Giải chuyên đề học tập Vật lí 10 CTST bài 6: Một số hiện tượng thiên văn

Câu hỏi khởi động

Thời xa xưa, hiện tượng Mặt Trời hoặc Mặt Trăng đột ngột bị che khuất hoàn toàn bởi một tác nhân vô hình trong một khoảng thời gian luôn gây ra cho con người sự kinh hoàng, bởi con người thời đó lo sợ sự biến mất vĩnh viễn của Mặt Trời hoặc Mặt Trăng. Ngoài ra, sự thay đổi của mực nước sông, biển đã được cha ông ta vận dụng nhằm che dấu các bãi cọc cắm dưới lòng sông để đánh thắng quân thù. Những hiện tượng đó có thể được giải thích như thế như thế nào?

• Từ thời xa xưa hiện tượng Mặt Trăng đột ngột bị che khuất hoàn toàn bởi một tác nhân vô hình (Trái Đất) trong một khoảng thời gian gọi là hiện tượng nguyệt thực. Hiện tượng Mặt Trời đột ngột bị che khuất hoàn toàn bởi một tác nhân vô hình (Mặt Trăng) trong một khoảng thời gian gọi là hiện tượng nhật thực.
• Sự thay đổi của mực nước sông, biển đã được cha ông ta vận dụng nhằm che dấu các bãi cọc cắm dưới lòng sông để đánh thắng quân thù dựa vào hiện tượng thủy triều.

1. Nhật thực

Câu hỏi 1. Tìm hiểu qua sách báo và internet cách người cổ đại quan niệm về hiện tượng nhật thực và phản ứng của họ với hiện tượng này (Hình 6.2).

Tùy theo những truyền thống văn hóa khác nhau mà người cổ đại có những lí giải riêng về hiện tượng nhật thực, nhưng nhìn chung, người cổ đại cho rằng hiện tượng nhật thực là điềm xấu, báo hiệu sự bắt đầu của thời kì thiên tai, hủy diệt. Do đó người cổ đại thường sợ hãi và tìm nhiều cách khác nhau để xua đuổi nhật thực.

Người Vikings

Người Vikings tin rằng Ragnarok (thời điểm tận thế) xuất phát từ việc hai con sói là Skoll và Hati muốn ăn Mặt Trăng và Mặt Trời. Skoll đuổi theo Mặt Trời trong khi Hati săn đuổi Mặt Trăng. Khi một trong hai thiên thể nằm trong tay chúng, nhật thực sẽ diễn ra. Trên Trái Đất, con người phải giải cứu Mặt Trời hoặc Mặt Trăng bằng cách tạo ra tiếng ồn để xua đuổi những con sói.

Ai Cập cổ đại

Dù việc thờ Mặt Trời rất phổ biến ở Ai Cập cổ đại, ít người biết đến niềm tin của họ xung quanh các hiện tượng che khuất, khi hầu như không thấy việc đề cập đến nhật thực.

Vì Mặt Trời có vai trò nổi bật trong xã hội lúc bấy giờ, nhiều chuyên gia cho rằng nhật thực là hiện tượng rất đáng sợ. Theo một giả thiết, người Ai Cập cổ đại rất sợ hãi điều đó và coi là điềm báo.

Nền văn minh Maya

Năm 2013, các nhà nghiên cứu phát hiện bằng chứng cho thấy người Maya có thể từng dự đoán nhật thực một cách chính xác.

Lịch thiên văn từ thế kỷ 11 hoặc 12 dự báo hiện tượng che khuất sẽ diễn ra ngày 11/7/1991. Nhật thực được gọi là chi' ibal kin, hay "ăn Mặt Trời". Tuy nhiên, những gì họ tin hay hiểu về nhật thực đến nay vẫn chưa rõ ràng. Những năm 1600, các bản viết của họ đã bị phá hủy.

Thần thoại Ấn Độ

Trong thần thoại, con rắn Rahu (hoặc Kala Rau) bị thần Vishnu chặt đầu vì uống rượu của các vị thần. Rahu muốn uống rượu thiêng để bất tử và đóng giả thành một người phụ nữ để thực hiện kế hoạch này. Sau khi bị chặt đầu, nó bay lên bầu trời, nuốt Mặt Trời, hút ánh sáng và là nguyên nhân làm xuất hiện nhật thực.

