Bài giảng Vật lí Lớp 10 nâng cao - Bài 40: Các định luật Kê-Ple. Chuyển động của vệ tinh - Đỗ Thị Diệu Vân

1. Mở đầu 
* Hệ địa tâm 
 Ptô-lê-mê coi Trái Đất là trung tâm của vũ trụ, các hành tinh chuyển động xung quanh Trái Đất theo quỹ đạo tròn. 	 
1. Mở đầu 
* Hệ nhật tâm 
 Cô-péc-níc cho rằng Trái Đất chỉ là một trong nhiều hành tinh chuyển động tròn quanh Mặt Trời. 
1. Mở đầu 
* Kê-ple 
 Kê-ple (1571-1630, người Đức) : năm 1619 đã tìm ra ba định luật mô tả chính xác quy luật chuyển động của các hành tinh. 
Johannes Keple 
Định luật I 
Định luật II 
Định luật III 
2. Các định luật Kê-ple 
2. Các định luật Kê-ple 
a) Định luật I: 
 Mọi hành tinh đều chuyển động theo các quỹ đạo elip mà Mặt Trời là một tiêu điểm. 
2. Các định luật Kê-ple 
b) Định luật II: 
 Đoạn thẳng nối Mặt Trời và một hành tinh bất kì quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau. 
S 1 
S 3 
S 2 
 “ Tốc độ ” diện tích của hành tinh bằng hằng số . 
C1 
2. Các định luật Kê-ple 
b) Định luật II: 
 Đoạn thẳng nối Mặt Trời và một hành tinh bất kì quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau . 
* Hệ quả : 
 - Khi đi gần Mặt Trời , hành tinh có tốc độ lớn . 
 - Khi đi xa Mặt Trời , hành tinh có tốc độ nhỏ . 
2. Các định luật Kê-ple 
c) Định luật III: 
 Tỉ số giữa lập phương bán trục lớn và bình phương chu kì quay là giống nhau cho mọi hành tinh quay quanh Mặt Trời . 
(40.1) 
(40.1’) 
Đối với hai hành tinh bất kì : 
2. Các định luật Kê-ple 
c) Định luật III: 
 * Chứng minh : 
Lưu ý: Quỹ đạo của các hành tinh trong hệ Mặt Trời đều là những elip rất gần với đường tròn ( trừ Thuỷ tinh ) → a ≈ r 
a = r 
2. Các định luật Kê-ple 
c) Định luật III: 
 * Chứng minh : 
r 1 
r 2 
Lực hấp dẫn 
Lực hướng tâm 
2. Các định luật Kê-ple 
Trong đó : M A là khối lượng của thiên thể . 
 r, T lần lượt là khoảng cách và chu kì của vệ tinh của thiên thể đó . 
3. Bài tập vận dụng 
Bài 2: Tìm khối lượng M T của Mặt Trời từ các dữ kiện của Trái Đất : khoảng cách tới Mặt Trời là r=1,5.10 11 m, chu kì quay T=365.24.3600 = 3,15.10 7 s. 
 Cho hằng số hấp dẫn G = 6,67.10 -11 Nm 2 /kg 2 . 
Giải : 
Từ (*) ta rút ra : 
Thay các số liệu vào : 
Vậy : M T = 2.10 30 kg 
3. Bài tập vận dụng 
* Suy rộng : Có thể xác định được khối lượng của một thiên thể nếu biết khoảng cách và chu kì của một vệ tinh bất kì của thiên thể đó theo công thức : 
Với : M A là khối lượng của thiên thể . 
 r, T lần lượt là khoảng cách và chu kì của vệ tinh của thiên thể đó . 
4. Vệ tinh nhân tạo . Tốc độ vũ trụ 
a) Vệ tinh nhân tạo : 
4. Vệ tinh nhân tạo . Tốc độ vũ trụ 
a) Vệ tinh nhân tạo : 
 * Vệ tinh nhân tạo : 
- Con người phóng lên . 
- Chuyển động xung quanh Trái Đất với lực hướng tâm chính là lực hấp dẫn của Trái Đất . 
 * Vệ tinh địa tĩnh : 
- Là vệ tinh nhân tạo . 
 T = T TD 
4. Vệ tinh nhân tạo . Tốc độ vũ trụ 
b) Tốc độ vũ trụ : 
 * Khi vận tốc ban đầu v = v I = 7,9km/s 
→ T ốc độ vũ trụ cấp I 
→ chuy ển động theo quỹ đạo tròn quanh Trái Đất . 
4. Vệ tinh nhân tạo . Tốc độ vũ trụ 
b) Tốc độ vũ trụ : 
 * Khi vận tốc v > v I = 7,9km/s 
→ chuyển động theo quỹ đạo elip quanh Trái Đất . 
4. Vệ tinh nhân tạo . Tốc độ vũ trụ 
b) Tốc độ vũ trụ : 
 * Khi vận tốc 
 v = v II = 11,2km/s 
→ T ốc độ vũ trụ cấp II 
→ đi xa khỏi Trái Đất theo quỹ đạo parabol , trở thành hành tinh nhân tạo của Mặt Trời . 
4. Vệ tinh nhân tạo . Tốc độ vũ trụ 
b) Tốc độ vũ trụ : 
 * Khi vận tốc 
 v = v III = 16,7km/s 
→ T ốc độ vũ trụ cấp III 
→ tho át ra khỏi hệ Mặt Trời theo quỹ đạo hypebol . 
4. Vệ tinh nhân tạo . Tốc độ vũ trụ 
b) Tốc độ vũ trụ : 
- Phát biểu ba định luật Kê-ple ? 
- Các tốc độ vũ trụ? 
- Chú ý : Các vệ tinh nhân tạo cũng tuân theo định luật Kê-ple . 
Củng cố 
- Tự đọc phần “ Em có biết ” trang 191 và “ Bài đọc thêm ” trang 193. 
- Làm các bài tập 1, 2, 3 SGK. 
 Gợi ý : Bài 1 : a) Chu kì chuyển động của Trái Đất chính là thời gian một năm . 
	 b)c ) Áp dụng các công thức của chuyển động tròn . 
 Bài 3 : Mặt Trăng là vệ tinh của Trái Đất → áp dụng công thức : 
Nhiệm vụ về nhà 
Chúc các em học tốt! 
F 1 
F 2 
M 
b 
a 
O 
KIẾN THỨC VỀ ELIP 
 MF 1 + MF 2 = 2a = const 
Trong đó : 
 F 1 , F 2 là hai tiêu điểm 
 a là bán trục lớn 
 b là bán trục nhỏ 
 Câu C1 : Từ định luật II Kê-ple , hãy suy ra hệ quả : Khi đi gần Mặt Trời , hành tinh có tốc độ lớn ; khi đi xa Mặt Trời , hành tinh có tốc độ nhỏ . 
 Gợi ý: 
 + Ba diện tích màu xanh là bằng nhau ứng với cùng một khoảng thời gian , hãy so sánh các độ dời . 
 + Mối liên hệ giữa vận tốc , độ dời và thời gian . 
 + Từ đó so sánh các vận tốc . 
S 1 
S 3 
S 2 
 Câu C1 : Từ định luật II Kê-ple , hãy suy ra hệ quả : Khi đi gần Mặt Trời , hành tinh có tốc độ lớn ; khi đi xa Mặt Trời , hành tinh có tốc độ nhỏ . 
Ta có : s 1 > s 2 > s 3 
Mặt khác v = s/t 
mà theo định luật II Kê-ple : 
 t 1 = t 2 = t 3 
 → v 1 > v 2 > v 3 
Hay: “ Khi đi gần Mặt Trời , hành tinh có tốc độ lớn ; khi đi xa Mặt Trời , hành tinh có tốc độ nhỏ ”. 
S 1 
S 3 
S 2 
TỐC ĐỘ VŨ TRỤ CẤP I 
 Giả sử vệ tinh m chuyển động trên quỹ đạo tròn rất gần Trái Đất M = 5,89.10 24 kg, R TĐ = 6370km. 
Lực hấp dẫn 
Lực hướng tâm 
ĐL II 
Niu-tơn 
M 
m 
R T§ 
F hd = F ht 
VỆ TINH NHÂN TẠO 
 Spút-nhích 1 Spút-nhích 2 
VỆ TINH NHÂN TẠO 
 Vệ tinh Vinasat 1 
VỆ TINH NHÂN TẠO 
 Hệ thống GLONASS gồm 24 vệ tinh, phân thành 3 nhóm bay theo 3 quỹ đạo hình tròn quanh Trái đất ở độ cao khoảng 19100 km. 
HỆ MẶT TRỜI 
CÁC TỐC ĐỘ VŨ TRỤ 
HỆ ĐỊA TÂM 
HỆ NHẬT TÂM 
QUỸ ĐẠO ELIP 
VẬN TỐC VŨ TRỤ CẤP I