Nội dung bài viết

    Xem thêm

    Chuyên đề Vật lí 11 Bài 2 (Cánh diều): Cường độ trường hấp dẫn. Thế hấp dẫn và thế năng hấp dẫn

    Với giải bài tập Chuyên đề Vật lí 11 Bài 2: Cường độ trường hấp dẫn. Thế hấp dẫn và thế năng hấp dẫn sách Cánh diều hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Chuyên đề học tập Vật lí 11 Bài 2.

    1 4,377 17/08/2023
    Trang trước
    Chia sẻ
    Trang sau  

    Giải Chuyên đề Vật lí 11 Bài 2: Cường độ trường hấp dẫn. Thế hấp dẫn và thế năng hấp dẫn

    Mở đầu trang 11 Chuyên đề Vật Lí 11: Lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu hơn của Trái Đất nên khi di chuyển trên đó, các nhà thám hiểm có thể bật nhảy một cách dễ dàng, mặc dù họ đang mang một bộ quần áo bảo hộ cồng kềnh (Hình 2.1). Tại một vị trí, độ mạnh, yếu của trường hấp dẫn phụ thuộc vào những yếu tố nào?

    Lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu hơn của Trái Đất nên khi di chuyển trên đó (ảnh 2)

    Lời giải:

    Tại một vị trí, độ mạnh, yếu của trường hấp dẫn phụ thuộc vào những yếu tố:

    - Khối lượng của vật tạo ra trường hấp dẫn đó

    - Khoảng cách từ vật đặt trong trường hấp dẫn đến tâm của vật tạo ra trường hấp dẫn đó.

    I. Cường độ trường hấp dẫn

    Luyện tập 1 trang 12 Chuyên đề Vật Lí 11:

    a) Dựa vào Bảng 2.1, xác định cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt các thiên thể.

    b) Các kết quả tính được giúp ích gì cho bạn trong việc giải thích vì sao Mặt Trăng có lớp khí quyền rất mỏng (gần như không có) trong khi Mặt Trời có lớp khí quyển rất dày?

    Dựa vào Bảng 2.1 trang 12 Chuyên đề Vật lí 11 xác định cường độ (ảnh 1)

    Lời giải:

    a) Tính cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt dựa vào công thức: g=GMr2

    Vật thể

    Khối lượng (kg)

    Bán kính (km)

    Cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt

    Trái Đất

    5,97.1024

    6370

    9,81

    Mặt Trăng

    7,37.1022

    1737

    1,63

    Mặt Trời

    1,99.1030

    696340

    273,7

    b) Do cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng nhỏ nên lực hấp dẫn của nó tác dụng lên các vật chất gần bề mặt của nó cũng nhỏ dẫn đến lớp khí quyển xung quanh nó rất mỏng (hầu như không có). Cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt của Mặt Trời rất lớn nên lực hấp dẫn của nó tác dụng lên vật chất gần bề mặt của nó rất lớn, dẫn đến Mặt Trời có lớp khí quyển rất dày.

    Câu hỏi 1 trang 13 Chuyên đề Vật Lí 11: Sử dụng số liệu ở Bảng 2.1, chứng minh rằng, cường độ trường hấp dẫn tại một điểm gần bề mặt Trái Đất chính là gia tốc rơi tự do của vật khi được thả rơi tại điểm đó.

    Sử dụng số liệu ở Bảng 2.1 trang 13 Chuyên đề Vật lí 11 chứng minh rằng (ảnh 1)

    Lời giải:

    Như đã tính toán ở trên:

    Vật thể

    Khối lượng (kg)

    Bán kính (km)

    Cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt

    Trái Đất

    5,97.1024

    6370

    9,81

    Cường độ trường hấp dẫn tại bề mặt Trái Đất có giá trị là 9,81 m/s2 đúng bằng với gia tốc rơi tự do của vật khi được thả rơi tại điểm đó.

    Câu hỏi 2 trang 13 Chuyên đề Vật Lí 11: Khối lượng Mộc Tinh lớn hơn khối lượng Trái Đất 320 lần trong khi bán kính của nó lớn hơn bán kính Trái Đất 11,2 lần. Nếu cường độ trường hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất là 9,81 N/kg thì cường độ trường hấp dẫn trên bề mặt Mộc Tinh là bao nhiêu?

    Lời giải:

    Cường độ trường hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất: gTD=GMTDRTD2

    Cường độ trường hấp dẫn trên bề mặt Mộc Tinh: gMT=GMMTRMT2

    Ta có tỉ số: gTDgMT=MTDMMT.RMT2RTD2=1320.11,22=0,392

    ⇒gMT=gTD0,392=9,810,392=25,03N/kg

    Luyện tập 2 trang 13 Chuyên đề Vật Lí 11: a) Tính cường độ trường hấp dẫn tại:

    • Đỉnh Fansipan (Phan-xi-păng) có độ cao 3 143 m so với mực nước biển.