Hy Lạp cổ đại

Năm 2008, các nhà nghiên cứu cho biết hiện tượng nhật thực toàn phần có thể từng được đề cập trong sử thi Odyssey: "Mặt Trời biến mất khỏi thiên đàng và một màn sương ma quỷ bắt đầu phủ khắp thế giới". Người Hy Lạp cổ đại tin rằng nhật thực toàn phần là một điềm xấu, là dấu hiệu cho thấy các vị thần nổi giận và thời kỳ thiên tai, hủy diệt sắp bắt đầu.

Trung Quốc

Tại Trung Quốc, nhật thực cũng là một điềm xấu. Đối với người Trung Quốc cổ đại, hiện tượng này xuất hiện khi một con rồng ăn Mặt Trời. Để ngăn chặn điều đó xảy ra, họ sẽ hát, đánh trống, sử dụng pháo hoặc thuốc súng để xua đuổi rồng.

Dự đoán nhật thực là nhiệm vụ của các nhà chiêm tinh. Theo sử sách, năm 2134 trước Công nguyên, hai nhà chiêm tinh học đã bị chặt đầu vì không hoàn thành trọng trách.

Câu hỏi 2. Quan sát Hình 6.4, cho biết: hình nào ứng với nhật thực một phần, hình nào ứng với nhật thực toàn phần. Mô tả quá trình diễn ra nhật thực.

• Hình 6.4a: Tại A là nhật thực toàn phần, tại B và C là nhật thực một phần.
• Hình 6.4 b: Tại A là nhật thực hình khuyên, tại B và C là nhật thực một phần.

Mô tả quá trình diễn ra nhật thực:

Đầu tiên, đĩa tối Mặt Trăng bắt đầu tiến vào và che khuất bờ bên phải của Mặt Trời. Sau đó, đĩa tối Mặt Trăng tiếp tục tiến dần và che khuất tâm của Mặt Trời. Đến pha cực đại, nếu người quan sát ở vị trí vùng bóng tối của Mặt Trăng thì sẽ quan sát được nhật thực trung tâm. Tùy vào vị trí của ba thiên thể Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất mà ta có thể quan sát thấy hai kiểu nhật thực trung tâm khác nhau.

• Khi ở trong vùng bóng tối của Mặt Trăng (vị trí A trong Hình 6.4.a), người quan sát sẽ thấy Mặt Trời bị đĩa tối Mặt Trăng che khuất hoàn toàn. Đây là nhật thực toàn phần.
• Nếu trong vùng bóng tối của Mặt Trăng không chạm đến Trái Đất và xét ở vị trí A như Hình 6.4.b, người quan sát sẽ thấy một vành sáng xung quanh đĩa tối của Mặt Trăng. Đây là nhật thực hình khuyên.

Sau pha cực đại, Mặt Trăng dần di chuyển ra khỏi vùng ánh sáng do Mặt Trời chiếu lên Trái Đất, đĩa tối do Mặt Trăng in lên Mặt Trời nhỏ dần. Khi đĩa tối của Mặt Trăng ra khỏi Mặt Trời thì nhật thực kết thúc. Ở vùng bóng mờ (vị trí B hoặc C trong Hình 6.4.a và 6.4.b) ta chỉ quan sát được nhật thực một phần.

Câu hỏi 3. Việc dùng mắt để quan sát trực tiếp nhật thực có an toàn không? Giải thích và trình bày một số phương pháp để quan sát nhật thực.

Câu hỏi 4. Thông qua tìm hiểu thông tin trên sách báo và internet, hãy cho biết nhật thực có thể xảy ra tối đa bao nhiêu lần trong năm và vào những thời điểm nào.

• Nhật thực có thể xảy ra 2 đến 5 lần trong một năm.
• Lần nhật thực đầu vào tháng giêng. Lần 2 vào kì không Trăng của Tuần Trăng tiếp theo. Lần 3 sau 6 Tuần Trăng. Lần 4 xảy ra vào Tuần Trăng tiếp theo, lần 5 xảy ra sau kì đầu 12 Tuần Trăng.

Luyện tập 1. Vào năm 2019, tại Malaysia đã xảy ra hiện tượng nhật thực và được chụp lại (Hình 6.6) Em hãy cho biết hình ảnh này thuộc kiểu nhật thực nào? Tại sao em biết?

