Giáo án Vật lý lớp 10 - Bài 40: Các định luật Kê-Plê. Chuyển động của vệ tinh

Bài 40: CÁC ĐỊNH LUẬT KÊ-PLÊ. CHUYỂN ĐỘNG CỦA VỆ TINH. I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Có khái niệm đúng về hệ nhật tâm: Mặt trời là trung tâm với các hành tinh quay xung quanh. - Nắm được nội dung 3 định luật Kê-plê và hệ quả suy ra từ nó. - Biết vận dụng định luật để giải một số bài toán. 2. Kĩ năng: - Biết cách giải thích chuyển động của các hành tinh và vệ tinh. - Giải một số bài tập liên quan. 3. Thái độ - Có niềm yêu thích khám phá thiên văn - Có sự đánh giá đúng sai giữa các vấn đề II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Dụng cụ thí nghiệm mô phỏng hệ mặt trời và các hành tinh. - Bảng số liệu về hệ mặt trời. 2. Học sinh: - Chuyển động tròn, chuyển động tròn đều. - Định luật vạn vật hấp dẫn và biểu thức. 3. Dự kiến nội dung ghi bảng: Bài 40: CÁC ĐỊNH LUẬT KÊ-PLÊ. CHUYỂN ĐỘNG CỦA VỆ TINH. 1. Mở đầu. - Thuyết địa tâm (Ptolemy-TK II): Thuyết này xem trái đất là trung tâm vũ trụ. - Thuyết nhật tâm (Copecnicus): Thuyết này xem mặt trời là trung tâm vũ trụ, các hành tinh quay quanh mặt trời. Trái đất cũng là một hành tinh quay quanh mặt trời. Các hành tinh này tạo thành Hệ mặt trời. 2. Các định luật Kê-ple Định luật I Keple: Mọi hành tinh đều chuyển động theo các quỹ đạo elip mà Mặt Trời là một tiêu điểm. Định luật II Keple: Đoạn thẳng nối Mặt Trời và một hành tinh bất kỳ quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau. Định luật III Keple: Tỉ số giữa lập phương bán trục lớn và bình phương chu kỳ quay là giống nhau cho mọi hành tinh quay quanh mặt trời. - Gia tốc hướng tâm: Với - Xét hành tinh 1: Theo ĐL II Newton Hay Suy ra: (40.2) Kết quả này không phụ thuộc vào khối lượng hành tinh nên ta có thể áp dụng cho hành tinh 2: (40.3) So sánh (40.2) và (40.3) Hay III. HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Ổn định lớp Kiểm tra bài củ Câu 1: Viết biểu thức Định luật II Newton? Công thức tính gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều? Câu 2: Viết biểu thức định luật Vạn vật hấp dẫn? Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Mở đầu Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Giới thiệu cho học sinh về việc nghiên cứu vũ trụ. Giáo viên cho học sinh biết: - Thiên văn học là gì? Thiên văn học là khoa học nghiên cứu các thiên thể-những vật thể tồn tại trong bầu trời-như các sao, mặt trời, các hành tinh, sao chổi, các thiên hà,.. - Thuyết địa tâm, năm 140 - Thuyết nhật tâm,năm 1543 - 1610, Galilei sang chế kính thiên văn đầu tiên Giáo viên giới thiệu cho học sinh về hình elip - F1,F2 cố định - F1P+F2P=một hằng số Giới thiệu các bán trục lớn, bán trục nhỏ - Đọc SGK phần mở đầu. - Nghe giáo viên giới thiệu phần mở đầu. Học sinh quan sát trên slide (hoặc hình vẽ) Hoạt động 2:Các định luật Kê-ple Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Giáo viên hỏi: các hành tinh quay với quỹ đạo như thế nào? Gợi ý: quỹ đạo elip Kích chuột vào dấu sao liên kết phần mềm Physics, ấn OK, rồi OK, kích chuột vào bài giảng, chọn lớp 10, chọn bài 40, chọn định luật I. Giải thích cho học sinh hiểu về các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo elip và Mặt Trời là tâm cua elip. Học sinh trả lời: Quan sát và lắng nghe. Cho học sinh quan sát hình