Bài giảng: Trái đất và bầu trời

Bài giảng này trình bày các kiến thức, kĩ năng góp phần giúp học viên hình thành, phát triển năng lực KHTN và năng lực dạy học môn KHTN qua các bài học về chuyển động nhìn thấy của Mặt T

Mô tả nội dung học phần

Học phần này cung cấp kiến thức và kỹ năng cần thiết để học viên phát triển năng lực Khoa học Tự nhiên (KHTN) và khả năng giảng dạy môn KHTN Nội dung bao gồm sự chuyển động của Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng, khái quát về hệ Mặt Trời, hiện tượng ngày và đêm, cũng như cấu trúc của chất, nguyên tử và hạt nhân, cùng với các phản ứng hạt nhân.

Học viên sẽ được cung cấp các mô phỏng thí nghiệm và thực hành phù hợp với chương trình trung học cơ sở, giúp họ tự học hiệu quả hơn.

Bảng 1.1 Bảng tham chiếu đến nội dung chương trình môn Khoa học tự nhiên Nội dung học phần Nội dung của môn KHTN

Sơ lược về trúc của chất, cấu tạo nguyên tử Thang nhiệt độ Celsius, đo nhiệt độ, ma sát, KHTN 6

Sơ lược về cấu tạo hạt nhân, phản ứng hạt nhân

Vòng năng lượng trên Trái Đất, năng lượng hoá thạch, năng lượng tái tạo, KHTN 9

Nhật động của bầu trời Xác định phương hướng Đặc điểm chuyển động nhìn thấy của Mặt

Trời, Mặt Trăng và các hành tinh trên nền trời sao

Sơ lược về tuần trăng, hệ Mặt Trời, Ngân

Chuyển động nhìn thấy của Mặt Trời, chuyển động nhìn thấy của Mặt Trăng, hệ Mặt Trời, Ngân Hà, KHTN 6

Mục tiêu của học phần

Sau khi học học phần Trái đất và Bầu trời, sinh viên cần đạt được:

Bài viết cung cấp kiến thức về chuyển động của Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng, cùng với cái nhìn tổng quan về hệ Mặt Trời và hiện tượng ngày đêm Ngoài ra, bài viết còn đề cập đến cấu trúc của chất, cấu tạo nguyên tử, cấu tạo hạt nhân và phản ứng hạt nhân, nhằm đáp ứng yêu cầu giảng dạy các nội dung liên quan ở bậc Trung học cơ sở.

Trong môn Khoa học Tự nhiên (KHTN), việc phát triển kiến thức và kỹ năng được thể hiện qua các phần học như chuyển động nhìn thấy của Mặt Trời, chuyển động nhìn thấy của Mặt Trăng, hệ Mặt Trời và Ngân Hà Những nội dung này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ về các hiện tượng thiên văn mà còn kích thích tư duy logic và khả năng quan sát Việc nắm vững các khái niệm này sẽ tạo nền tảng vững chắc cho việc nghiên cứu sâu hơn về vũ trụ và các quy luật tự nhiên.

Trong quá trình dạy học môn Khoa học tự nhiên, giáo viên có thể thực hiện một số thí nghiệm và thực hành, đồng thời sử dụng các học liệu đa phương tiện như mô hình giải thích định tính sự mọc lặn của Mặt Trời và hình dạng của Mặt Trăng trong Tuần Trăng Học liệu điện tử cũng giúp học sinh nhận thức rằng hệ Mặt Trời chỉ là một phần nhỏ trong Ngân Hà Ngoài ra, các mô hình như chuyển động của phân tử, phản ứng hạt nhân và vòng năng lượng trên Trái Đất cũng góp phần làm phong phú thêm nội dung giảng dạy.

Lựa chọn nội dung dạy học và phương pháp tiếp cận phù hợp là yếu tố quan trọng nhằm đáp ứng các yêu cầu về phẩm chất và năng lực theo Chương trình tổng thể và môn Khoa học tự nhiên.

- Chuyên cần, chăm chỉ, sáng tạo, có ý thức hợp tác làm việc nhóm.

Cấu tạo của chất (9 tiết)

Sơ lược về cấu tạo của chất

1.1.1 Thuyết cấu tạo phân tử

Mọi vật chất được cấu tạo bởi các hạt vô cùng nhỏ bé gọi là các phân tử, các phân tử được tạo nên bởi các nguyên tử:

-Các hạt phân tử, nguyên tử vô cùng nhỏ bé, mắt thương không nhìn thấy được

-Các hạt phân tử luôn chuyển động hỗn độn không ngừng, nhiệt độ càng tăng các phân tử chuyển động càng nhanh

-Giữa các phân tử luôn có khoảng cách

-Các lực tương tác giữa các phân tử là lực hút hoặc lực đẩy

1.1.2 Chuyển động Brown và cách giải thích bằng chuyển động nhiệt của phân tử

+ Mô tả chuyển động Brown

Năm 1827, Brown trong khi quan sát các hạt phấn hoa trong nước bằng kính hiển vi đã phát hiện ra rằng các hạt phấn hoa chuyển động không ngừng

Hiện tượng này gọi là chuyển động

Chuyển động Brown là một quá trình mà các hạt di chuyển theo một quỹ đạo gãy khúc không theo quy luật Sự chuyển động này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước của hạt, nhiệt độ của môi trường và độ nhớt của môi trường xung quanh.

+ Giải thích chuyển động Brown

Tại sao các hạt Brown chuyển động hỗn loạn không ngừng?

Gợi ý: Giải thích trên cơ sở chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên môi trường và tính chất vĩ mô của môi trường

Chuyển động Brown là kết quả của chuyển động nhiệt của các phân tử hoặc nguyên tử trong môi trường Sự kiện này không chỉ là một hiện tượng thực nghiệm quan trọng mà còn chứng minh sự tồn tại của chuyển động nhiệt ở các hạt cấu thành môi trường.

Cấu tạo nguyên tử

1.2.1 Mẫu nguyên tử Thomson, Rutherfor a) Mô hình nguyên tử Thomson

Năm 1903, nhà vật lý học người Anh JJ Thomson, người phát hiện ra electron, đã giới thiệu mô hình nguyên tử đầu tiên Ông mô tả nguyên tử như một hình cầu có kích thước vào bậc angstrom (1Å = 10^-10 m) với điện tích dương phân bố đồng nhất, trong khi các electron phân bố ngẫu nhiên bên trong nguyên tử Sự cân bằng giữa điện tích dương và điện tích âm của các electron đảm bảo tính trung hòa điện của nguyên tử Mô hình nguyên tử của Thomson đã mở ra cái nhìn đầu tiên về cấu hình của proton và electron trong cấu trúc nguyên tử, được công nhận rộng rãi trên toàn thế giới.

Mô hình nguyên tử của Thomson, được ví von như bánh pudding mận, đã tồn tại một thời gian dài với vẻ hợp lý Tuy nhiên, do những tranh cãi giữa các nhà khoa học về sự phân bổ điện tích trong nguyên tử, mô hình này đã bị bác bỏ vào năm 1911 Để xác định tính chính xác của mô hình, cần thực hiện các thí nghiệm sâu hơn để thăm dò cấu trúc bên trong nguyên tử.

Tám năm sau năm 1911, thí nghiệm kiểm chứng mô hình nguyên tử của Thomson mới được thực hiện dưới sự chỉ đạo của Rutherford, học trò và cộng tác của ông Thí nghiệm này, do Geiger và Marsden tiến hành, nhằm tìm hiểu cấu trúc bên trong của nguyên tử.

Mô hình nguyên tử Thomson được mô tả dựa trên ba nội dung chính:

+ Nguyên tử được cấu tạo từ các electron

+ Electron là các hạt tích điện âm

+ Các nguyên tử được tích điện trung tính

Hình 1.2: Mô hình nguyên tử Thomson [9]

Thomson đề xuất rằng nguyên tử chứa một điện tích dương để trung hòa điện tích âm của electron, với cấu trúc hình cầu và electron tích điện dương được nhúng bên trong Mô hình này, được gọi là cấu trúc bánh mận của nguyên tử, hình dung như một cái bánh pudding với các electron như những quả mận Tuy nhiên, mô hình này đã bị bác bỏ sau khi phát hiện ra hạt nhân nguyên tử.

-Không có chi tiết về hạt nhân nguyên tử

-Không có chi tiết về quỹ đạo nguyên tử

-Không có lời giải thích về các proton hoặc neutron

-Xác định rằng nguyên tử có sự phân bố khối lượng đồng đều, điều đó là sai c) Mô hình nguyên tử của Rutherford

Mô hình nguyên tử Rutherford, được đề xuất bởi Ernst Rutherford, đã phát hiện ra hạt nhân nguyên tử và mô tả cấu trúc nguyên tử với hạt nhân và các electron xoay quanh Mô hình này đã khắc phục những hạn chế của mô hình nguyên tử Thomson trước đó.

Thí nghiệm lá vàng do Rutherford và các cộng sự thực hiện đã dẫn đến việc đề xuất mô hình nguyên tử Trong thí nghiệm, các hạt alpha được bắn qua lá vàng với dự kiến sẽ đi thẳng, nhưng thực tế chúng đã lệch hướng Kết quả này cho thấy có một vật liệu rắn tích điện dương ở trung tâm nguyên tử, trong khi phần còn lại chứa nhiều khoảng trống Từ đó, lõi rắn này được gọi là hạt nhân.

Ernest Rutherford (1871-1937) đã phát triển mô hình nguyên tử nổi tiếng của mình thông qua thí nghiệm với sự hỗ trợ của Hans Geiger và Ernest Mardsen, trong đó một chùm hạt alpha bắn vào lá vàng mỏng Hạt alpha, mang điện tích dương (+2) và có khối lượng gấp bốn lần hydrogen, cho thấy hầu hết chúng đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng, trong khi một số ít bị lệch và một số khác bị bật ngược lại Kết quả này dẫn đến kết luận rằng nguyên tử chủ yếu là rỗng, với các điện tử âm quay xung quanh một hạt nhân rất nhỏ, nơi tập trung phần lớn khối lượng của nguyên tố Rutherford mô tả hạt nhân như một "hành tinh" nhỏ trong mô hình nguyên tử, với các điện tử quay xung quanh giống như các hành tinh quay quanh Mặt Trời.

Mô hình nguyên tử của Rutherford mô tả rằng proton và neutron tạo thành hạt nhân của nguyên tố, trong khi điện tử di chuyển xung quanh và chiếm phần lớn thể tích của nguyên tử Khối lượng của điện tử rất nhỏ so với khối lượng của hạt nhân Tuy nhiên, vào thời điểm đó, người ta vẫn chưa hiểu rõ lý do tại sao điện tử có thể ổn định trong nguyên tử mà không bị rơi vào hạt nhân.

Hình 1.3: Mô hình nguyên tử Rutherford

Mẫu nguyên tử của Rutherford được hình dung với hạt nhân nhỏ ở giữa, chứa điện tích dương và hầu hết khối lượng của nguyên tử, trong khi các electron chuyển động xung quanh hạt nhân với tổng điện tích âm bằng điện tích dương của hạt nhân Nếu nguyên tử có Z electron, thì điện tích dương của hạt nhân sẽ là Z|e| So sánh thực nghiệm và lý thuyết cho thấy số Z trùng với nguyên tử số của nguyên tố kim loại; ví dụ, trong thí nghiệm tán xạ hạt α trên lá vàng, Z = 79 Điều này chứng tỏ rằng sự sắp xếp của các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev thực chất được quyết định bởi số electron của mỗi nguyên tố.

Mô hình nguyên tử của Rutherford, còn được gọi là mẫu hành tinh nguyên tử, cho rằng electron chuyển động quanh hạt nhân trên các quỹ đạo elíp, tương tự như các hành tinh quay quanh Mặt Trời Sự khác biệt chính giữa hai hệ thống này là lực tương tác: trong nguyên tử là lực tĩnh điện, trong khi trong thái dương hệ là lực hấp dẫn Tuy nhiên, mô hình này cũng có những hạn chế cần được xem xét.

Mẫu nguyên tử của Rutherford gặp phải một số mâu thuẫn không thể giải thích, đặc biệt là theo lý thuyết điện động lực học, electron chuyển động quanh hạt nhân sẽ bức xạ sóng điện từ liên tục, dẫn đến phổ phát xạ của nguyên tử phải là phổ liên tục Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy phổ phát xạ của nguyên tử luôn là phổ vạch (gián đoạn) Hơn nữa, khi electron bức xạ điện từ, năng lượng của nó giảm liên tục, khiến quỹ đạo electron thu hẹp dần theo đường xoáy ốc và cuối cùng rơi vào hạt nhân, dẫn đến việc nguyên tử bị phá hủy Tính toán cho thấy quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian ngắn hơn 10^-8 giây, và toàn bộ thế giới vật chất xung quanh có thể không còn tồn tại.

Những mâu thuẫn trong lý thuyết nguyên tử yêu cầu xây dựng các lý thuyết mới để giải thích Mô hình Rutherford đã bị bác bỏ vì không thể lý giải được tại sao các hạt nhân và electron tích điện dương lại không bị hút vào nhau Sự khác biệt giữa mô hình nguyên tử của Thomson và Rutherford cũng là một điểm quan trọng cần được xem xét.

