Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 11 kết nối Bài 3: Thế hấp dẫn và thế năng hấp dẫn

CHÀO MỪNG CÁC EM

ĐẾN VỚI LỚP HỌC MÔN VẬT LÍ!

KHỞI ĐỘNG

Nước ta ngày càng đưa nhiều vệ tinh lên quỹ đạo Trái Đất để giám sát khí hậu, rừng và phục vụ phát triển kinh tế xã hội. Vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên nước ta phóng lên quỹ đạo Trái Đất vào năm 2008 là Vinasat-1, nặng 2 637 kg, vệ tinh Vinasat-2 vào năm 2018, nặng 2 969 kg.

Vậy tại sao vệ tinh lại không rơi xuống Trái Đất?

Vệ tinh địa tĩnh Vinasat-2

BÀI 2:

THẾ HẤP DẪN VÀ THẾ NĂNG HẤP DẪN

I

Công của trọng lực

II

Thế năng hấp dẫn

III

Thế hấp dẫn

IV

Chuyển động của vệ tinh địa tĩnh

NỘI DUNG BÀI HỌC

I.

Quan sát Hình 3.1 trang 19 SGK và nêu đặc điểm công của trọng lực để điền vào bảng sau:

Hình 3.1. Mô tả chuyển động của vật có khối lượng m dưới tác dụng của trọng lực

chỉ phụ thuộc điểm đầu, điểm cuối mà không phụ thuộc vào đường đi của công do trọng lực sinh ra.

GHI NHỚ

• Lực thế là lực chỉ phụ thuộc điểm đầu, điểm cuối mà không phụ thuộc vào đường đi của công do trọng lực sinh ra.
• Trường của lực thế được gọi là trường thế.

Lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực tĩnh điện cũng là lực thế.

Công của lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực tĩnh điện cũng chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối, không phụ thuộc vào hình dạng đường đi.

Câu hỏi (SGK - tr.19)

Xét vật có khối lượng m đặt ở điểm B gần mặt đất, có độ cao hB sẽ dịch chuyển xuống điểm C có độ cao hC dưới tác dụng của trọng lực P = mg như Hình 3.1.

Công của trọng lực làm dịch chuyển vật có khối lượng m từ điểm B đến điểm C là:

II.

THẢO LUẬN NHÓM 4HS

Đọc nội dung mục II trang 20 SGK để rút ra biểu thức thế năng hấp dẫn của một điểm trong trường hấp dẫn theo câu hỏi SGK, sau đó điền vào phiếu học tập với các nội dung sau:

Thế năng hấp dẫn:

• Khái niệm: Thế năng hấp dẫn đặc trưng cho năng lượng tương tác hấp dẫn giữa vật có khối lượng M và vật có khối lượng m.
• Cách tính: Thế năng hấp dẫn tại điểm C trong trường hấp dẫn do vật có khối lượng M gây ra được tính bằng công cần thực hiện để dịch chuyển một vật có khối lượng m từ điểm đó ra xa vô cùng.

rC = OC

Biểu thức của thế năng hấp dẫn tại một điểm trong trường hấp dẫn

Trong đó:

G: hằng số hấp dẫn

m: Khối lượng của vật m (kg)

M: Khối lượng của vật M (kg)

r: khoảng cách giữa hai vật (m)

WC: thế năng hấp dẫn tại điểm C (J)

Giải thích thêm về dấu âm trong biểu thức:

Thế năng tại hấp dẫn tại một điểm trong trường hấp dẫn bằng công cần thực hiện để dịch chuyển một vật có khối lượng m từ điểm đó ra xa vô cùng. Trong quá trình dịch chuyển đó, lực hấp dẫn của Trái Đất luôn ngược chiều với độ dịch chuyển nên sinh công âm. Wt < 0 với mọi điểm C trong trường hấp dẫn của Trái Đất.

Hoạt động (SGK - tr.20)

Khối lượng

của vật gây ra trường hấp dẫn.

Vật tích trữ

thế năng hấp dẫn đặt trong trường hấp dẫn.

Khoảng cách từ điểm đặt vật đến điểm gây ra trường hấp dẫn.

Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào các đại lượng:

Thế năng hấp dẫn của Trái Đất đối với quả táo cũng bằng thế năng hấp dẫn của quả táo đối với Trái Đất.

EM CÓ BIẾT

III.

THẢO LUẬN NHÓM 4HS

Nghiên cứu thông tin SGK và hoàn thành phiếu học tập sau:

Thế

hấp dẫn:

• Khái niệm: Thế hấp dẫn tại một điểm bất kì trong trường hấp dẫn của một vật có khối lượng M gây ra là đại lượng đặc trưng cho khả năng tạo ra thế năng hấp dẫn của các vật khác đặt tại điểm đó.
• Cách tính: Thế hấp dẫn tại một điểm được xác định bằng công mà lực hấp dẫn thực hiện trên một đơn vị khối lượng của vật khi làm dịch chuyển vật từ điểm đang xét đến điểm mốc tính thế năng ở xa vô cùng.

