Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 11 cánh diều Bài 2: Cường độ trường hấp dẫn, thế hấp dẫn và thế năng hấp dẫn

RẤT VUI ĐƯỢC GẶP LẠI CÁC EM TRONG TIẾT HỌC HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG

► Video nhà du hành

di chuyển trên Mặt Trăng

Lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu hơn của Trái Đất nên khi di chuyển trên đó, các nhà thám hiểm có thể bật nhảy một cách dễ dàng, mặc dù họ đang mang một bộ quần áo bảo hộ cồng kềnh.

Tại một vị trí, độ mạnh, yếu của trường hấp dẫn phụ thuộc vào những yếu tố nào?

BÀI 2: CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN. THẾ HẤP DẪN VÀ THẾ NĂNG HẤP DẪN

NỘI DUNG BÀI HỌC

I.

Cường độ trường hấp dẫn

II.

Thế năng hấp dẫn

III.

Thế hấp dẫn

I.

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN

1. ĐỊNH NGHĨA CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN

Cường độ trường hấp dẫn g tại một điểm được xác định bằng lực hấp dẫn tác dụng lên một đơn vị khối lượng của vật có kích thước nhỏ đặt tại điểm đó.

Trong đó:

• F là lực hấp dẫn tác dụng lên vật nhỏ khối lượng m.
• g là cường độ trường hấp dẫn, có đơn vị đo là N/kg hoặc m/s2.

Chú ý:

Cường độ trường hấp dẫn là một đại lượng vectơ có hướng trùng với hướng của lực hấp dẫn, độ lớn tính bằng lực hấp dẫn tác dụng lên một đơn vị khối lượng của vật nhỏ đặt tại điểm đang xét.

Quan sát hình 2.2 và nêu đặc điểm của cường độ trường hấp dẫn tại một điểm.

Cường độ trường hấp dẫn tại một điểm luôn tiếp tuyến và cùng hướng với đường sức trường hấp dẫn tại điểm đó.

2. CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN CỦA MỘT VẬT ĐỒNG CHẤT HÌNH CẦU

Nhắc lại công thức tính lực hấp dẫn.

Từ công thức tính lực hấp dẫn và công thức tính cường độ trường hấp dẫn, hãy rút ra công thức tính cường độ trường hấp dẫn của một vật đồng chất hình cầu.

Nhận xét về độ mạnh yếu của cường độ trường hấp dẫn.

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

GHI NHỚ

• Ở khoảng cách càng xa tâm quả cầu, cường độ trường hấp dẫn càng yếu.

Luyện tập (SGK - tr.12)

a) Dựa vào Bảng 2.1, xác định cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt các thiên thể.

b) Các kết quả tính được giúp ích gì cho bạn trong việc giải thích vì sao Mặt Trăng có lớp khí quyển rất mỏng (gần như không có) trong khi Mặt Trời có lớp khí quyển rất dày?

Bảng 2.1

Bài giải

a) Tính cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt dựa vào công thức:

b) Cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trời lớn hơn cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng rất nhiều lần. Do đó, lực hấp dẫn của Mặt Trời giữ cho nó có lớp khí quyển dày bao quanh, trong khi đó lực hấp dẫn của Mặt Trăng quá yếu khiến cho lớp khí quyển từng tồn tại quanh bề mặt Mặt Trăng trước đây thoát dần vào không gian.

3. CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN GẦN BỀ MẶT TRÁI ĐẤT

Nêu đặc điểm

cường độ trường hấp dẫn ở các vị trí gần bề mặt Trái Đất.

Đặc điểm cường độ trường hấp dẫn ở các vị trí gần bề mặt Trái Đất:

Có độ lớn như nhau.

Có hướng song song.

Trường hấp dẫn ở gần bề mặt Trái Đất trong phạm vi hẹp được coi là trường hấp dẫn đều.

Câu hỏi 1 (SGK - tr.13)

Sử dụng số liệu ở Bảng 2.1, chứng minh rằng, cường độ trường hấp dẫn tại một điểm gần bề mặt Trái Đất chính là gia tốc rơi tự do của vật khi được thả rơi tại điểm đó.

Bảng 2.1

Bài giải

Câu hỏi 2 (SGK - tr.13)

Khối lượng Mộc Tinh lớn hơn khối lượng Trái Đất 320 lần trong khi bán kính của nó lớn hơn bán kính Trái Đất 11,2 lần. Nếu cường độ trường hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất là 9,81 N/kg thì cường độ trường hấp dẫn trên bề mặt Mộc Tinh là bao nhiêu?

9,81 N/kg

? N/kg

Bài giải

Thí nghiệm chứng minh trường hấp dẫn trong phạm vi phòng học là trường lực đều

HOẠT ĐỘNG 6 - 8 NHÓM

Dụng cụ:

Lực kế lò xo và vật có móc treo.

Tiến hành:

Sử dụng lực kế móc vật tại các vị trí khác nhau trong phòng học, xác định hướng của lực hấp dẫn và độ mạnh của lực hấp dẫn.

Thông qua thí nghiệm ta có:

• Hướng của lực hấp dẫn: phương thẳng đứng, chiều hướng từ trên xuống dưới.
• Độ mạnh của lực hấp dẫn (số chỉ lực kế).

Kết luận: Trường hấp dẫn trong phạm vi phòng học là trường lực đều.

II.

THẾ NĂNG HẤP DẪN

Nêu khái niệm thế năng hấp dẫn.

Nêu cách xác định thế năng hấp dẫn của vật trong trường hấp dẫn đều gần bề mặt Trái Đất (dựa vào hình 2.4).

NHẮC LẠI KIẾN THỨC

Hình 2.4. Công thực hiện để nâng vật lên độ cao h chuyển hóa thành thế năng hấp dẫn của vật

GHI NHỚ

• Trong trường hợp tổng quát, người ta chọn mốc tính thế năng hấp dẫn ở vị trí cường độ trường hấp dẫn bằng không (coi là xa vô cùng).
• Thế năng hấp dẫn của vật khi ở tại một vị trí trong trường hấp dẫn bằng công mà lực hấp dẫn thực hiện để đưa vật từ vị trí đó về mốc thế năng.

Hình 2.5. Tàu vũ trụ có thế năng Wt trong trường hấp dẫn của Trái Đất

III.

THẾ HẤP DẪN

• Để đặc trưng cho thế năng hấp dẫn tại một điểm, ta xét thế năng hấp dẫn tính trên một đơn vị khối lượng đặt tại điểm đó. Đại lượng này được gọi là thế hấp dẫn.
• Thế hấp dẫn gây bởi quả cầu đồng chất có khối lượng M tại điểm cách tâm một khoảng r là:

Câu hỏi 3 (SGK - tr.15)

Từ công thức (2.5) chứng minh thế hấp dẫn bằng 0 ở các điểm xa vô cùng. Dấu “–” trong công thức (2.5) cho biết điều gì về thế hấp dẫn?

Gợi ý:

Dấu “–” cho biết thế hấp dẫn tỉ lệ thuận với r, r càng lớn thì ϕ càng lớn và ngược lại.

--------------- Còn tiếp ---------------