Mô hình nguyên tử Thomson mô tả rằng các electron được phân bố trong một khối vật liệu rắn tích điện dương, hình dạng hình cầu.

Mô hình nguyên tử của Rutherford cho rằng nguyên tử gồm một hạt nhân ở giữa và các electron quay xung quanh hạt nhân.

Mô hình nguyên tử Thomson: Mô hình nguyên tử Thomson không cung cấp bất kỳ chi tiết nào về hạt nhân nguyên tử

Mô hình nguyên tử của Rutherford: Mô hình nguyên tử rutherford giải thích về hạt nhân nguyên tử

Mô hình nguyên tử Thomson: Mô hình Thomson của các nguyên tử nói rằng các electron được nhúng trong một vật liệu rắn

Mô hình nguyên tử của Rutherford: Mô hình nguyên tử của Rutherford nói rằng các electron được đặt xung quanh một vật liệu rắn trung tâm

+ Hình dạng của nguyên tử

Mô hình nguyên tử Thomson: Mô hình nguyên tử Thomson chỉ ra rằng nguyên tử là một cấu trúc hình cầu

Mô hình nguyên tử của Rutherford: Mô hình nguyên tử của Rutherford chỉ ra rằng một nguyên tử có lõi rắn trung tâm được bao quanh bởi các electron

Mô hình nguyên tử của J.J Thomson và Ernest Rutherford đại diện cho hai cách tiếp cận khác nhau trong việc giải thích cấu trúc của nguyên tử Điểm khác biệt chính giữa chúng là mô hình của Thomson không đề cập đến hạt nhân, trong khi mô hình của Rutherford cung cấp một cái nhìn chi tiết về hạt nhân nguyên tử.

1.2.1 Mẫu nguyên tử của Bohr a) Mô hình nguyên tử của Bohr

C ấu tạo hạt nhân

1.3.1 Sơ lược về cấu tạo hạt nhân a) Hạt nhân

Hạt nhân nguyên tử bao gồm hai loại hạt chính là neutron và proton, được gọi chung là nucleon Khối lượng của nguyên tử gần bằng A lần khối lượng của nguyên tử hydrogen, trong đó A là số khối Hạt nhân chứa Z proton và (A-Z) neutron, với Z đại diện cho số nguyên tử của nguyên tố, và Z.e là điện tích tổng cộng trong hạt nhân, trong đó e là điện tích của một electron.

Hạt nhân có kích thước rất nhỏ, chỉ khoảng 10^-15 m, và chứa hầu hết khối lượng của nguyên tử Mật độ vật chất trong hạt nhân cực kỳ lớn, đạt khoảng 3 x 10^17 kg/m^3, gấp khoảng 3 x 10^14 lần mật độ của nước.

+ Proton mang điện tích dương Điện tích mỗi proton là +e = + 1,6.10 – 19 C + Neutron không mang điện

+ Số proton trong hạt nhân tương ứng bằng số thứ tự Z của nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Bảng 1.2 Bảng tuần hoàn sơ lược các nguyên tố hóa học

Từ bảng trên ta suy ra được:

+ Hydrogen (H) có Z = 1 proton; Helium (He) có Z = 2 proton

+ Lithium (Li) có Z = 3 proton; Beryllium (Be) có Z = 4 proton

+ Proton và neutron trong hạt nhân được gọi chung là nucleon

+ Tổng số nucleon trong hạt nhân gọi là số khối A

+ Số neutron trong hạt nhân sẽ là N = A – Z

Ký hiệu một hạt nhân như sau: Z A X Trong đó:

+ X là ký hiệu của nguyên tố tương ứng với hạt nhân

+ A là số khối của hạt nhân X

+ Z là nguyên tử số hay còn gọi là số thứ tự trong bảng tuần hoàn

Ví dụ: Hạt nhân carbon thông thường có ký hiệu là: 12 6 C, Ta có thể suy ra trong hạt nhân sẽ có:

A = 12 nucleon; Z = 6 proton; N = 12 – 6 = 6 neutron b) Đồng vị

Đồng vị là các hạt nhân có cùng số proton (Z) nhưng khác nhau về số neutron (N), dẫn đến sự khác biệt về số khối (A) Một ví dụ điển hình là các đồng vị của Hydrogen, trong đó Hydrogen thường được ký hiệu là 1 1 H.

Bao gồm có 1 proton, không có neutron nào

+ Các đồng vị khác của Hydrogen bao gồm: 1 1 H , 1 2 H, 1 3 H

+ Đồng vị của uranium là: 233 92 U; 235 92 U; 238 92 U

Hiện nay, có khoảng 200 đồng vị bền và hơn 1450 đồng vị phóng xạ không bền Đồng phân là các hạt nhân có cùng số khối A nhưng khác nhau về số Z.

+ nhân đồng phân của tritium 1 3 H là 2 3 He là một đồng vị của nhân Helium

Là các nhân có số notron bằng nhau Ví dụ:

1 3 H và 2 3 He; 3 7 Livà 4 7 Be; 12 25 Mgvà 13 25 Al

1.3.2 Phản ứng hạt nhân a) Định nghĩa

Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình biến đổi hạt nhân dẫn đến sự biến đổi chúng thành các hạt khác

X1 + X2 → X3 + X4 trong đó X1, X2 là các hạt tương tác, còn X3, X4 là các hạt sản phẩm

Sự phóng xạ là một dạng phản ứng hạt nhân, trong đó A đại diện cho hạt nhân mẹ, B là hạt nhân con, và C là hạt α hoặc β Ngoài sự phóng xạ, còn có nhiều dạng phản ứng hạt nhân khác.

+ Phản ứng hạt nhân tự phát

Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác + Phản ứng hạt nhân kích thích

Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. c) Đặc điểm của phản ứng hạt nhân:

+ Biến đổi các hạt nhân.

+ Biến đổi các nguyên tố.

+ Không bảo toàn khối lượng nghỉ. d) Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân

Xét phản ứng hạt nhân: 1 2 3 4

-Định luật bảo toàn điện tích:

Các nghiên cứu thực nghiệm chứng minh rằng tổng số điện tích của các hạt tham gia phản ứng luôn bằng tổng điện tích của các sản phẩm phản ứng.

- Bảo toàn số nucleon (bảo toàn số A).

Trong phản ứng hạt nhân thông thường, số nucleon được bảo toàn, có nghĩa là tổng số nucleon của các hạt tương tác bằng tổng số nucleon của các hạt sản phẩm.

Bảng 1.3 trình bày một vài phản ứng hạt nhân làm ví dụ cho định luật bảo toàn điện tích và nucleon

Bảng 1.3 Một số phản ứng hạt nhân bảo toàn điện tích, nucleon

Phản ứng Điện tích Số nucleon

1H 2 + 1H 2 → 2He 3 + n 1 + 1 = 2 + 0 2 + 2 = 3 + 1 p + 3Li 7 → 4Be 7 + n 1 + 3 = 4 + 0 1 + 7 = 7 + 1 γ+ 4Be 9 → 22He 4 + n 0 + 4 = 2×2 + 0 0 + 9 = 2×4 + 1 n + 16S32 → 15P32 + p 0 + 16 = 15 + 1 1 + 32 = 32 + 1 α + 7N 14 → 8O 17 + p 2 +7 = 8 +1 4 + 14 = 17 + 1

Hai định luật này áp dụng cho các quá trình như phân rã alpha, phân rã beta, chiếm electron quỹ đạo và phân hạch Bảng 1.3 cung cấp minh họa cho các loại phản ứng này.

Bảng 1.4 Các phản ứng phân rã alpha, phân rã beta và chiếm electron quỹ đạo bảo toàn điện tích và nucleon

Phản ứng Điện tích Số nucleon

-Sự bảo toàn số nucleon dẫn tới quá trình p + e - → 2γ bị cấm;

Bảo toàn số nucleon dẫn đến bảo toàn số khối A, từ đó có thể giới thiệu khái niệm điện tích nucleon (Bn = Bp = 1) Trong hạt nhân, điện tích tương ứng với số khối A, được gọi là điện tích Barion.

Hoàn thành phản ứng hạt nhân: \(^{14}_{7}N + n \rightarrow + ?\) Số proton của Nitơ (N) là 7 và số proton của neutron là 0, tổng số proton bên trái là 7 Với hydrogen (H) có Z = 1, Z của hạt nhân chưa biết là 7 - 1 = 6, tương ứng với Carbon (C) Tổng số nucleon bên trái là 14 + 1 = 15 Số khối của hydrogen là 1, do đó đồng vị carbon sinh ra trong phản ứng là \(^{14}C\) Phản ứng cần tìm là: \(^{14}_{7}N + n \rightarrow + ^{14}_{6}H\).

Bảo toàn động lượng là một nguyên tắc quan trọng trong vật lý, đặc biệt khi xem xét các hạt nhân nhỏ trong vật chất, với kích thước khoảng 10^-13 cm và khoảng cách giữa chúng bằng bán kính nguyên tử (10^-8 cm) Do năng lượng liên kết hóa học thấp, hệ hai hạt nhân va chạm có thể được coi là một hệ kín Trong hệ cô lập này, năng lượng và xung lượng toàn phần được bảo toàn.

