tự quay của Trái Đất Nó là trường hợp đặc biệt của quỹ đạo địa đồng bộ, và là quỹ đạo được những người khai thác hoạt động của vệ tinh nhân tạo ưa thích (bao gồm các vệ tinh viễn thông và truyền 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 trên Trái 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

Trên quỹ đạo địa tĩnh, vệ tinh không bị đẩy về phía Trái Đất mà cũng không bay ra xa khỏi nó Vì thế, các lực tác động lên vệ tinh phải triệt tiêu lẫn nhau (theo Định luật 1 Newton về chuyển động), chủ yếu

là lực ly tâm và lực hướng tâm (ở đây coi các lực khác là không đáng kể) Vậy ta có PT:

F ht = F lt

Áp dụng định luật 2 Newton về chuyển động, ta có: F=ma

 m vt a g = m vt a c (m vt ≠ 0: khối lượng vật thể)

 r là bán kính quỹ đạo (m) tính từ tâm Trái Đất.

- Cường độ của tương tác hấp dẫn là:

|a g | ¿ M e G

r 2 (2)

trong đó: α=360 o =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) trong đó: r = 42 164 (km)

R = 6 378 (km) là bán kính Trái Đất Vận tốc quỹ đạo (cho biết vệ tinh quay trong không gian nhanh đến mức nào):

v=ω.r= ¿ 3,07 km/s = 11 052 km/h

https://vi.wikipedia.org/wiki/Qu%E1%BB%B9_%C4%91%E1%BA%A1o_%C4%91%E1%BB%8Ba_t

%C4%A9nh

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 là đáng 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 như vậy, mỗi vệ tinh cách nhau 120 o kinh độ, có thể cung cấp vùng phủ sóng của toàn bộ hành tinh, ngoại trừ các vùng hình tròn nhỏ tập trung ở các cực địa lý Bắc và Nam Một vệ tinh địa tĩnh có thể được truy cập bằng cách sử dụng một ăng-ten định hướng, thường là một đĩa nhỏ, nhắm vào vị trí trên bầu trời nơi vệ tinh dường như bay lơ lửng

*Ưu điểm:

 Ưu điểm chính của loại vệ tinh này là thực tế có thể nhắm vào một ăng-ten định hướng trên mặt đất

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 nguồn trên 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, số lượng vệ tinh có thể được duy trì trong quỹ đạo địa tĩnh mà không có xung đột lẫn nhau (hoặc thậm chí 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 là 71.600 km Do đó, độ trễ ít nhất 240 ms được đưa ra khi một tín hiệu EM, di chuyển với tốc độ 300.000 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.

Từ điều kiện trên, ta suy ra:

Với:

Nếu vận tốc ban đầu v o < v I vệ tinh sẽ rơi xuống Trái Đất.

Nếu v o > 7,9km/s ( nhưng nhỏ hơn vận tốc cấp 2 v II = 11,2km/s) thì vệ tinh sẽ chuyển động xung quanh Trái 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 một vật thể không phụ thuộc vào khối lượng mà là "bản chất" của nó.

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

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 các phép đo cẩn thận, quả bóng lăn xuống theo mặt phẳng nghiêng, Galileo cho thấy gia tốc trọng trường là như nhau cho tất cả các vật thể Và niềm tin của Aristotle rằng các vật nặng hơn có gia tốc trọng trường cao hơn có một sự khởi đầu lớn Galileo cho rằng sức cản không khí là lý do khiến các vật thể có khối lượng nhỏ hơn rơi chậm hơn trong bầu khí quyển Công trình của Galileo đã tạo tiền đề cho việc hình thành 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 giả thuyết về định luật nghịch đảo bình phương của trọng lực phổ quát Newton đã viết, "Tôi đã suy luận rằng các lực giữ các hành tinh trong quỹ đạo của chúng phải [tương ứng] với nhau như bình phương khoảng cách của chúng từ các trung tâm mà chúng quay tròn: và do đó so sánh lực cần thiết để giữ Mặt trăng trong quỹ 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 Vào cuối thế kỷ 19, người ta đã biết rằng quỹ đạo của nó cho thấy những nhiễu loạn nhỏ không thể giải thích hoàn toàn theo lý thuyết của Newton, nhưng tất cả các tìm kiếm cho một vật thể nhiễu loạn khác (như một hành tinh quay quanh Mặt trời và thậm chí gần hơn Sao Thủy) đã không có kết quả Vấn đề này đã được giải quyết vào năm 1915 bởi thuyết tương đối mới của Albert Einstein, tính toán cho sự khác biệt nhỏ trong quỹ đạo của Sao Thủy Sự khác biệt này là sự tiến bộ trong sự đi nhanh hơn của Sao Thủy với chênh lệch 42,98 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 hầu hết 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.