Hình ảnh này thuộc kiểu nhật thực một phần hay nhật thực hình khuyên. Vì có một vòng sáng xung quanh đĩa tối của Mặt Trăng.

Vận dụng 1. Em hãy thiết kế mô hình đơn giản minh họa cơ chế xảy ra hiện tượng nhật thực.

Sử dụng tay quay để mô phỏng lại quỹ đạo chuyển động của Mặt Trời - Trái Đất - Mặt Trăng.

Dụng cụ: Bảng gỗ, các thanh gỗ bé để lắp ráp, các đinh vít, 1 đế nhựa hình tròn, dây chun, các quả bóng có màu hồng (Mặt Trời), màu xanh (Trái Đất), màu vàng (Mặt Trăng).

Tiến hành thí nghiệm: Lắp ráp 3 thanh gỗ bé phía dưới, đặt đế nhựa hình tròn lên trên, cố định 2/3 thanh gỗ dài và quả bóng màu hồng. Đầu thanh gỗ cách quả bóng hồng 1/3 làm tay quay. Đầu bên kia của thanh gỗ dài cố định với thanh gỗ ngắn và quả bóng màu xanh. Đầu bên kia của thanh gỗ ngắn gắn quả bóng màu vàng, mắc dây chun giữa đế nhựa của quả bóng màu hồng và màu xanh (như hình).

Khi quay tay quay, quả bóng màu vàng sẽ quay và sẽ xuất hiện hiện tượng nhật thực.

2. Nguyệt thực

Câu hỏi 5. Quan sát Hình 6.9 và mô tả quá trình diễn ra hiện tượng nguyệt thực

Quá trình diễn ra hiện tượng nguyệt thực:

Như mô tả trong Hình 6.9 Trái Đất nằm ở giữa Mặt Trời và Mặt Trăng, do đó đã chắn hết ánh sáng của Mặt Trời. Mặt Trăng từ vị trí A dần tiến vào vùng bóng mờ của Trái Đất, khi đó tại B ta quan sát thấy nguyệt thực một phần. Khi mặt trăng đi vào vùng bóng tối của Trái Đất tại C, ta quan sát thấy nguyệt thực toàn phần, nguyệt thực toàn phần có thể diễn ra trong khoảng 2 giờ. Sau đó Mặt Trăng dần di chuyển ra khỏi vùng bóng tối của Trái Đất. Ta quan sát thấy nguyệt thực một phần tại pha D khi Mặt Trăng di chuyển vào vùng bóng mờ của Trái Đất. Hiện tượng nguyệt thực kết thúc khi Mặt Trăng di chuyển hoàn toàn ra khỏi vùng bóng mờ của Trái Đất tại pha E.

Câu hỏi 6. Trình bày điều kiện về vị trí của Mặt Trăng, Trái Đất và Mặt Trời để có thể xảy ra hiện tượng nguyệt thực.

Hiện tượng nguyệt thực xảy ra khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng thẳng hàng. Khi đó, Trái Đất che khuất một phần hay toàn bộ ánh sáng từ Mặt Trời chiếu đến Mặt Trăng.  Mặt Trăng không còn nhận được ánh sáng từ Mặt Trời nên không phản xạ lại đến mắt chúng ta để nhìn thấy.

Câu hỏi 7. Tại sao hiện tượng nhật thực chỉ có thể quan sát thấy trong vài phút trong khi hiện tượng nguyệt thực có thể diễn ra trong khoảng vài giờ?

Hiện tượng nhật thực chỉ có thể quan sát thấy trong vài phút trong khi hiện tượng nguyệt thực có thể diễn ra trong khoảng vài giờ:

Vì Trái Đất có kích thước lớn hơn đáng kể so với Mặt Trăng. Do đó, Mặt Trăng mất thời gian lâu hơn cho cả quá trình di chuyển vào và di chuyển ra khỏi vùng bóng tối của Trái Đất.

Câu hỏi 8. Giải thích tại sao hiện tượng nhật thực và nguyệt thực hiếm khi xảy ra.

Luyện tập 2. So sánh sự giống và khác nhau giữa hiện tượng nhật thực và nguyệt thực.

