HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh Johannes Kepler (Hình 1.1) cho HS quan sát và giới thiệu về ba định luật Kepler.

Ba định luật Kepler về chuyển động của các hành tinh do Johannes Kepler xây dựng vào khoảng thế kỉ XVII. Ba định luật này là cơ sở thực nghiệm quan trọng để Newton thiết lập biểu thức của định luật vạn vật hấp dẫn.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ tìm hiểu về sự tương tác giữa Trái Đất và các vật và trả lời nội dung Thảo luận 1 (SCĐ – tr5)

Xét gần đúng chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất là tròn đều, hãy xác định phương, chiều và tính toán độ lớn gia tốc của Mặt Trăng.

­- GV đặt câu hỏi:

+ Bản chất của lực tương tác giữa Trái Đất và Mặt Trăng là gì?

+ Nêu một số ví dụ chứng tỏ có sự tương tác giữa Trái Đất và các vật.

- Sau khi HS phát biểu, GV nhận xét và kết luận sự tương tác giữa Trái Đất và các vật.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ, chăm chú nghe GV giảng bài, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. TƯƠNG TÁC GIỮA TRÁI ĐẤT VÀ CÁC VẬT

*Thảo luận 1 (SCĐ – tr5)

Gia tốc của Mặt Trăng khi chuyển động tròn xung quanh Trái Đất có:

+ Điểm đặt: tại tâm Mặt Trăng.

+ Hướng: về tâm Trái Đất.

+ Độ lớn:

Chứng minh công thức xác định độ lớn gia tốc hướng tâm từ các công thức sau: ,  và  ; suy ra:  =>

Thay vào biểu thức tính gia tốc hướng tâm, ta được: , với r là khoảng cách từ tâm của Trái Đất đến tâm Mặt Trăng, T là thời gian Mặt Trăng quay một vòng xung quanh Trái Đất.

*Kết luận:

- Theo định luật III Newton, lực do Trái Đất tác dụng lên vật phải bằng lực do vật tác dụng lên Trái Đất. Như vậy, lực này cần tỉ lệ thuận với khối lượng của Trái Đất và vật. Ngoài ra, các tính toán của Newton cho thấy lực này tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ tâm của Trái Đất đến tâm của vật. Do đó, ta có:

Trong đó:

+ r là khoảng cách từ tâm Trái Đất đến tâm của vật.

+ M và m lần lượt là khối lượng của Trái Đất và vật.

+ G là hằng số tỉ lệ, được gọi là hằng số hấp dẫn, có giá trị được xác định từ thực nghiệm vào khoảng 6,67.10^-11 N.m².kg².

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1, 2: Tìm hiểu về nội dung và điều kiện áp dụng định luật vạn vật hấp dẫn

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SCĐ và tìm hiểu về nội dung định luật.

- GV đặt câu hỏi:

+ Lực hấp dẫn do vật A tác dụng lên vật B có phương, chiều như thế nào?

+ Lực hấp dẫn giữa hai điểm A và B được xác định bởi công thức nào?

+ Biểu diễn lực hấp dẫn giữa hai chất điểm trên hình vẽ.

*Gợi ý: Lực hấp dẫn do vật A tác dụng lên vật B có phương nằm trên AB, chiều hướng về A và có độ lớn .

- Sau khi HS trả lời, GV nhận xét và kết luận về Nội dung định luật vạn vật hấp dẫn, yêu cầu HS ghi bài vào vở.

- GV yêu cầu HS theo nhóm đôi, hướng dẫn HS theo dõi SCĐ và chú trọng nhấn mạnh điều kiện áp dụng của định luật vạn vật hấp dẫn.

- GV đặt câu hỏi:

+ Theo Newton, định luật vạn vật hấp dẫn có thể áp dụng vào trường hợp nào?

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi và trả lời nội dung Thảo luận 2 (SCĐ – tr6)

Nêu một số ví dụ những vật trong thực tế có thể xem gần đúng là những quả cầu đồng nhất.