trong slide, thông báo rằng các diện tích quét trên hình là bằng nhau, đó là nội dung của định luật II kepler. Kích chuột vào dấu sao liên kết phần mềm Physics, ấn OK, rồi OK, kích chuột vào bài giảng, chọn lớp 10, chọn bài 40, chọn định luật II. Giải thích cho học sinh hiểu lần nữa. Cho học sinh nhận xét về vận tốc của hành tinh lúc gần mặt trời và xa mặt trời, giải thích Gợi ý: Ba diện tích gạch chéo trong cùng một khoảng thời gian là bằng nhau Do đó độ dời S1> S2> S3 suy ra v1> v2> v3 tức là: Khi đi gần mặt trời hành tinh có vận tốc lớn và khi đi xa mặt trời hành tinh có vận tốc nhỏ. Giới thiệu cho học sinh định luật 3 Học sinh quan sát và nhận xét Quan sát và lắng nghe. Học sinh quan sát và dựa vào định luật 2 để giải thích Học sinh đọc sách giáo khoa và quan sát trên slide Hoạt động 3:Chứng minh định luật Ke-ple Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Xét hai hành tinh 1 và 2 của hệ Mặt Trời. Nếu xem quỹ đạo chuyển động của các hành tinh gần đúng là quỹ đạo tròn, và hành tinh xem như chuyển động tròn đều. - Giáo viên hỏi: Gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều - Giáo viên hỏi: lực nào gây ra gia tốc của hành tinh, công thức của lực Hướng dẫn học sinh biến đổi ra biểu thức như SGK Lực hấp dẫn tác dụng lên hành tinh gây ra gia tốc. Hoạt động 4:Bài tập vận dụng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Cho học sinh đọc đề bài bài 1 + Tóm tắt: Gọi T1 là năm trên Hỏa tinh, T2 là năm trên Trái Đất R1=R2+52100R2 T1=?T2 Hướng dẫn: R1=R2+52100R2 Một năm là thời gian để hành tinh quay một vòng quanh Mặt Trời . Theo CT: Nên - Cho học sinh đọc đề bài 2: CT (40.2): - Nghe giáo viên hướng dẫn giải bài tập. Hoạt động 5:Vệ tinh nhân tạo. Tốc độ vũ trụ. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Trong chương II ta đã biết nếu ném xiên một vật thì vật lên độ cao nhất định sẽ rơi lại xuống mặt đất do lực hấp dẫn giữa vật và trái đất. - Giáo viên hỏi: Nếu vận tốc ném càng lớn thì vật rơi có vị trí như thế nào? - Giáo viên thông báo cho HS biết vệ tinh nhân tạo. - Cho học sinh xem silde giới thiệu về quỹ đạo của hành tinh và liên kết với phần mềm (Kích chuột vào dấu sao liên kết phần mềm Physics, ấn OK, rồi OK, kích chuột vào bài giảng, chọn lớp 10, chọn bài 40, chọn vận tốc vũ trụ). - Vậy một vật có khối lượng m được ném lên từ trái đất sẽ có độ lớn của vận tốc bằng bao nhiêu để nó trở thành vệ tinh nhân tạo? - Nêu ý nghĩa vận tốc cấp I,II,III? - Giáo viên thông báo: + Nếu vật đạt vận tốc cấp II thì vệ tinh sẽ ra khỏi trái đất theo một quỹ đạo parabol. + Nếu vật đạt vận tốc cấp II thì vệ tinh sẽ thoát khỏi hệ mặt trời theo một quỹ đạo hypebol. Trả lời: Nếu vận tốc càng lớn thì vật rơi cách vị trí ném càng xa. Quan sát. - Học sinh tiếp thu, ghi nhớ. Hoạt động 5: Củng cố bài học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Tóm lại các kiến thức quan trọng cho học sinh nghe lần nữa. Kích chuột vào muỗi tên trên slide để quay lại trang slide trước và cho học sinh xem (kích chuột biểu tượng Trái Đất liên kết với phần mềm Solar System 3D Simulator, ấn OK, cho học sinh xem các thông tin về hành tinh và quỹ đạo của nó. Lắng nghe Hoạt động 6: Nhiệm vụ về nhà Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi 1,2,3/sgk trang 192 Làm bài tập 1,2,3/ sgk 192 Ghi bài vào vở