Trong phản ứng hạt nhân thì động lượng của các hạt trước và sau phản ứng được bằng nhau

Tức là pr 1 + pr 2 = pr 3 + pr 4 hay mvr 1 +mvr 2 =mvr 3 +mvr 4

- Bảo toàn năng lượng toàn phần.

Trong phản ứng hạt nhân, năng lượng toàn phần trước và sau phản ứng luôn bằng nhau Một ví dụ điển hình là phản ứng tạo ra một hạt nhân lùi lại và một hạt bay ra.

Năng lượng toàn phần gồm động năng và năng lượng nghỉ của các hạt nên ta có biểu thức của định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:

Trong đó M1, m2 và V1, v2 là khối lượng và vận tốc của nhân bia và hạt đạn

M3, m4 và V3, v4 đại diện cho khối lượng và vận tốc của nhân lùi và hạt bay ra Trong hệ quy chiếu phòng thí nghiệm, nhân bia được coi là đứng yên, dẫn đến V1 = 0 Động năng của hệ trước phản ứng được tính toán như sau:

E = m v (1.7) Động năng của hệ sau phản ứng bằng:

Trong một phản ứng hạt nhân năng lượng có thể bị hấp thụ hay được giải phóng

Rõ ràng, năng lượng được giải phóng khi động năng của hệ sau phản ứng (E s ) lớn hơn động năng của hệ trước phản ứng (E t ), tức là ta có:

Ta nói rằng phản ứng tỏa nhiệt

Q = Es - Et 92 Những nguyên tố này có chu kỳ bán rã ngắn, không tồn tại tự nhiên, ngoại trừ một số dấu vết hiếm hoi của nguyên tố Z = 93 và Z = 94 trong quặng uranium Nguyên tố siêu uranium nặng nhất được tạo ra trong phòng thí nghiệm có Z = 112, được phát hiện tại Darmstadt, Đức, vào ngày 9/2/1996.

Năm 1938, hai nhà hóa học Đức, Hahn và Strassman, trong một thí nghiệm nhằm giải thích dãy phóng xạ, đã phát hiện ra sự phân hạch của hạt nhân uranium 235 thành hai nhân nhẹ hơn, cụ thể là nhân bari, điều này nằm ở giữa bảng tuần hoàn Mendeléev.

Logic phát triển kiến thức, kĩ năng phần cấu tạo của chất trong môn KHTN

Trong chương trình Khoa học tự nhiên, phần Cấu tạo của chất liên quan mật thiết đến mạch Nguyên tử và kiến thức về nguyên tố hóa học Nội dung này được giảng dạy trong môn KHTN lớp 7, đồng thời cũng kết nối với mạch nội dung Trái Đất và bầu trời trong môn KHTN lớp 9 Mức độ kiến thức này đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu biết về cấu trúc vật chất và các yếu tố tự nhiên.

- Môn KHTN lớp 7 chỉ đề cập tới mô hình nguyên tử của Rutherford – Borh, khối lượng của một nguyên tử theo đơn vị quốc tế amu;

Kiến thức về phân tử bao gồm khái niệm, phân loại (đơn chất và hợp chất) và khối lượng phân tử Bài viết cũng giới thiệu hai loại liên kết hóa học chính: liên kết ion và liên kết cộng hóa trị, cùng với cách hình thành của chúng và sự khác biệt giữa tính chất của liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.

Phản ứng hạt nhân liên quan đến nguồn carbon, bao gồm các dạng tồn tại phổ biến của nguyên tố carbon trong tự nhiên Nghiên cứu chu trình carbon và tác động của nó đối với sự ấm lên toàn cầu là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về biến đổi khí hậu.

1.4.2 Về logic phát triển kiến thức

- Kiến thức về mô hình nguyên tử được hình thành theo phương pháp trực quan sử dụng mô hình

- Khái niệm về phân tử được hình thành thông qua mô hình, liên hệ thực tiễn

- Kiến thức về cấu tạo hạt nhân và các phản ứng hạt nhân

- Kiến thức về nguồn carbon

Câu hỏi ôn tập/bài tập/ hướng dẫn thảo luận chương 1

1/ Trình bày cấu tạo của chất, thuyết cấu tạo phân tử

2/ Nêu các mô hình cấu tạo nguyên tử Nêu ưu và nhược điểm của các mô hình đó Thiết kế mô hình chuyển động của phân tử; mô hình phản ứng hạt nhân; 3/ Trình bày sơ lược về cấu tạo hạt nhân Phản ứng hạt nhân là gì?