- Sau khi HS phát biểu, GV nhận xét và kết luận về nội dung và điều kiện áp dụng định luật vạn vật hấp dẫn, yêu cầu HS ghi bài vào vở.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ, chăm chú nghe GV giảng bài, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện 1 – 2 HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

Nhiệm vụ 3: Vận dụng định luật vạn vật hấp dẫn

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, thảo luận và giải lại bài tập Ví dụ (SCĐ – tr7), không dựa vào lời giải trong SCĐ.

Xét chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất, giả sử chuyển động của Mặt Trăng được xem gần đúng là chuyển động tròn đều. Biết hằng số hấp dẫn khối lượng Trái Đất m_TĐ = 5,97.10²⁴ kg và khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng là r = 3,85.10⁸ m.

a) Tính chu kì quay của Mặt Trăng quanh Trái Đất.

b) Xét đoạn thẳng nối tâm của Trái Đất và Mặt Trăng, hãy xác định khoảng cách từ Trái Đất đến vị trí mà khi vật đặt tại đó, tổng hợp lực hấp dẫn của Trái Đất và Mặt Trăng tác dụng lên bằng 0.

- GV hướng dẫn HS trả lời nội dung Thảo luận (SCĐ – tr8)

Thảo luận 3 (SCĐ – tr8)

Không cần tính toán, hãy dự đoán xem điểm P gần Trái Đất hay Mặt Trăng hơn. Vì sao?

Thảo luận 4 (SCĐ – tr8)

Xác định lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên Mặt Trăng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ, chăm chú nghe GV giảng bài, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện một số nhóm HS trình bày bài giải trên bảng.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung luyện tập.

II. ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

1. Nội dung định luật

- Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm A, B tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng m_A, m_B của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r giữa chúng.

- Lực hấp dẫn do vật A tác dụng lên vật B có điểm đặt tại vật B, luôn có phương nằm trên đường thẳng nối AB, chiều hướng về vật A và có độ lớn được xác định theo công thức .

2. Điều kiện áp dụng

- Định luật vạn vật hấp dẫn có thể được áp dụng cho tương tác giữa:

+ Hai vật được coi là chất điểm.

+ Hai vật không được coi là chất điểm nhưng có dạng cầu đồng nhất (có khối lượng phân bố đều).

*Thảo luận 2 (SCĐ – tr6)

- Những vật trong thực tế có thể xem gần đúng là những quả cầu đồng nhất: Viên bi ve thủy tinh, viên bi da, Mặt Trăng, Trái Đất, Mặt Trời,…

3. Vận dụng định luật vạn vật hấp dẫn

Ví dụ (SCĐ – tr7)

- Chu kì quay của Mặt Trăng xung quanh Trái Đất:

b) Khi đặt một vật có khối lượng m tại một điểm trong không gian, vật sẽ chịu tác dụng của lực hấp dẫn do Trái Đất và Mặt Trăng tác dụng, lần lượt hướng về tâm của Trái Đất và Mặt Trăng.

Do đó, để vật không còn chịu tác dụng của hai lực hấp dẫn này thì vật phải được đặt tại điểm P trên đoạn thẳng nối tâm và ở giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Khi này, lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật và lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên vật là cặp lực cân bằng (Hình 1.4).

Gọi r là khoảng cách nối tâm của Trái Đất và Mặt Trăng, x là khoảng cách từ điểm P đến tâm Trái Đất. M_TĐ và M_MT lần lượt là khối lượng của Trái Đất và Mặt Trăng.

Ta có:

*Thảo luận 3 (SCĐ – tr8)

Vì độ lớn lực hấp dẫn tỉ lệ thuận với tích khối lượng của hai vật (vật và Trái Đất hoặc vật và Mặt Trăng) mà khối lượng của Trái Đất lớn hơn khối lượng của Mặt Trăng nên vị trí mà tại đó lực hấp dẫn tổng hợp của Trái Đất và Mặt Trăng tác dụng lên vật bị triệt tiêu phải nằm gần Mặt Trăng hơn so với Trái Đất.

*Thảo luận 4 (SCĐ – tr8)

Lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên Mặt Trăng có:

+ Điểm đặt: tại tâm Mặt Trăng.

+ Hướng: về tâm Trái Đất.

+ Độ lớn: , với r là khoảng cách từ tâm của Trái Đất đến tâm của Mặt Trăng.