Giáo án hội giảng Vật lý bài 40: Các định luật Kê-Ple chuyển động của vệ tinh

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT TRỊ AN BÀI 40: CÁC ĐỊNH LUẬT KÊ-PLE CHUYỂN ĐỘNG CỦA VỆ TINH MỤC TIÊU: Về kiến thức Có khái niệm đúng về hệ nhật tâm. Nắm được nội dung ba định luật Kê-pler. Nắm được sự thay đổi quỹ đạo của vệ tinh theo tốc độ bắn vệ tinh. Về kĩ năng: Biết ứng dụng định luật Kê-pler để tìm khối lượng thiên thể. Biết cách xác định vận tốc vũ trụ cấp I. Biết làm việc nhóm để giải quyết một vấn đề. CHUẨN BỊ: Giáo viên: Các hình ảnh chuyển động của vệ tinh Mô hình hành tinh quay quanh mặt trời. Thí nghiệm ảo của định luật I ,II Kê-ple Tranh ảnh các nhà thiên văn học và các thuyết địa tâm, nhật tâm. Học sinh: ôn lại kiến thức về lực hấp dẫn và gia tốc hướng tâm. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Đặt vấn đề vào bài mới: ( 4 phút) GV: chiếu hình ảnh vệ tinh quay quanh Trái Đất, hành tinh quay quanh Mặt Trời. GV: Lực nào giữ cho vệ tinh quay quanh Trái Đất, hành tinh quay quanh Mặt Trời ? HS: trả lời và viết biểu thức tính lực hấp dẫn. GV đặt vấn đề vào bài mới: các hành tinh nói chung và Trái Đất nói riêng quay quanh Mặt Trời theo quy luật nào? Câu hỏi này đã được đặt ra từ lâu lắm rồi và gây không ít tranh cãi. Cuối cùng người ta cũng tìm được câu trả lời chính xác. Ai đã trả lời chính xác câu hỏi này và đáp án là gì, chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài học hôm nay. Hoạt động 1: (3 phút) giới thiệu sơ lược lịch sử thiên văn học. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Nội dung ghi bảng Tìm hiểu nội dung thuyết địa tâm, thuyết nhật tâm. Nêu nội dung thuyết địa tâm. Nêu nội dung thuyết nhật tâm Mở đầu bằng câu chuyện “Thần Trụ Trời hình thành Trời và Đất. Sau đó một số nhà thông thái người Hi Lạp, Ai Cập đã bác bỏ sức mạnh vô hình của Thần linh và họ quan sát các thiên thể. Đến thế kỷ thứ II TCN Ptôlêmê đã phác họa mô hình vũ trụ địa tâm. GV: hỏi HS về thuyết địa tâm. Thuyết này đã tồn tại 15 thế kỷ thì một số nhà thiên văn thấy rằng nó không phù hợp với những điều họ quan sát và tính toán. Năm 1543 Côpecnic hoàn thành mô hình hệ nhật tâm. Các em hãy trình bày nội dung thuyết nhật tâm ? Được thừa hưởng công trình nghiên cứu của các nhà thiên văn đi trước, Kê-ple ( nhà thiên văn người Đức) đã phác họa đầy đủ bức tranh vũ trụ bằng 3 định luật nổi tiếng của mình. 1) Mở đầu Môn thiên văn học: là môn học nghiên cứu về vũ trụ. Thuyết địa tâm của Ptôlêmê Thuyết nhật tâm của Côpecnic Hoạt động 2: (15phút) tìm hiểu định luật I; II Kê-ple Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Nội dung ghi bảng F1 F2 M b a O Học sinh quan sát quỹ đạo của hành tinh và tìm hiểu về quỹ đạo này. a : bán trục lớn b : bán trục nhỏ F1 ; F2 : các tiêu điểm F1F2 = 2c : tiêu cự e = c/a : tâm sai a2 – c2 = b2 F1M + F2M = 2a Sau khi tìm hiểu về hình elip học sinh phát biểu nội dung định luật I Kê-ple. Mọi hành tinh đều chuyển động theo các quỹ đạo elip mà Mặt Trời là một tiêu điểm. Cho học sinh xem hình động hành tinh quay quanh Mặt trời, yêu cầu học sinh quan sát quỹ đạo và tìm hiểu: ? Quỹ đạo hình gì? ? Định nghĩa hình này. Cho học sinh xem hình động cách vẽ elip. Cho học sinh xem