Hướng dẫn trả lời:

Sự giống và khác nhau giữa hiện tượng nhật thực và nguyệt thực:

• Giống nhau: Nhật thực và nguyệt thực là hai hiện tượng thiên văn xảy ra khi Mặt Trời, Mặt Trăng, Trái Đất cùng nằm trên một mặt phẳng và thẳng hàng nhau.
• Khác nhau:

Vận dụng 2. Sưu tầm các hình ảnh thực tế về hiện tượng nguyệt thực. Phân loại và mô tả hình dạng của Mặt Trăng khi quan sát ở Trái Đất

Hướng dẫn trả lời:

Hình ảnh thực tế về hiện tượng nguyệt thực:

Hình dạng của Mặt Trăng khi quan sát ở Trái Đất:

Hình dạng của Mặt Trăng: Trăng tròn, Trăng khuyết, Trăng bán nguyệt, Trăng lưỡi liềm, Không trăng.

Với mỗi vị trí của Mặt trăng trong hình, người trên Trái Đất quan sát được thấy 

• Vị trí 1: Trăng bán ngyệt đầu tháng
• Vị trí 2: Trăng lưỡi liềm đầu tháng
• Vị trí 3: Không trăng
• Vị trí 4: Trăng lưỡi liềm cuối tháng
• Vị trí 5: Trăng bán nguyệt cuối tháng
• Vị trí 6: Trăng khuyết cuối tháng
• Vị trí 7: Trăng tròn
• Vị trí 8: Trăng khuyết đầu tháng

3. Thủy triều

Câu hỏi 9. Nêu ví dụ về hiện tượng thủy triều mà các em quan sát thấy trong đời sống hàng ngày.

Câu hỏi 10. Giải thích tại sao Mặt Trăng lại gây hiện tượng thủy triều mạnh hơn so với Mặt Trời mặc dù khối lượng Mặt Trăng nhỏ hơn Mặt Trời rất nhiều.

Hướng dẫn trả lời:

Ta đã biết lực hấp dẫn giữa các thiên thể phụ thuộc vào khối lượng và khoảng cách giữa các thiên thể. Các thiên thể cách nhau càng xa, lực hấp dẫn giữa chúng càng nhỏ. Mặc dù Mặt Trăng nhỏ hơn nhiều so với Mặt Trời nhưng khoảng cách từ Mặt Trăng đến Trái Đất lại gần hơn rất nhiều so với khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời (nhỏ hơn khoảng 389 lần). Do đó, lực hấp dẫn giữa Mặt Trăng tác dụng lên lớp nước trên bề mặt Trái Đất mạnh hơn đáng kể so với lực hấp dẫn giữa Mặt Trời tác dụng lên lớp nước trên bề mặt Trái Đất. Vì vậy, Mặt Trăng gây ra hiện tượng thủy triều mạnh hơn Mặt Trời (mạnh hơn khoảng 2,7 lần so với Mặt Trời).

Câu hỏi 11. Theo em, hiện tượng thủy triều có phải là nguyên nhân chính làm cho mực nước trên các đại dương ngày càng dâng cao hay không?

Hướng dẫn trả lời:

Hiện tượng thủy triều không phải là nguyên nhân chính làm cho mực nước dâng cao trên các đại dương vì

• Hiện tượng thủy triều chỉ làm cho mực nước ở một nơi dâng lên tối đa 2 lần 1 ngày.
• Dưới tác dụng lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời chỉ làm cho lớp nước bị kéo dẹt ra và thể tích lớp nước không bị thay đổi.

Hiện tượng mực nước trên các đại dương ngày càng dâng cao là do sự nóng lên toàn cầu làm băng tan ở hai cực góp phần làm tăng thể tích nước ở các đại dương. Bên cạnh đó hiện tượng nóng lên toàn cầu cũng làm nhiệt độ nước ở các đại dương tăng lên kéo theo thể tích nước ở các đại dương cũng tăng do sự dãn nở vì nhiệt.

Luyện tập 3. Phân tích những lợi ích và tác động tiêu cực mà thủy triều mang lại. Cho ví dụ về những ảnh hưởng nổi bật của thủy triều trong lịch sử Việt Nam.