4/ Thiết kế mô hình cấu tạo nguyên tử H2

Bài 1.1 Phát biểu nào sau đây là ĐÚNG khi nói về cấu tạo hạt nhân Tritium ( 3 1 T )

A Gồm 3 proton và 1 neutron B Gồm 1 proton và 2 neutron

C Gồm 1 neutron và 2 proton D Gồm 1 proton và 3 neutron Đáp án: B

Bài 1.2 Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về hạt nhân đồng vị?

A Các hạt nhân đồng vị có cùng số Z nhưng khác nhau số A

B Các hạt nhân đồng vị có cùng số neutron

C Các hạt nhân đồng vị có cùng số A nhưng khác nhau số Z

D Các hạt nhân đồng vị có cùng số Z; cùng số A Đáp án: A

Bài 1.3 Đồng vị của một nguyên tử đã cho khác với nguyên tử đó về

C số neutron D số neutron và số electron Đáp án: C

Bài 1.4 Nguyên tử của đồng vị phóng xạ 235 92 U có :

A 92 electron và tổng số proton và electron bằng 235

B 92 proton và tổng số neutron và electron bằng 235

C 92 proton và tổng số proton và neutron bằng 235

D 92 neutron và tổng số proton và electron bằng 235 Đáp án: C

Bài 1.5 Cho phản ứng : 226 88 Ra → α + X Hạt nhân con sinh ra có :

A 86 proton và 136 neutron B 86 proton và 222 neutron

C 85 proton và 141 neutron D 89 proton và 137 neutron Đáp án : A

Bảo toàn số khối A: 226 = 4 +A A = 222 nên N = 222 – 86 = 136

Bài 1.6 Trong phản ứng hạt nhân điều nào sau đây không đúng ?

A Khối lượng được bảo toàn B Điện tích được bảo toàn

C Số nuclon được bảo toàn D Năng lượng được bảo toàn Đáp án: A

Bài 1.7: Cho phản ứng hạt nhân 0 1 n + 235 92 U → 94 38 Sr X + + 2 0 1 n : Hạt nhân X có cấu tạo gồm:

D 86 proton và 54 neutron Đáp án: A

Bảo toàn số khối A: 1+ 235 = 94 +A +2.1 A = 140 nên N = 140 – 54 = 86

Bài 1.8: Trong dãy phân rã phóng xạ 235 92 X → 207 82 Y có bao nhiêu hạt α và β được phát ra?

A 3α và 7β B 4α và 7β C 4α và 8β D 7α và 4β Đáp án: D

Bảo toàn số khối A: 235 = 207 +4.x +0.y Chọn D

Bài 1.9: Kết quả nào sau đây là khi nói về định luật bảo toàn số khối và định luật bảo toàn điện tích?

Bài 1.10: Cho phản ứng hạt nhân 19 9 F + → p 16 8 O X + hạt nhân X là hạt nào sau đây?

Bảo toàn số khối A: 19+1 = 16 +A Chọn D

Bài 1.11: Cho phản ứng hạt nhân 3 1 T X + → +α n hạt nhân X là hạt nhân nào sau đây?

Bảo toàn số khối A: 3+A = 4 +1 Chọn B

Bài 1.12 Xác định hạt x trong phản ứng sau: 12 25 Mg x + → 11 22 Na +α

A proton B neutron C electron D pozitron Đáp án : A

Bài 1.13 Cho phản ứng hạt nhân : 11 23 Na p + → X + 10 20 Ne , hạt nhân X là:

Bài 1.14 Cho phản ứng hạt nhân : 17 37 Cl X + → + n 18 37 Ar , hạt nhân X là :

A proton B neutron C electron D pozitron Đáp án : A

Bài 1.15 Cho phản ứng hạt nhân : 11 23 Na p + → +α Ne , hạt nhân Ne có:

A 10 proton và 10 neutron B 10 proton và 20 neutron

C 9 proton và 10 neutron D 11 proton và 10 neutron Đáp án : A

Bài 1.16 Một phản ứng hạt nhân có phương trình: 3 7 Li + 1 2 H → 2 2 4 He + X Hạt nhân X là hạt

A α B Neutron C Proton D Electron Đáp án : B

Bài 1.17 Quá trình biến đổi từ 238 92 U thành 222 86 Rn chỉ xảy ra phóng xạ α và β -