ảnh các hành tinh và số liệu a, e. Yêu cầu học sinh nhận xét tâm sai của trái đất để thấy vì sao quỹ đạo của Trái Đất có thể coi là hình tròn 2) Các định luật Kê-ple a/ Định luật I. Chú ý: elip có tâm sai càng nhỏ thì càng tiến đến gần hình tròn Học sinh quan sát mô hình các hành tinh quay quanh Mặt Trời, nhận xét tốc độ của hành tinh khi ở gần Mặt Trời và khi xa Mặt Trời. Từ định luật II giải thích vì sao hành tinh quay nhanh khi ở gần Mặt Trời và quay chậm khi ở xa Mặt Trời. Liên hệ kiến thức địa lý để tìm hiểu: Mùa đông (3/1)Trái Đất ở gần Mặt Trời hơn cách mặt trời khoảng 147 triệu km, mùa hè (4/7)ở xa hơn cách khoảng 151 triệu km. Trái Đất quay chậm nhất là vào tháng 3, tháng 4 Đặt câu hỏi chuyển ý: Theo các em tốc độ quay của Trái Đất quanh Mặt trời có đều không? Cho học sinh quan sát mô hình các hành tinh quay quanh Mặt Trời. Nhận xét câu trả lời và dẫn vào phần tiếp theo: Bằng cách tính toán Kê-ple đã tìm được quy luật về tốc độ quay của các hành tình. Chúng ta cùng tìm hiểu qua định luật II. Chiếu hình động và thông báo nội dung định luật II ? Từ định luật II các em nhận xét gì về tốc độ quay của các hành tinh ? GV: Cho học sinh xem thí nghiệm ảo biểu diễn định luật II. ? Trái đất của chúng ta khi nào quay nhanh, khi nào quay chậm? b) Định luật II Đoạn thẳng nối Mặt Trời và hành tinh bất kỳ quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau. ∆t s1 S2 S3 ∆t ∆t Hoạt động 3: (15 phút) tìm hiểu định luật III Kê-ple và ứng dụng của các định luật Kê-ple Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Nội dung ghi bảng Quan sát bảng số liệu và nhận xét: Tỉ số giữa lập phương của bán trục lớn và bình phương chu kỳ quay là giống nhau cho mọi hành tinh quay quanh Mặt trời. Lớp chia thành 4 nhóm, lần lượt trả lời câu hỏi của giáo viên trong khoảng thời gian quy định Hình thức trả lời: viết lên bảng con Chứng minh định luật III Coi quỹ đạo của các hành tinh gần đúng là hình tròn. Gọi MT: khối lượng mặt trời M: khối lượng hành tinh r : khoảng cách từ hành tinh đến Mặt Trời T: chu kỳ quay của hành tinh v: tốc độ quay của hành tinh Lực tác dụng lên hành tinh gây ra chuyển động tròn là lực hấp dẫn: Gia tốc hướng tâm của hành tinh: Theo định luật II Niuton thì F = M.a Từ 3 biểu thức trên ta có Biểu thức chính xác là Sau khi chứng minh được định luật III , theo sự gợi ý của giáo viên, học sinh rút ra ứng dụng của các định luật Kê-ple Học sinh hoạt động nhóm để giải các bài tập ứng dụng. Biết sự phụ thuộc của chu kỳ quay vào khoảng cách từ hành tinh đến Mặt trời. vận dụng giải bài tập 1. Bài tập 1 SGK trang 189 Cho R1 = 1,52.R2 Áp dụng biểu thức Þ T1 = 1,87 T2 Xác định khối lượng thiên thể. Vận dụng làm bài tập số 2 Bài tập áp dụng : bài 2 SGK trang 189 Cho : khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời r = 1,5.1011m chu kỳ quay T = 365 ngày G = 6,67.10-11 Nm2/kg2 Tìm MMT từ biểu thức Thay số vào biểu thức ta được MMT = 2.1030 kg Đặt vấn đề chuyển ý: ta thấy mỗi hành tinh có T , a,e, tốc độ quay khác nhau. Nhưng trong sự vận động và thay đổi không ngừng của vũ trụ, Kê-ple đã tìm thấy một đại lượng không đổi đối với mọi hành tinh. GV: chiếu bảng số liệu T, a của các hành tinh. ? Dựa vào bảng số liệu, các