Giải chuyên đề học tập Vật lí 10 KNTT bài 6: Nhật thực, nguyệt thực, thủy triều

Câu hỏi khởi động

Mặt Trăng, Trái Đất đều tự quay quanh trục đi qua tâm của nó và cùng chuyển động xung quanh Mặt Trời đã tạo ra nhiều hiện tượng thiên nhiên trên Trái Đất như nhật thực, nguyệt thực, thuỷ triều. Vậy, bản chất và thời điểm xảy các hiện tượng này như thế nào, chúng ta có dự đoán được không?

• Hiện tượng nhật thực: Mặt Trời, Mặt Trăng, Trái Đất thẳng hàng nhau và xếp đúng theo thứ tự trên, xảy ra vào ban ngày khi Mặt Trăng che khuất Mặt Trời một phần hoặc toàn phần thì khi đó trên Trái Đất sẽ có vùng không thấy được Mặt Trời. Đó là nhật thực một phần hoặc nhật thực toàn phần.

• Hiện tượng nguyệt thực: Mặt Trăng, Trái Đất, Mặt Trời thẳng hàng và xếp đúng thứ tự trên, xảy ra vào buổi tối, khi Trái Đất che khuất Mặt Trời, Mặt Trăng khi đó không nhận được ánh sáng từ Mặt Trời chiếu đến nên không có ánh sáng phản xạ từ Mặt Trăng chiếu đến Trái Đất, khi đó trên Trái Đất có nơi sẽ không quan sát được Mặt Trăng.

• Hiện tượng thủy triều: do Mặt Trăng chuyển động xung quanh Trái Đất, Mặt Trăng tác dụng lực hấp dẫn lên lớp nước biển trên bề mặt Trái Đất đồng thời Trái Đất lại tự quay nên lớp nước biển sẽ có thời điểm bị dâng lên cao, đó chính là thủy triều.

• Chúng ta có dự đoán được thời điểm xảy ra các hiện tượng.

I. Trái Đất và Mặt Trăng

II. Nhật thực

Câu hỏi 1. Nêu điều kiện xảy ra hiện tượng nguyệt thực và nhật thực. Vì sao không thể xảy ra hai lần nhật thực, nguyệt thực mỗi tháng?

• Điều kiện để xảy ra hiện tượng nguyệt thực: Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng nằm trên cùng một đường thẳng.
• Điều kiện để xảy ra hiện tượng nhật thực: Khi ba thiên thể Mặt Trời, Mặt Trăng, Trái Đất gần như thẳng hàng và Mặt Trăng ở vị trí giữa Trái Đất và Mặt Trời.

• Không thể xảy ra hai lần nhật thực, nguyệt thực mỗi tháng vì, hiện tượng nhật thực và nguyệt thực chỉ có thể xảy ra khi Trái Đất – Mặt Trăng – Mặt Trời gần như cùng nằm trên một đường thẳng. Trong khi đó, mặt phẳng bạch đạo và mặt phẳng hoàng đạo lệc nhau một góc 5o nên Mặt Trăng sẽ ở hơi cao hơn hoặc hơi thấp hơn mặt phẳng hoàng đạo, do đó sự thẳng hàng hoàn hảo không thể diễn ra một cách thường xuyên.

1. Nhật thực toàn phần, nhật thực hình khuyên và nhật thực một phần

Câu hỏi 2. Mặt Trăng ở vị trí nào so với Trái Đất và Mặt Trời sẽ xảy ra nhật thực?

Khi Mặt Trăng ở vị trí giữa Trái Đất và Mặt Trời thì sẽ xảy ra nhật thực.

Câu hỏi 3. Hiện tượng nhật thực mỗi năm thường xảy ra như thế nào?

Trong một năm có thể có tới 5 lần nhật thực: lần nhật thực đầu tiên vào tháng giêng; lần 2 vào kì không trăng của tuần Trăng tiếp theo; lần 3 là sau 6 tuần Trăng; lần 4 xảy ra vào tuần Trăng tiếp theo; lần 5 xảy ra sau lần đầu 12 tuần Trăng.

Câu hỏi 4. Phân biệt nhật thực toàn phần và nhật thực hình khuyên. Nêu vai trò của Mặt Trăng trong hai hiện tượng này.