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 lực không thể phân biệt được từ các khía cạnh nhất định của gia tốc và giảm tốc Cách đơn giản nhất để kiểm tra nguyên lý tương đương yếu là thả 2 vật có khối lượng hoặc thành phần khác nhau trong chân không và xem liệu chúng có chạm đất cùng một lúc không Các thí nghiệm như vậy chứng minh rằng tất cả các vật thể 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 v o của 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 thí nghiệm 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 một lực Điểm khởi đầu cho thuyết tương đối rộng là nguyên lý tương đương, đánh giá sự rơi tự do với chuyển động quán tính là như nhau và mô tả các vật thể quán tính rơi tự do khi được gia tốc so với các quan sát viên không quán tính trên mặt đất Tuy nhiên, trong vật lý Newton, không có gia tốc như vậy có thể xảy ra trừ 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 dọc theo các đường thẳng cục bộ (trắc địa) trong không thời gian cong Giống như định luật chuyển động đầu tiên của Newton, lý thuyết của Einstein nói rằng nếu một lực được tác dụng lên một vật thể, nó sẽ lệch khỏi một trắc địa Ví dụ như, chúng ta không còn theo dõi trắc địa trong khi đứng vì sức cản cơ học của Trái Đất tác động lên một lực hướng lên chúng ta và kết quả: chúng ta không có quán tính trên mặt đất Điều này giải 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 quan đến sự hiện diện của vật chất và độ cong của không thời gian Các phương trình trường Einstein là một tập hợp của 10 phương trình đồng thời, phi tuyến tính, phương trình vi phân Các giải pháp của phương trình trường là các thành phần của thang đo hệ số không thời gian Một tenxơ mét mô tả một hình học của không thời 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 Isaac 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 của Trái Đất, tại đó ta bắn một viên đạn, tùy vào tốc độ ban đầu v o của viên đạn sẽ xảy ra trường hợp:

+ v o nhỏ khiến viên đạn rơi trở lại Trái Đất do lực hấp dẫn của Trái Đất + v o của viên đạn đủ lớn khiến viên đạn chuyển động tròn quanh Trái Đất và trở thành một vệ tinh nhân tạo của Trái Đất Và khi đó v o được 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 tưởng Arthur C Clarke vào năm 1945 Ông đã nghiên cứu về cách phóng các vệ tinh này, quỹ đạo của chúng và nhiều 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

Vệ tinh thời tiết thu ảnh đầu tiên, TIROS-1 Uhuru, vệ tinh khám phá bằng tia X đầu tiên vào năm 1970

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 bay trên 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 viễn tưởng phổ biến lần đầu tiên năm 1945 như là các quỹ đạo có ích cho các vệ tinh viễn thông Do đó, đôi khi các quỹ đạo này còn được nói đến như là các quỹ đạo Clarke Tương tự, "vành đai Clarke" là một phần của

khoảng không vũ trụ nằm phía trên mực nước biển trung bình khoảng 35.786 km trong mặt phẳng xích đạo, 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 theo hướng tây.

• Quỹ đạo dưới đồng bộ hay quỹ đạo trôi dạt - quỹ đạo gần nhưng bên dưới GEO Được sử dụng cho các 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 địa tĩnh, với việc phóng được vệ tinh nhân tạo Việt Nam đã tiết kiệm 10 triệu USD mỗi năm Việt Nam là nước thứ 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, xây dựng trạm mặt đất, bảo hiểm Dự tính vệ tinh hoạt động được từ 15 - 20 năm và được khoảng 20 công

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:

TT Tên bài học tiết Số Yêu cầu cần đạt của bài học

1

Trường hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn

4

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

– Thảo luận (qua hình vẽ, tài liệu đa phương tiện), nêu được: 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.

– Nêu được: Khi xét trường hấp dẫn ở một điểm ngoài quả cầu đồng nhất, khối lượng của quả cầu 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 giản trong trường hấp dẫn.

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.

4

Thế hấp dẫn và thế năng hấp dẫn

5 Tìm hiểu vũ trụ cấp 1 3 - Giải thích được sơ lược chuyển động của vệ tinh địa tĩnh, rút ra được công thức tính tốc độ vũ trụ cấp 1.

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 bình phương khoản cách giữa chúng.

- 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 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 VL1.4

- Nêu được: 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.

