Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 11 chân trời Bài 3: Cường độ trường hấp dẫn

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

KHỞI ĐỘNG

Video tìm hiểu độ lớn lực hấp dẫn ở một số hành tinh và Mặt Trăng

Các nhà khoa học đã tính toán được rằng, xét cùng một vật, khi lần lượt đặt trên bề mặt của Mặt Trăng và Trái Đất thì độ lớn lực hấp dẫn do Mặt Trăng tác dụng lên vật chỉ bằng khoảng 17% độ lớn lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên vật.

Ta có thể khẳng định trường hấp dẫn của Mặt Trăng luôn yếu hơn Trái Đất hay không? Đại lượng nào đặc trưng cho độ mạnh yếu của trường hấp dẫn tại một điểm xác định trong không gian?

BÀI 3: CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN

NỘI DUNG BÀI HỌC

01

Khái niệm cường độ trường hấp dẫn

02

Cường độ trường hấp dẫn của Trái Đất

01

KHÁI NIỆM CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN

Thảo luận 1 (SGK - tr.15)

Đặt vật có khối lượng m vào một vị trí xác định trong trường hấp dẫn do vật có khối lượng M sinh ra. Xác định tỉ số giữa độ lớn lực hấp dẫn do vật khối lượng M tác dụng lên vật khối lượng m. Tỉ số này có phụ thuộc vào giá trị m không?

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Tỉ số giữa độ lớn lực hấp dẫn do vật khối lượng M tác dụng lên vật khối lượng m là

Tỉ số này không phụ thuộc vào khối lượng m của vật thử đặt tại vị trí đó.

Gợi ý

Thảo luận 2 (SGK - tr.15)

Dựa vào công thức (3.1) và định luật vạn vật hấp dẫn, hãy rút ra các đặc điểm và biểu thức độ lớn của cường độ trường hấp dẫn.

Có phương nối từ tâm vật tới điểm cần xét.

Có chiều hướng vào tâm của vật.

GHI NHỚ

• Cường độ trường hấp dẫn do chất điểm M sinh ra tại B (hình 3.1) là một đại lượng vectơ, cùng hướng với lực hấp dẫn do M tác dụng lên một chất điểm m đặt tại vị trí đó.
• Công thức xác định độ lớn của cường độ trường hấp dẫn do một chất điểm M sinh ra tại B cách M một đoạn r:

Luyện tập (SGK - tr.16)

Trên Hình 3.2, hãy xác định ba điểm trên đường thẳng OA mà cường độ trường hấp dẫn có độ lớn nhỏ hơn, bằng và lớn hơn gA. Biểu diễn vectơ cường độ trường hấp dẫn tại ba điểm đó.

▲Hình 3.2. Vectơ cường độ trường hấp dẫn do một quả cầu đồng nhất sinh ra ở các vị trí bên ngoài quả cầu

Bài giải

• Điểm có cường độ trường hấp dẫn có độ lớn nhỏ hơn gA là điểm nằm trên đường thẳng OA có khoảng cách đến điểm O lớn hơn giá trị của đoạn OA.
• Điểm có cường độ trường hấp dẫn có độ lớn bằng gA là điểm nằm trên đường thẳng OA có khoảng đến điểm O bằng giá trị đoạn OA (chính là điểm A' đối xứng với A qua O).

• Điểm có cường độ trường hấp dẫn có độ lớn lớn hơn gA là điểm nằm trên đường thẳng OA có khoảng cách đến điểm O nhỏ hơn giá trị của đoạn OA.

02

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN CỦA TRÁI ĐẤT

CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG HẤP DẪN CỦA TRÁI ĐẤT

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Thảo luận 3 (SGK - tr.15)

Tính toán và nhận xét về độ lớn của cường độ trường hấp dẫn Trái Đất ở bề mặt và giá trị gia tốc trọng trường đã được học trong chương trình môn Vật lí ở lớp 10.

Gợi ý

• Cường độ trường hấp dẫn do Trái Đất sinh ra ngay tại bề mặt của Trái Đất có độ lớn khoảng g0 = 9,81 m/s2.
• Xét một vật ở một độ cao h, khoảng cách từ vật đến tâm Trái Đất là r = RTĐ + h nên công thức tính cường độ trường hấp dẫn của Trái Đất là:

với MTĐ = 5,97.1024 kg là khối lượng của Trái Đất.

GHI NHỚ

Luyện tập (SGK - tr.17)

Xác định độ lớn cường độ trường hấp dẫn tại đỉnh Everest, nhận xét kết quả đạt được. Lấy bán kính Trái Đất tại đây khoảng 6376 km.

