Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 11 cánh diều Bài 3: Chuyển động trong trường hấp dẫn

CHÀO MỪNG CÁC EM

ĐẾN VỚI LỚP HỌC MÔN VẬT LÍ!

KHỞI ĐỘNG

Vinasat-1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng vào không gian ngày 18/4/2008. Với khối lượng 2 637 kg và quay quanh Trái Đất ở độ cao trung bình là 35 786 km, Vinasat-1 có vùng phủ sóng rộng lớn gồm toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và một phần các nước trong khu vực Châu Á, Châu Úc và Hawaii.

Vệ tinh địa tĩnh Vinasat-1

Vinasat-1 mất đúng một ngày để thực hiện một vòng quay quanh Trái Đất.

Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh có vai trò gì trong chuyển động với quỹ đạo và chu kì quay đặc biệt này?

BÀI 3:

CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HẤP DẪN

NỘI DUNG BÀI HỌC

I

Chuyển động trong trường hấp dẫn

II

Tốc độ vũ trụ cấp I

I.

1. Vận tốc của vệ tinh

Đối với vật quay

quanh một hành tinh, lực hấp dẫn đóng vai trò là lực hướng tâm giữ vật đó trên quỹ đạo.

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Thảo luận 1 (SGK - tr.18)

Viết công thức tính lực hướng tâm tác dụng lên các vật chuyển động tròn đều.

Từ mối liên hệ giữa lực hướng tâm và lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh, hãy rút ra biểu thức tính vận tốc của vệ tinh.

GHI NHỚ

trong đó, M là khối lượng của Trái Đất và r là khoảng cách từ vệ tinh tới tâm Trái Đất.

Rút gọn biểu thức ta thu được công thức tính vận tốc quỹ đạo:

2. Chu kì của vệ tinh

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Từ công thức tính vận tốc của vệ tinh, rút ra công thức tính chu kì của vệ tinh.

Nêu mối liên hệ giữa chu kì với bán kính quỹ đạo r của vệ tinh.

GHI NHỚ

• Chu kì của vệ tinh chuyển động với tốc độ v trên quỹ đạo bán kính r được tính bằng công thức:

• Từ công thức tính vận tốc quỹ đạo, ta có:

Mối liên hệ giữa chu kì với bán kính quỹ đạo r của vệ tinh:

Bình phương chu kì của vệ tinh tỉ lệ thuận với lập phương bán kính quỹ đạo.

“

“

Luyện tập 1 (SGK - tr.18)

Xác định tốc độ chuyển động của vệ tinh Vinasat-1 khi nó ở quỹ đạo có độ cao trung bình 35 786 km so với mặt đất. Biết rằng, Trái Đất có khối lượng 5,97.1024 kg và bán kính 6 370 km. Tốc độ này có phụ thuộc vào khối lượng của vệ tinh hay không?

Luyện tập 2 (SGK - tr.19)

Tính chu kì chuyển động của vệ tinh Vinasat-1 dựa vào các thông số đã biết ở phần trên. Có nhận xét gì về kết quả tính được?

3. Vệ tinh địa tĩnh

HOẠT ĐỘNG NHÓM

Hình 3.3. Vệ tinh đĩa tĩnh nhận tín hiệu từ trạm phát và truyền tới anten thu

Hãy tìm hiểu về

đặc điểm chuyển động và ứng dụng của vệ tinh địa tĩnh.

GHI NHỚ

Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo Trái Đất (vĩ độ 0o) cách mực nước biển trung bình 35786 km.

Các vệ tinh ở quỹ đạo này quay với chu kì đúng bằng chu kì của Trái Đất quay quanh trục của nó (24h) → vệ tinh đứng yên tương đối so với mặt đất.

Các vệ tinh địa tĩnh thường được dùng làm vệ tinh viễn thông.

II.

TỐC ĐỘ VŨ TRỤ CẤP 1

Theo ý tưởng của Newton, một khẩu pháo được đặt trên đỉnh một ngọn núi rất cao phóng ra các viên đạn theo phương ngang với các tốc độ khác nhau:

Nếu tốc độ phóng nhỏ, viên đạn chuyển động theo quỹ đạo là một phần parabol.

Nếu tốc độ phóng đủ lớn, viên đạn sẽ chuyển động quanh Trái Đất theo một quỹ đạo tròn và trở thành vệ tinh nhân tạo của Trái Đất.

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Thảo luận 2 (SGK - tr.20)

Bỏ qua ảnh hưởng của ma sát với khí quyển, coi rằng tốc độ phóng của viên đạn bằng với tốc độ chuyển động của nó trên quỹ đạo tròn khi trở thành vệ tinh nhân tạo quanh Trái Đất. Rút ra công thức tính tốc độ vũ trụ cấp I trong công thức

Gợi ý

Nếu vệ tinh được phóng gần mặt đất, h << R, thì:

GHI NHỚ

Trong đó:

• M là khối lượng của Trái Đất, đơn vị là kg;
• R là bán kính Trái Đất, đơn vị là m.

được coi là tốc độ vũ trụ cấp I của Trái Đất.

Đó là tốc độ phóng ngang cần thiết để vật không rơi trở lại mặt đất, mà trở thành vệ tinh của Trái Đất.

VIDEO MỞ RỘNG

LUYỆN TẬP

Phần 1: Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Đối với vật quay quanh một hành tinh, lực nào đóng vai trò là lực hướng tâm giữ vật đó trên quỹ đạo?

A

Lực

li tâm

B

Lực

ma sát

C

Lực

hấp dẫn

D

Lực kéo

Câu 2: Chu kì của vệ tinh được xác định bằng công thức nào?

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