Nhật thực toàn phần: xảy ra khi đĩa tối của Mặt Trăng che khuất hoàn toàn Mặt Trời và người quan sát nằm trong đĩa tối của Mặt Trăng.

Nhật thực hình khuyên: xảy ra khi Mặt Trời, Mặt Trăng, Trái Đất nằm cùng trên một đường thẳng, nhưng Mặt Trăng không che hết toàn toàn Mặt Trời. Khi đó Mặt Trời vẫn hiện ra như một vòng đai rực rỡ bao quanh đĩa Mặt Trăng.

Vai trò của Mặt Trăng: đóng vai trò là vật chắn sáng, làm cho ánh sáng Mặt Trời không thể chiếu đến Trái Đất.

III. Nguyệt thực

Hoạt động 1. Hãy mô tả diễn biến của hiện tượng nguyệt thực.

Nguyệt thực là hiện tượng Mặt Trăng bị che khuất khi đi vào vùng bóng tối phía sau Trái Đất. Khi đó, vị trí của Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng nằm trên cùng một đường thẳng.

Nguyệt thực toàn phần xảy ra khi Mặt Trăng đi vào vùng bóng tối của Trái Đất. Lúc này ánh trăng sẽ bị mờ đi và Mặt Trăng sẽ có màu đỏ đồng hoặc màu cam sẫm. Nguyệt thực một phần xảy ra khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng nằm trên đường gần thẳng. Lúc này ánh trăng sẽ bị mờ đi và Mặt Trăng bị khuyết đi một phần.

Câu hỏi 5. Sử dụng Hình 6.9 trình bày các pha nguyệt thực.

• Khi Mặt Trăng nằm ngoài vùng nửa tối và vùng tối (vị trí A và G) thì bề mặt Mặt Trăng hướng về phía Mặt Trời được chiếu sáng hoàn toàn.
• Khi Mặt Trăng nằm hoàn toàn trong vùng nửa tối (B và F) thì cường độ sáng từ Mặt Trời chiếu đến Mặt Trăng giảm đi do bị Trái Đất che khuất một phần nên từ nửa tối của Trái Đất thấy Mặt Trăng mờ dần.
• Khi Mặt Trăng có một nửa nằm trong vùng tối và một nửa nằm trong vùng nửa tối (C và E) thì khi đó ta quan sát được nguyệt thực một phần.
• Khi Mặt Trăng nằm hoàn toàn trong vùng tối thì ta quan sát được nguyệt thực toàn phần.

Câu hỏi 6. Giải thích tại sao nguyệt thực lại kéo dài hơn so với nhật thực.

Nguyệt thực kéo dài hơn nhật thực vì Trái Đất có kích thước lớn hơn Mặt Trăng, do đó bóng của Trái Đất che khuất Mặt Trăng lâu hơn so với bóng của Mặt Trăng khi che khuất Trái Đất.

IV. Thủy triều

Câu hỏi 7. Giải thích tại sao khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng thẳng hàng sẽ xảy ra triều cường.

Trong những ngày Mặt Trăng, Trái Đất và Mặt Trời thẳng hàng, lực hấp dẫn của Mặt Trời tác động lên Trái Đất, dù ở xa, cũng trở nên đáng kể hơn. Khi đó tại vị trí thẳng hàng, lực tác động lên Trái Đất sẽ là tổng hợp lực hấp dẫn do Mặt Trăng và Mặt Trời làm cho thuỷ triều lên xuống mạnh hơn, gọi là triều cường.

Hoạt động 2. Hãy biểu diễn lực hấp dẫn giữa Mặt Trăng và Trái Đất ở những vùng triều cao.

Lực hấp dẫn do Mặt Trăng và Mặt Trời tác dụng lên lớp nước trên bề mặt Trái Đất là F1→,F2→.

Câu hỏi 8. Hãy giải thích tại sao vào khoảng tháng 9, tháng 10 hằng năm thường xảy ra triều cường vào cuối buổi chiều gây ngập lụt.

Vì khi đó khoảng các giữa Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất là nhỏ nhất lên lực hấp dẫn lớn nhất, dẫn đến triều cường mạnh nhất.