Những lợi ích và tác động tiêu cực mà thủy triều mang lại:

• Lợi ích:
• Cung cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt.
• Bồi đắp phù sa màu mỡ cho các đồng bằng.
• Có giá trị về thủy điện và thủy lợi.
• Giao thông vận tải và du lịch.
• Cải tạo môi trường.
• Nuôi trồng đánh bắt thủy, hải sản.
• Tác động tiêu cực:
• Triều cường dâng cao gây ngập úng.
• Thủy triều đỏ (được biết là hiện tượng “nước nở hoa”) làm cho sinh vật dưới nước chết hàng loạt.
• Ví dụ về những ảnh hưởng nổi bật của thủy triều trong lịch sử Việt Nam: Trận Bạch Đằng năm 938 quân ta đã đánh bại quân Nam Hán dựa vào thủy triều.

Vận dụng 3. Thực hiện một đoạn phóng sự ngắn về ảnh hưởng của thủy triều tới cuộc sống của những người dân tại nơi em sinh sống hoặc một nơi mà em biết.

Một số phóng sự tham khảo: 

https://dangcongsan.vn/xay-dung-xa-hoi-an-toan-truoc-thien-tai/thuy-trieu-do-tac-hai-va-bien-phap-phong-ngua-613699.html

https://backlinks.vn/loi-ich-cua-thuy-trieu/

Bài tập

Bài 1. Quan sát hình 6P.1 và cho biết: đâu là hiện tượng nhật thực, đâu là hiện tượng nguyệt thực. Giải thích bằng cách vẽ các thiên thể và các tia sáng tương ứng.

Hướng dẫn trả lời:

Hình 6P.1a là hiện tượng nhật thực, hình 6P.1b là hiện tượng nguyệt thực.

Vẽ hình mô tả cơ chế xảy ra hiện tượng nhật thực và nguyệt thực tương tự Hình 6.4 và 6.9.

Bài 2. Đặt mắt quan sát nhìn vào vùng chiếu sáng của một quả bóng từ ba vị trí 1, 2, 3 như Hình 6P.2. Hỏi ở các vị trí tương ứng như trên, ta sẽ thấy hình dạng quả bóng lần lượt có dạng nào trong các dạng dưới đây?

• Vị trí 1 quan sát thấy như hình C.
• Vị trí 2 quan sát thấy như hình D.
• Vị trí 3 quan sát thấy như hình A.

Bài 3. Từ thời xa xưa, Aristarchus (A – rít – ta – chớt)(310 – 230 TCN) đã biết sử dụng những thiết bị đơn giản để đo được:

a. Đường kính của Mặt Trời. Thiết bị này có cấu tạo như hình 6P.3

Em hãy thử làm thiết bị này và tiến hành đo các giá trị cần thiết. Sau đó, hãy tìm hiểu khoảng cách Trái Đất – Mặt Trời để tính ra đường kính ước lượng của Mặt Trời.

b. Khoảng cách Trái Đất – Mặt Trăng. Thiết bị này có cấu tạo như hình 6P.4

Giá trị mà Aristarchus có với góc đo là α=87^o và khoảng cách ước lượng là ES = 19 EM (ES: khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời, EM: khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng). Ngày nay, giá trị này là α = 89^o51' và ES = 400EM.

Dựa vào các giá trị trên, em hãy tính các giá trị khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng tương ứng. So sánh kết quả tính toán được với giá trị chính xác mà em tìm được từ sách hoặc internet.

a. Áp dụng tính chất tam giác đồng dạng, ta có hệ thức tỉ lệ: $\frac{D}{d}=\frac{L}{l}$

Như vật chỉ cần đo chiều dài l của hộp quan sát, đường kính vùng sáng d của Mặt Trời trong hộp, ta có thể tính được đường kính ước lượng của Mặt Trời: $D=\frac{L.d}{l}$

b. Giá trị của Aristarchus: $\alpha =87^{o}\Rightarrow ES=\frac{EM}{cos\alpha }\approx $ 19 EM (1)

Giá trị ngày nay: $\alpha =89^{o}51'\Rightarrow ES=\frac{EM}{cos\alpha }\approx $ 382 EM (2)

So với giá trị chính xác hiện tại, ES $\approx $ 382 EM (ES = 149,6.10$^{6}$ km, EM = 384400 km) thì kết quả (2) chính xác hơn.