Giải chuyên đề học tập Vật lí 10 KNTT bài 5: Đặc điểm chuyển động nhìn thấy của một số thiên thể trên nền trời sao

Câu hỏi khởi động

Hằng ngày chúng ta đều thấy Mặt Trời mọc buổi sáng và lặn vào buổi chiều. Mặt Trăng thì lúc tròn, lúc khuyết. Tại sao ta lại có hiện tượng như vậy?

Hằng ngày chúng ta đều thấy:

• Mặt Trời mọc buổi sáng và lặn vào buổi chiều là do Trái Đất tự quay quanh trục của nó đồng thời quay quanh Mặt Trời.

• Mặt Trăng lúc tròn, lúc khuyết là do Mặt Trăng quay quanh Trái Đất và Mặt Trăng không phát ra ánh sáng mà chỉ phản xạ ánh sáng Mặt Trời. Ánh sáng phản xạ sẽ chiếu tới Trái Đất theo các góc khác nhau nên hình dạng nhìn thấy của Mặt Trăng từ Trái Đất là khác nhau.

I. Hệ Mặt Trời

Câu hỏi 1. Hãy nêu cấu trúc của hệ Mặt Trời và sự chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt Trời.

• Hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời, tám hành tinh, các hành tinh lùn, các tiểu hành tinh quay xung quanh Mặt Trời.
• Thứ tự các hành tinh tính từ Mặt Trời ra: Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Hỏa Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh.
• Tám hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời có quỹ đạo gần tròn và mặt phẳng quỹ đạo của chúng gần như trùng khít với nhau.

Câu hỏi 2. Hãy nêu đặc điểm cấu tạo của một số hành tinh trong hệ Mặt Trời.

• Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh: được cấu tạo chủ yếu từ đá và kim loại.

• Mộc tinh và Thổ tinh: được cấu tạo chủ yếu từ khí helium và khí hydrogen.

• Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh: có thành phần chính từ băng, nước, ammonia và methane.

II. Chuyển động nhìn thấy của Mặt Trời

Hoạt động 1. Dựa vào chiều quay của Trái Đất, hãy thảo luận để rút ra kết luận về chiều chuyển động và sự mọc, lặn của Mặt Trời hằng ngày.

Trái Đất quay quanh trục theo chiều từ phía Tây sang phía Đông, chúng ta quan sát Mặt Trời từ Trái Đất đang quay nên ta thấy Mặt Trời chuyển động theo chiều ngược lại, tức là mọc ở phía Đông và lặn ở phía Tây.

Hoạt động 2. Dựa trên đường đi của Mặt Trời quan sát thấy từ Trái Đất, hãy thảo luận để giải thích câu sau:

“Đêm tháng năm chưa nằm đã sáng. Ngày tháng mười chưa cười đã tối”.

• Vào tháng 5 (mùa hè) đường đi của Mặt Trời cao hơn nên ban đêm sẽ ngắn hơn ban ngày.
• Vào tháng 10 (mùa đông) đường đi của Mặt Trời thấp hơn nên ban ngày sẽ ngắn hơn ban đêm.

Vì vậy mà ông bà ta mới có câu: “Đêm tháng năm chưa nằm đã sáng. Ngày tháng mười chưa cười đã tối”. 

III. Chuyển động nhìn thấy của Mặt Trăng

Câu hỏi 3. Mô tả và kể tên hình dạng Mặt Trăng quan sát thấy từ Trái Đất.

Các hình dạng của Mặt Trăng quan sát thấy từ Trái Đất:

• Trăng lưỡi liềm
• Trăng bán nguyệt
• Trăng tròn
• Không trăng

Hình dạng Mặt Trăng ta nhìn thấy trên bầu trời thay đổi mỗi ngày. Người ta gọi đó là các pha của Mặt Trăng.

• Không trăng (còn gọi là Trăng non): khi nửa tối của Mặt Trăng hướng hoàn toàn về Trái Đất, ta không còn nhìn thấy Trăng.
• Trăng tròn: khi nửa sáng của Mặt Trăng hoàn toàn hướng về Trái Đất thì ta nhìn thấy Mặt Trăng hình tròn.
• Trăng bán nguyệt hay trăng lưỡi liềm: một phần ánh sáng phản xạ từ Mặt Trăng chiếu xuống Trái Đất dưới các góc khác nhau.

Hoạt động 3. Thảo luận để giải thích tại sao hình ảnh Trăng tròn quan sát thấy ở các nơi khác nhau trên Trái Đất và các thời điểm khác nhau lại giống nhau.

Vì ngoài chuyển động quanh Trái Đất, Mặt Trăng cũng tự quay xung quanh mình nó với chu kì bằng chu kì quay quanh Trái Đất, nên Mặt Trăng luôn hướng một mặt duy nhất về phía Trái Đất. Do đó, hình ảnh Trăng tròn quan sát thấy ở các nơi khác nhau trên Trái Đất vào các thời điểm khác nhau lại giống nhau.

Hoạt động 4. Vẽ lại Hình 5.9, thảo luận để mô tả chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất với giả thuyết Mặt Trăng không tự quay quanh mình nó.

Nếu Mặt Trăng không tự quay quanh mình nó thì chúng ta sẽ nhìn thấy bề mặt của Mặt Trăng ở các vị trí, các thời điểm khác nhau sẽ có hình dạng khác nhau.

