Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 11 chân trời Bài 1: Định luật vạn vật hấp dẫn

CHÀO MỪNG CÁC EM

ĐẾN VỚI BÀI HỌC HÔM NAY!

Video Trái Đất chuyển động xung quanh Mặt Trời:

KHỞI ĐỘNG

Trong tác phẩm Principia, bên cạnh việc phát triển ba định luật về chuyển động, Newton cũng trình bày những nghiên cứu liên quan đến chuyển động của các hành tinh và Mặt Trăng. Đặc biệt, ông luôn đặt câu hỏi về bản chất của lực tác dụng để giữ cho Mặt Trăng chuyển động trên quỹ đạo gần tròn xung quanh Trái Đất.

Vậy độ lớn, phương và chiều của lực đó có đặc điểm như thế nào?

BÀI 1: ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN

CHUYÊN ĐỀ 1: TRƯỜNG HẤP DẪN

NỘI DUNG BÀI HỌC

01

Tương tác giữa Trái Đất và các vật

02

Định luật vạn vật hấp dẫn

01

TƯƠNG TÁC GIỮA TRÁI ĐẤT VÀ CÁC VẬT

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.

Hình 1.1. Johannes Kepler (1571 – 1630)

Thảo luận 1 (SGK - tr.5)

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.

HOẠT ĐỘNG NHÓM

Giải

THẢO LUẬN

• 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.

GHI NHỚ

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.

02

ĐỊNH LUẬT

VẠN VẬT HẤP DẪN

HOẠT ĐỘNG NHÓM

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

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?

A

B

r

Trả lời các câu hỏi:

• Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm A, B:

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

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 (SGK - tr.6)

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

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,…

Ví dụ:

Ví dụ (SGK- tr.7)

3. Vận dụng định luật vạn vật hấp dẫn

Ví dụ (SGK - tr.7)

Giải:

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. MTĐ và MMT lần lượt là khối lượng của Trái Đất và Mặt Trăng.

Thảo luận 3 (SGK - tr.8)

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

Thảo luận 4 (SCĐ - tr.8)

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

HOẠT ĐỘNG NHÓM

Thảo luận 3 (SGK - tr.8)

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.

với r là khoảng cách từ tâm của Trái Đất đến tâm của Mặt Trăng.

Thảo luận 4 (SGK - tr.8)

NGÔI SAO MAY MẮN

Câu 1: Hai tàu thủy, mỗi chiếc có khối lượng 50 000 tấn ở cách nhau 1 km. So sánh lực hấp dẫn giữa chúng với trọng lượng của một quả cân có khối lượng 20 g. Lấy g = 10m/s2.

A. Nhỏ hơn

C. Lớn hơn

B. Bằng nhau

D. Không xác định được

A. Nhỏ hơn

Câu 2: Lực hút của Trái Đất đặt vào một vật khi vật ở mặt đất là 45 N, khi vật ở độ cao h là 5 N. Biết bán kính Trái Đất là R. Độ cao của h là:

Câu 3: Khi khối lượng của hai vật và khoảng cách giữa chúng đều tăng lên gấp ba thì lực hấp dẫn giữa chúng có độ lớn:

A. tăng gấp 3 lần

C. tăng gấp 9 lần.

B. giảm đi 3 lần.

D. không thay đổi.

D. không thay đổi.

Câu 4: Một người có khối lượng 50 kg hút Trái Đất một lực bằng bao nhiêu? Lấy g = 9,8 m/s2.

A. 490,5 N.

C. 49,05 N.

B. 50 N.

D. 500 N.

A. 490,5 N.

Câu 5: Hai quả cầu giống nhau, mỗi quả cầu có khối lượng m = 2000 kg. Lực hấp dẫn giữa hai quả cầu khi tâm của chúng cách nhau 25 dm là bao nhiêu?

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