em hãy rút ra nhận xét. Tổ chức nhóm cho học sinh chứng minh định luật III Các nhóm lần lượt trả lời các câu hỏi chiếu trên màn hình trong thời gian quy định ? lực tác dụng lên hành tinh gây ra chuyển động tròn là lực nào? ? Biểu thức tính gia tốc hướng tâm của hành tinh ? Biểu thức định luật II Niuton ? Viết biểu thức liên hệ giữa r và T Nhận xét tỉ số r3/T2 Khi quỹ đạo gần tròn thì a ® r ? Dựa vào biểu thức gần đúng của định luật III Kê-ple, nêu các ứng dụng của định luật Kê-ple Chiếu các bài tập trên màn hình, cho học sinh tóm tắt đề và hoạt động nhóm để giải. Gv : dựa vào các định luật Kê- ple bằng cách tính toán người tìm ra hành tinh mới VD như tìm ra Hải Vương Tinh Mặt khác các định luật Kê-ple còn áp dụng đúng cho các vệ tinh kể cả vệ tinh nhân. c) Định luật III 3) Bài tập vận dụng : Sự phụ thuộc của chu kỳ quay vào khoảng cách từ hành tinh đến Mặt trời. Bài tập 1 SGK trang 189 ứng dụng định luật Kê-ple xác định khối lượng thiên thể Bài tập áp dụng : bài 2 SGK trang 189 Hoạt động 4: (5 phút) tìm hiểu về vệ tinh nhân tạo và các vận tốc vũ trụ. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Nội dung ghi bảng Tìm hiểu khái niệm vệ tinh nhân tạo. a) Vệ tinh nhân tạo: vật được ném với vận tốc đủ lớn không rơi trở lại mặt đất nữa mà quay xung quanh Trái đất dưới tác dụng của trọng lực. Kể các loại vệ tinh nhân tạo mà các em biết b)Tốc độ vũ trụ Dựa vào sự gợi ý của giáo viên, học sinh thiết lập biểu thức và tính giá trị của vận tốc vũ trụ cấp 1 Khối lượng Trái đất: M = 5,89.1024 kg Khoảng cách từ vệ tinh đến Trái đất gần đúng bằng bán kính Trái đất : R = 6370 km + Lực hấp dẫn gây ra gia tốc hướng tâm của vệ tinh : Nhận thức được những lợi ích của vệ tinh nhân tạo đồng thời thấy những ảnh hưởng của việc phóng vệ tinh đến môi trường. ? vệ tinh nhân tạo là gì? Chiếu ảnh động ném vật với những vận tốc khác nhau. Chiếu ảnh các vệ tinh nhân tạo. Yêu cầu học sinh kể một vài loại vệ tinh nhân tạo. GV: Với vận tốc nào thì một vật trở thành vệ tinh nhân tạo? GV gợi ý: Giả sử một vệ tinh khối lượng m quay quanh Trái đất theo quỹ đạo tròn và ở rất gần mặt đất. ? Lực gây ra chuyển động tròn của vệ tinh ? Biểu thức tính gia tốc hướng tâm Lưu ý cho học sinh : vệ tinh phải cách mặt đất tối thiểu là 300 km Chiếu hình minh họa sự thay đổi của quỹ đạo theo vận tốc. Làm cách nào để tạo ra vận tốc như đã nói trên? Chiếu đoạn phim phóng vệ tinh nhân tạo. 4/10/1957 Liên Xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên vào không gian. Đến 1969 tàu vũ trụ có người lái lần đầu tiên bay vào không trung và 19/4/2008 vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Việt Nam được phóng thành công thì đến nay trong vũ trụ có gần 6000 tấn rác vũ trụ gây ô nhiễm môi trường không gian và là mối nguy hiểm cho con người. 4) Vệ tinh nhân tạo. Tốc độ vũ trụ. a) Vệ tinh nhân tạo b)Tốc độ vũ trụ VII =11,2km/s VI =7,9 km/s VI > 7,9 km/s VIII =16,7km/s Hoạt động 5: củng cố Chiếu câu trắc nghiệm kiến thức ở mức độ biết và hiểu. Chọn phát biểu đúng Chu kỳ quay của hành tinh quanh Mặt Trời A. phụ thuộc khối hành tinh. B. phụ thuộc vận tốc chuyển động trên quỹ đạo. C. giống nhau với mọi hành tinh D. phụ thuộc bán kính trung bình của quỹ đạo.