Hoạt động 5. Thảo luận để rút ra kết luận về sự chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất.

Mặt Trăng xoay tròn quanh Trái Đất với chu kì là 29,5 ngày và chuyển động cùng Trái Đất xung quanh Mặt Trời. Ngoài chuyển động quanh Trái Đất, Mặt Trăng cũng tự quay xung quanh mình nó với chu kì bằng chu kì quay quanh Trái Đất, nên Mặt Trăng luôn hướng một mặt duy nhất về phía Trái Đất.

IV. Chuyển động nhìn thấy của Kim Tinh, Thủy Tinh

Câu hỏi 4. Dựa vào mô hình hệ Mặt Trời, hãy giải thích tại sao hình ảnh quan sát thấy Thủy tinh, Kim tinh, Thổ tinh, Hỏa tinh, Mộc tinh gần thẳng hàng nhau.

Ta thấy Thủy tinh, Kim tinh, Thổ tinh, Hỏa tinh, Mộc tinh gần thẳng hàng nhau là do các hành tinh này có:

• Tốc độ góc gần như tương đương nhau.
• Chúng ta tưởng tượng 3 hành tinh trên giống như các điểm trên cùng 1 chiếc đĩa tròn tự quay, 3 hành tinh nằm trên cùng một đường thẳng, nên khi đĩa quay tròn thì tốc độ góc của 3 điểm này như nhau, nên chúng ta thấy chúng thẳng hàng.

V. Hệ nhật tâm của Copernic

Hoạt động 6. Thảo luận để mô tả về mô hình hệ địa tâm của Ptolemy như Hình 5.13 dưới đây.

Mô hình hệ địa tâm của Ptolemy:

• Trái Đất nằm yên ở trung tâm vũ trụ.
• Giới hạn của vũ trụ là một vòm cầu trên có gắn các sao. Vòm cầu này quay đều quanh một trục xuyên qua Trái Đất.
• Mặt Trăng, Mặt Trời chuyển động đều quanh Trái Đất cùng chiều với chiều quay của vòm cầu nhưng với chu kì khác nhau nên chúng dịch chuyển đối với các sao.
• Các hành tinh chuyển động đều theo những vòng tròn nhỏ (gọi là nội luân); tâm của vòng tròn nhỏ này chuyển động theo các vòng tròn lớn (gọi là ngoại luân) quanh Trái Đất.
• Trái Đất, Mặt Trời, tâm vòng tròn nhỏ của Kim tinh, Thủy tinh luôn nằm trên một đường thẳng.

Câu hỏi 5. Hãy so sánh mô hình hệ địa tâm của Ptolemy và hệ nhật tâm của Copernic về sự chuyển động của các hành tinh, vị trí của các hành tinh.

Câu hỏi 6. Tìm kiếm trên internet, sách báo để nêu một số hạn chế của mô hình hệ nhật tâm so với mô hình hệ Mặt Trời ngày nay.

VI. Giải thích hình ảnh quan sát Mặt Trời, Mặt Trăng, Thủy tinh, Kim tinh từ Trái Đất

Câu hỏi 7. Hãy giải thích chuyển động nhìn thấy của Mặt Trời dựa vào sự tự quay của Trái Đất.

• Do Trái Đất tự quay quanh trục theo chiều từ tây sang đông, đồng thời quay quanh Mặt Trời nên ta có cảm giác Mặt Trời chuyển động xung quanh Trái Đất. Tại một nơi trên Trái Đất, ta thấy Mặt Trời mọc lên ở hướng đông và lặn ở hướng tây.
• Tuy nhiên, ta chỉ quan sát được Mặt Trời mọc đúng ở hướng đông, lặn ở hướng tây vào ngày xuân phân và thu phân. Quỹ đạo chuyển động biểu kiến của Mặt Trời trong một năm gọi là hoàng đạo. Hoàng đạo đi qua 12 chòm sao. Năm dương lịch có 12 tháng, mỗi tháng Mặt Trời ứng với vị trí của một chòm sao.
• Hằng ngày Mặt Trời mọc lên ở phía đông và lặn ở phía tây. Trung bình mất 24 giờ để từ giữa trưa quay trở lại giữa trưa của ngày hôm sau. Mỗi ngày ta sẽ thấy Mặt Trời mọc và lặn lệch đi so với hôm trước một chút nhưng vị trí của nó lúc mọc và lúc lặn so với đường chân trời lặp lại đúng một năm.

Hoạt động 7. Bằng hình vẽ hãy giải thích tên gọi “sao Hôm”, “sao Mai” của Kim tinh.

Sở dĩ Kim tinh có tên gọi là sao Hôm hoặc sao Mai là vì:

• Từ Trái Đất quan sát được Kim Tinh chuyển động quanh Mặt Trời, giống như việc nó đang mọc và lặn ở các thời điểm khác nhau.
• Kim tinh ban đầu dịch chuyển cùng hướng với Mặt Trời, nhưng sau đó dịch chuyển nhanh hơn nên Kim tinh sẽ vượt Mặt Trời và đi xa dần Mặt Trời về hướng đông – gọi là sao Mai.
• Khi Kim tinh xuất hiện vào chiều tối (khi Mặt Trời lặn) – gọi là sao Hôm.