    • Trạm Vũ trụ quốc tế (ISS) có độ cao quỹ đạo là 370 km so với mực nước biển.

    b) Cường độ trường hấp dẫn tại hai nơi trên giảm bao nhiêu phần trăm so với cường độ trường hấp dẫn trên mặt đất.

    Lời giải:

    a) Cường độ trường hấp dẫn tại:

    • Đỉnh Fansipan (Phan-xi-păng) có độ cao 3 143 m so với mực nước biển.

    g=GMr2=6,67.10−115,97.10246370000+31432=9,804m/s2

    • Trạm Vũ trụ quốc tế (ISS) có độ cao quỹ đạo là 370 km so với mực nước biển.

    g=GMr2=6,67.10−115,97.10246370000+3700002=8,766m/s2

    b) Cường độ trường hấp dẫn tại đỉnh Fansipan giảm: 9,81−9,8049,81.100%=0,06% so với cường độ trường hấp dẫn trên mặt đất.

    Cường độ trường hấp dẫn tại trạm ISS giảm: 9,81−8,7669,81.100%=10,6% so với cường độ trường hấp dẫn trên mặt đất.

    Luyện tập 3 trang 13 Chuyên đề Vật Lí 11: Gia tốc rơi tự do của quả táo ở gần mặt đất là 9,81 m/s. Biết rằng khối lượng quả táo là 0,3 kg.

    a) Tính độ lớn lực hấp dẫn do quả táo hút Trái Đất.

    b) Lực hút này sẽ gây ra cho Trái Đất gia tốc bằng bao nhiêu?

    Lời giải:

    a) Lực hấp dẫn do quả táo hút Trái Đất: F=mg=0,3.9,81=2,943N

    b) Lực hút này sẽ gây ra cho Trái Đất gia tốc bằng:

    a=FMTD=2,9435,97.1024=4,9.10−25m/s2, một gia tốc rất nhỏ điều đó có thể giải thích vì sao chúng ta nhìn thấy quả táo rơi về phía Trái Đất, còn không nhìn thấy Trái Đất rơi về phía quả táo.

    III. Thế hấp dẫn

    Câu hỏi 3 trang 15 Chuyên đề Vật Lí 11: Từ công thức (2.5), chứng minh thế hấp dẫn bằng không ở các điểm xa vô cùng.

    Dấu “-” trong công thức (2.5) cho biết điều gì về thế hấp dẫn?

    Lời giải:

    Công thức (2.5): Φ=−GMr

    Khi điểm ở xa vô cùng thì r rất lớn, nên Φ≈0

    Dấu “-” trong công thức (2.5) cho biết, trong quá trình dịch chuyển từ điểm A ra mốc thế năng ở xa vô cùng có lực hấp dẫn của Trái Đất luôn ngược chiều với độ dịch chuyển nên sinh công âm.

    Vận dụng trang 16 Chuyên đề Vật Lí 11: Sử dụng dữ kiện trong Bảng 2.1 để trả lời các câu hỏi sau:

    Sử dụng dữ kiện trong Bảng 2.1 để trả lời các câu hỏi sau trang 16 Chuyên đề Vật lí 11 (ảnh 1)

    Một mảnh thiên thạch có khối lượng 200 kg từ khoảng cách xa vô cùng lao xuống Mặt Trăng do tác dụng của lực hấp dẫn. Chọn mốc thế năng ở xa vô cùng.

    a) Tính thế hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng.

    b) Tính thế năng hấp dẫn của mảnh thiên thạch ngay trước khi va chạm với bề mặt Mặt Trăng.

    c) Do Mặt Trăng không có khí quyển, nên toàn bộ sự thay đổi thế năng hấp dẫn của mảnh thiên thạch từ khoảng cách xa vô cùng đến khi tới bề mặt Mặt Trăng chuyển hoá thành động năng của mảnh thiên thạch. Tính tốc độ va chạm của mảnh thiên thạch.

    Lời giải:

    Φ=−GMr=−6,67.10−11.7,37.10221737000=−2,8.106J/kg

    b) Thế năng hấp dẫn của thiên thạch ngay trước khi va chạm với bề mặt Mặt Trăng.

    Wt=mΦ=−200.2,8.106=−5,6.108J

    c) Thế năng chuyển hoá hoàn toàn thành động năng nên Wt = Wđ

    v=2Wtm=2.5,6.108200=2,4.103m/s

    Xem thêm giải bài tập Chuyên đề Vật lí 11 sách Cánh diều hay, chi tiết khác:

    Bài 3: Chuyển động trong trường hấp dẫn

    Bài 1: Biến điệu

    Bài 2: Truyền tín hiệu

    Bài 1: Thiết bị cảm biến và khuếch đại thuật toán

    Bài 2: Thiết bị đầu ra

    Tham khảo các loạt bài Vật lí 11 khác:

    Bài viết cùng lớp mới nhất

    Xem thêm
    1 4,377 17/08/2023
    Trang trước
    Chia sẻ
    Trang sau  

    Xem thêm các chương trình khác: