Giải chuyên đề Vật lí 11 Cánh diều Bài 3 Chuyển động trong trường hấp dẫn

Hướng dẫn giải chuyên đề bài 3 Chuyển động trong trường hấp dẫn 17, chuyên đề học tập Vật lí 11 sách cánh diều. Bộ sách được biên soạn theo định hướng đổi mới giáo dục phổ thông nhằm phát triển toàn diện phẩm chất, năng lực của học sinh. Hi vọng, với cách hướng dẫn cụ thể và giải chi tiết dưới đây các em sẽ nắm bài học tốt hơn.

B. Bài tập và hướng dẫn giải

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Vinasat-1 là vệ tinh viễn thông địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam được phóng vào không gian ngày 18 tháng 4 năm 2008 (Hình 3.1). Với khối lượng 2637 kg và quay quanh Trái Đất ở độ cao trung bình là 35786 km, Vinasat-1 có vùng sóng phủ rộng lớn gồm toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và một phần các nước trong khu vực Châu Á, Châu Úc và Hawaii. Vinasat mất đúng một ngày để thực hiện một vòng quay quanh Trái Đất và vệ tinh có vai trò gì trong chuyển động với quỹ đạo và chu kì quay đặc biệt này?

I. CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HẤP DẪN

Câu hỏi 1: Viết công thức tính lực hướng tâm tác dụng lên các vật chuyển động tròn đều.

Luyện tập 1: Xác định tốc độ chuyển động của vệ tinh Vinasat-1 khi nó ở quỹ đạo có độ cao trung bình 35786 km so với mặt đất. Biết rằng, Trái Đất có khối lượng $5,97.10^{24}$ kg và bán kính 6370 km. Tốc độ này có phụ thuộc vào khối lượng của vệ tinh hay không?

Vận dụng: Chu kì quay của Thủy Tinh (Mercury) quanh Mặt Trời dài 88 ngày. Cho biết khối lượng của Mặt Trời là $1,99.10^{30}$ kg. Xác định bán kính quỹ đạo của Thủy Tinh.

Luyện tập 2: Tính chu kì chuyển động của vệ tinh Vinsasat-1 dựa vào các thông số đã biết ở phần trên. Có nhận xét gì về kết quả tính được?

II. TỐC ĐỘ VŨ TRỤ CẤP 1

Câu hỏi 2: Bỏ qua ảnh hưởng của ma sát với khí quyển, coi rằng tốc độ chuyển động của nó trên quỹ đạo tròn khi trở thành vệ tinh nhân tạo quanh Trái Đất. Rút ra công thức tính tốc độ vũ trụ cấp I trong công thức (3.3).

Luyện tập 3: Tính tốc độ vũ trụ cấp I của Hỏa Tinh biết rằng khối lượng và bán kính của Hỏa Tinh lần lượt là $6,4.10^{23}$kg và 3390 km.

Tìm hiểu thêm

Tốc độ vũ trụ cấp II của Trái Đất là tốc độ tối thiểu cần cung cấp để vật chuyển động ra xa, không còn quay quanh Trái Đất nữa. Khi phóng vật tại mặt đất với tốc độ vũ trụ cấp II (vII), vật có động năng $W_{d}=\frac{1}{2}m_{II}^{2}$ và thế năng hấp dẫn $W_{t}=-\frac{GMm}{R}$ . Trong đó M, R lần lượt là khối lượng và bán kính của Trái Đất, m là khối lượng vật. Năng lượng của vật khi phỏng là:

$W=W_{d}+W_{t}=\frac{1}{2}m_{II}^{2}-\frac{GMm}{R}$

Khi vật ra đến xa vô cùng, nó dừng lại, do đó động năng bằng không và thế năng hấp dẫn cũng bằng không. Theo định luật bảo toàn năng lượng: $\frac{1}{2}m_{II}^{2}-\frac{GMm}{R}=0$

Suy ra: $v_{II}=\sqrt{\frac{2GM}{R}}$

Thay số ta thu được tốc độ vũ trụ cấp II đối với Trái Đất là:

v1$\approx 12.10^{4}$ m/s= 11,2 km/s

Những vật có khối lượng rất lớn và mật độ chất đậm đặc, sinh ra lực hấp dẫn lớn đến mức ngay cả ánh sáng (có tốc độ $3.10^{8}$ m/s) cũng không thể thoát khỏi đó và được gọi là hồ đen Vũ Trụ. Cho biết Mặt Trời có khối lượng $1,99.10^{30}$ kg. Để trở thành một hố đen vũ trụ, Mặt Trời cần có bé lại thành một quả cầu có bán kính bao nhiêu để ánh sáng không thể thoát khỏi bề mặt của nó?

Thêm kiến thức môn học

Từ khóa tìm kiếm: Giải chuyên đề vật lí 11, giải CĐ vật lí 11 CD, giải CĐ vật lí 11 CD bài 3 Chuyển động trong trường hấp dẫn

Bình luận

Giải bài tập những môn khác