Biểu thức của thế hấp dẫn tại một điểm trong trường hấp dẫn

EM CÓ BIẾT

Mọi điểm cách tâm

hấp dẫn một khoảng như nhau thì đều có cùng thế hấp dẫn. Tập hợp các điểm đó là các mặt cầu gọi là các mặt đẳng thế.

Câu hỏi 1 (SGK - tr.21)

Tính thế hấp dẫn tại một điểm ở bề mặt của Trái Đất và một điểm ở bề mặt của Mặt Trăng.

Giải

Câu hỏi 2 (SGK - tr.21)

So sánh thế hấp dẫn do Trái Đất và Mặt Trăng gây ra tại trung điểm của đường nối tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng.

Thế hấp dẫn do Trái Đất gây ra lớn hơn do khoảng cách không đổi nhưng khối lượng Trái Đất lớn hơn khối lượng Mặt Trăng.

Câu hỏi 3 (SGK - tr.21)

Chứng tỏ rằng đơn vị của thế hấp dẫn là m2/s2.

Đơn vị của thế hấp dẫn là J/kg

J/kg = N.m/kg = kg.m/s2.m/kg = m2/s2

IV.

CHUYỂN ĐỘNG CỦA VỆ TINH ĐỊA TĨNH

1. Vệ tinh địa tĩnh

HOẠT ĐỘNG NHÓM 4HS

Thực hiện dự án tìm hiểu về vệ tinh địa tĩnh, quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh, vai trò của vệ tinh địa tĩnh, các dự án vệ tinh địa tĩnh của Việt Nam.

• Bước 1: Xác định nhiệm vụ: Tìm hiểu về vệ tinh địa tĩnh, quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh, vai trò của vệ tinh địa tĩnh, các dự án vệ tinh địa tĩnh của Việt Nam.
• Bước 2: Xác định hình thức báo cáo kết quả tìm hiểu được.
• Bước 3: Xây dựng kế hoạch và thời tìm hiểu các nội dung trên.
• Bước 4: Thống nhất tiêu chí đánh giá dự án đảm bảo nêu được các nội dung tìm hiểu ở trên.
• Bước 5: Thực hiện theo kế hoạch đã đề ra để hoàn thành sản phẩm trong đó có các tài liệu đa phương tiện chứa các thông tin về các nội dung đã tìm hiểu được.
• Bước 6: Báo cáo và đánh giá dự án đã thực hiện.

Hướng dẫn tìm hiểu

GHI NHỚ

Các vệ tinh của Trái Đất không chuyển động theo quỹ đạo bất kì mà chuyển động theo quỹ đạo xác định tùy thuộc vào chức năng của chúng mà độ cao so với mặt đất sẽ khác nhau.

Qũy đạo địa tĩnh là quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo Trái Đất (vĩ độ 0o).

Mỗi vệ tinh có một mục đích sử dụng khác nhau, có vệ tinh dùng trong thông tin liên lạc, có vệ tinh dùng để quan sát Trái Đất, vệ tinh phụ vụ định vụ GPS,…

Vệ tinh địa tĩnh thường được dùng để phục vụ việc dự báo thời tiết, thông tin liên lạc và giám sát mặt đất.

Vệ tinh Việt Nam NanoDragon được phóng lên quỹ đạo Trái Đất vào năm 2021

2. Tốc độ vũ trụ cấp 1

Hoạt động (SGK - tr.23)

Vệ tinh nằm trong từ trường hấp dẫn của Trái Đất thì nó cần có tốc độ tối thiểu bằng bao nhiêu để không rơi trở lại Trái Đất?

Áp dụng định luật II Newton cho vệ tinh với lực hấp dẫn đóng vai trò là lực hướng tâm:

Giải

v1 là tốc độ vũ trụ cấp 1 của Trái Đất, là tốc độ một vật cần có để nó chuyển động theo quỹ đạo tròn gần bề mặt của Trái Đất mà không bị rơi bởi lực hấp dẫn của Trái Đất.

Tốc độ vũ trụ cấp 1 là tốc độ một vật cần có để nó chuyển động theo quỹ đạo tròn gần bề mặt của một hành tinh mà không bị rơi bởi lực hấp dẫn của hành tinh đó.

KẾT LUẬN

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Câu hỏi (SGK - tr.24)

Vận dụng biểu thức 3.5 và tính tốc độ vũ trụ cấp 1 của Mặt Trăng và Hỏa tinh.

Giải

Thực hiện dự án tìm hiểu về vận dụng biểu thức tính thế năng hấp dẫn để xác định tốc độ vũ trụ, tốc độ phóng vệ tinh, tàu thăm dò vũ trụ.

HOẠT ĐỘNG NHÓM 4HS

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