Đỉnh Everest (hình 3.3) là đỉnh núi cao nhất so với mực nước biển (bề mặt Trái Đất) và có độ cao là 8849 m. Biết cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt của Trái Đất (xét tại nơi có cùng vĩ độ) có độ lớn là 9,792 m/s2.

▲Hình 3.3. Đỉnh Everest

Bài giải

Độ lớn cường độ trường hấp dẫn tại đỉnh Everest là:

Kết quả đạt được nhỏ hơn độ lớn cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt của Trái Đất. Như vậy, càng lên cao thì độ lớn cường độ trường hấp dẫn của Trái Đất càng nhỏ.

VẬN DỤNG

Xét một phi thuyền không người lái, sau khi ra ngoài không gian thì tắt động cơ và chuyển động xa dần Trái Đất trên một đường thẳng (Hình 3.4). Biết tại một thời điểm nào đó, tốc độ của phi thuyền là 5 400 m/s. Sau một khoảng thời gian 600 s thì tốc độ của phi thuyền còn 5 100 m/s.

a) Giải thích tại sao tốc độ của phi thuyền lại giảm.

b) Xác định gia tốc trung bình của phi thuyền trong khoảng thời gian trên.

c) Cường độ trường hấp dẫn do Trái Đất sinh ra có độ lớn thay đổi thế nào trong quá trình chuyển động đang xét của phi thuyền?

Ví dụ (SGK - tr.17)

Bài giải

a) Khi phi thuyền bay ra xa Trái Đất thì phi thuyền vẫn chịu tác dụng của lực hấp dẫn của Trái Đất. Lực này ngược chiều chuyển động nên đóng vai trò là lực cản, làm cho tốc độ của phi thuyền giảm dần.

b) Chọn chiều dương là chiều chuyển động của phi thuyền. Gia tốc trung bình của phi thuyền trong khoảng thời gian đang xét là:

Do đó, cường độ trường hấp dẫn sẽ có độ lớn giảm dần.

Luyện tập (SGK - tr.18)

Biết bán kính và khối lượng trung bình của Trái Đất và Mặt Trăng lần lượt là RTĐ = 6371 km, MTĐ = 5,97.1024 kg, RMT = 1737 km, MMT = 7,35.1022 kg. Giải thích tại sao nhà du hành vũ trụ trên Mặt Trăng có thể dễ dàng nhảy lên cao (hình 3.5) dù mang trên người bộ đồ rất nặng (khoảng 127 kg).

► Hình 3.5. Nhà du hành vũ trụ Neil Armstrong

(1930 - 2020) nhảy lên Mặt Trăng

Bài giải

Vì độ lớn cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt của Mặt Trăng nhỏ hơn 6 lần so với Trái Đất nên lực hấp dẫn do Mặt Trăng tác dụng lên nhà du hành vũ trụ cũng có độ lớn nhỏ hơn 6 lần so với Trái Đất.

Nhà du hành có thể dễ dàng nhảy lên cao khi đứng trên bề mặt của Mặt Trăng dù mang bộ đồ rất nặng.

TRÒ CHƠI KHÁM PHÁ TRÁI ĐẤT

Câu 1: Độ lớn cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt của Mặt Trăng nhỏ hơn khoảng mấy lần so với cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt Trái Đất?

A. 3

B. 6

C. 9

D. 9

Câu 2: Độ lớn của cường độ trường hấp dẫn do Trái Đất sinh ra chỉ phụ thuộc vào yếu tố nào?

A. Tốc độ ánh sáng.

B. Khối lượng của vật đặt trên Trái Đất.

C. Độ cao của vật so với bề mặt Trái Đất.

D. Thể tích của vật đặt trên Trái Đất.

Câu 3: Công thức xác định độ lớn của cường độ trường hấp dẫn của Trái Đất là:

A.

B.

C.

D.

Câu 4: Chọn phát biểu sai khi nói về cường độ trường hấp dẫn

A.

Là đại lượng vector.

B.

Đặc trưng cho trường hấp dẫn về phương diện tác dụng lực.

C.

Tỉ lệ thuận với bình phương khoảng cách giữa vật và điểm đang xét.

D.

Có đơn vị là N/kg.

Câu 5: Biết bán kính và khối lượng của Mặt Trăng lần lượt là RMT = 1737 km, MMT = 7,35.1022 kg. Độ lớn cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt của Mặt Trăng là:

A. 25 m/s2

B. 3,73 m/s2

C. 1,62 m/s2

D. 9,81 m/s2

LUYỆN TẬP

Câu 1 (SGK - tr.19)

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