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

- Năng lực tự chủ và tự học + Tự nghiên cứu tài liệu, tự vạch ra hướng giải quyết các nhiệm vụ học tập, tự chiếm lĩnh kiến thức TC.1.6

+ Tự nhận ra và điều chỉnh sai xót, hạn chế của bản thân trong qua trình học tập, tự rút kinh nghiệm để có thể vận dụng vào kiến thức khác, tự điều chỉnh cách học của mình TC.1.6

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 phỏng trong phần mềm Matlab

Hình vẽ, tài liệu đa phương tiện liên quan đến bài học III 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 đi vào 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 nhận xét 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

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

+Điều gì khiến cho các vật rơi về phía Trái Đất

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

HS suy nghĩ trả lời Theo định luật III Newton thì vật sẽ hút lại

+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?

TĐ 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 :

- 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 quả cầu 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

b Nội dung hoạt động

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:

Hoạt động của GV Hoạt động của HS

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? HS trả lời: Khác với lực đàn hồi và lực ma sát là lực tiếp xúc Lực hấp dẫn là

lực tác dụng từ xa qua khoảng không gian giữa các vật

Chú ý tiếp thu đặc điểm của lực

HS có thể trả lời: Lực hấp dẫn phụ thụ vào khối lượng của các vật và khoảng

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 trong nó

Bài toán: Cho 2 vật, khối lượng lần lượt là

m 1 ; m 2 , đặt cách nhau một khoảng r (hình vẽ)

a Hãy vẽ các vectơ thể hiện lực hấp dẫn giữa 2 vật.

b Nhận xét về đặc điểm của các vectơ lực vừa vẽ.

- 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

cách giữa chúng

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 tại

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.

của lực hấp dẫn trên Trái Đất

HS thảo luận suy nghĩ: đo khoảng cách hai tâm của Trái Đất và Mặt Trăng

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

- Điểm đặt của trọng lực ở đâu?

-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?

a Mục tiêu:

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

b Nội dung hoạt động

GV giao bài tập cho học sinh, HS làm bài độc lập Sau đó trao đổi với bạn cùng bàn về cách làm và phương 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.

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.

A 1,0672.10 -8 N.

B 1,0672.10 -6 N.

C 1,0672.10 -7 N.

D 1,0672.10 -5 N.

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 lúc này là

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

Mời các HS khác nhận xét

GV nhận xét và chốt đáp án

HS nhận bài tập Giải bài tập trao đổi với bạn cùng bàn Trình bày và nhận xét

Hoạt động 4: Vận dụng (15 phút)

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, sau khi 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 vở của 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:

– 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.

1 Chuyển giao nhiệm vụ:

GV chia lớp thành 4 nhóm, và giao nhiệm vụ trả lời các câu hỏi sau:

- Tại sao hằng ngày ta không cảm nhận được lực hấp dẫn giữa ta với các vật xung quanh như bàn,ghế,tủ,…?

- Vì sao chỉ chú ý đến trường hấp dẫn xung quanh những vật thể có khối lượng rất

lớn (Mặt Trời, Trái Đất,…)?

- Tìm thêm ví dụ thực tế về lực hấp dẫn.

2 Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Đại diện từng nhóm báo cáo.

- HS ghi lại câu trả lời sau khi Gv chữa và nộp vở.

- HS tự ghi nhớ nội dung trả lời đã hoàn thiện.

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

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:

- 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/r2 cho 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 được phương trình g = GM/r2 cho trường hợp đơn giản

c) Sản phẩm: Câu trả lời của học sinh

d) Tổ chức thực hiện:

Hoạt động của GV Hoạt động của HS

GV đặt câu hỏi khơi gợi kiến thức:

Những vật đặt trong trường hấp dẫn có

HS trả lời: Lực hấp dẫn phụ thụ vào khối lượng của các vật và khoảng cách giữa chúng.

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

m một khoảng r (hình vẽ):

Câu hỏi: Lực hấp dẫn do m tác dụng lên m’?

- Nhận xét câu trả lời của HS:

: véctơ đơn vị có phương trùng với phương thẳng đứng đường thẳng nối mm’

- 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 lực lực hấp dẫn tác dụng lên m’

tại một vị trí r cách m không?

GV chốt kiến thức:

Biểu thức : Trong đó: H ( N/kg ) hoặc (m/ )

- Tự điều chỉnh sai sót trong quán trình học tập và rút ra được kinh nghiệm cho bản thân.

• Tự lực: chủ động, tích cực tìm hiểu về một số hiện tượng đơn giản về trường hấp dẫn.