Số lần phóng xạ α và β - là :

A 4 và 2 B 2 và 4 C 4 và 6 D 6 và 8 Đáp án: A

Bài 1.18 Chọn câu trả lời SAI

A Hai hạt nhân nhẹ kết hợp thành một hạt nhân nặng hơn gọi là phản ứng nhiệt hạch

B Một hạt nhân rất nặng hấp thu một neutron và vỡ thành 2 hạt nhân có số khối trung bình Sự vỡ này gọi là sự phân hạch

C Phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở nhiệt độ thấp

D Phản ứng hạt nhân nhân tạo được gây ra bằng cách dùng hạt nhân nhẹ bắn phá những hạt nhân khác Đáp án: C

Bài 1.19 Cho phản ứng hạt nhân: 17 37 Cl + X → n + 18 37 Ar Hạt nhân X là:

Bài 1.20 Trong sự phân hạch của hạt nhân 235 92 U, gọi k là hệ số nhân neutron Phát biểu nào sau đây là đúng?

A Nếu k < 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền xảy ra và năng lượng tỏa ra tăng nhanh

B Nếu k > 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và có thể gây nên bùng nổ

C Nếu k > 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy ra

D Nếu k = 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền không xảy ra Đáp án: B

Tài liệu học tập chương 1

[1] Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thông môn Khoa học tự nhiên

[2] Thái Khắc Định (2003), Vật lí nguyên tử và hạt nhân, NXB ĐHSP HCM

[3] Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn (2001), Giáo trình thiên văn, Tập 1, NXB Giáo dục Hà Nội

[4] Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn (2005), Thiên văn học, NXB Đại học

[5] Nguyễn An Sơn (2016), Cơ sở vật lý hạt nhân, NXB ĐHQG HCM

Cấu trúc hệ Mặt trời (18 tiết)

Bầu trời sao Nhật động Việc xác định phương hướng

Mắt thường có thể quan sát 5776 ngôi sao trên bầu trời, với bản đồ và tên gọi từ thế kỷ 17 Nhờ vào kính thiên văn, trước thế kỷ 20, hơn 7000 ngôi sao đã được phát hiện trong 88 chòm sao khác nhau Sao gần Trái đất nhất là Proxima, thuộc chòm sao Bán Nhân Mã, cách chúng ta 4,22 năm ánh sáng Đồng thời, thiên thể xa nhất được quan sát cách đây 13,4 tỷ năm ánh sáng Gần đây, kính viễn vọng không gian Hubble đã phát hiện một ngôi sao xa nhất từng được ghi nhận, cách Trái đất khoảng 28 tỷ năm ánh sáng, thông tin này được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 30/3/2022.

Từ xa xưa, con người đã đặt tên cho các chòm sao dựa trên hình dáng tưởng tượng hoặc liên kết chúng với các nhân vật trong thần thoại, như chòm Gấu Lớn, Gấu Nhỏ, Thiên Hậu và Tráng.

Từ thế kỷ 17, tất cả các sao trong các chòm sao đều được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp (α, β, γ ), giúp xác định rõ ràng tên và vị trí của chúng trên bầu trời Dải Ngân Hà, một vệt sáng nổi bật trên nền trời, được Galileo quan sát qua kính viễn vọng vào năm 1609 và phát hiện ra rằng nó bao gồm vô số các sao Hai ngôi sao sáng nằm hai bên dải Ngân Hà là Ngưu Lang (sao α trong chòm Thiên Ưng) và Chức Nữ (sao α trong chòm Thiên Cầm), cùng với chòm Thiên Nga nằm dọc theo dải Ngân Hà.

Khi quan sát từ Trái Đất, thiên cầu có một trục quay cắt qua hai điểm gọi là thiên cực Thiên cực Bắc được quy ước là nơi mà các sao quay ngược chiều kim đồng hồ; tay phải chỉ phương Đông và tay trái chỉ phương Tây, với các thiên thể mọc ở phía Đông và lặn ở phía Tây Nổi bật trong chòm sao Gấu Nhỏ, sao Bắc Cực nằm cách thiên cực Bắc 10 độ và có thể dễ dàng nhìn thấy vào ban đêm khi xác định được chòm sao Thiên Hậu hoặc Gấu Lớn.

Hàng ngày, Mặt Trời, Mặt Trăng và các vì sao mọc ở phía đông, di chuyển trên bầu trời và lặn ở phía tây theo vòng nhật động với chu kỳ một ngày đêm Hiện tượng này xảy ra do Trái đất quay quanh trục từ tây sang đông, trục quay đi qua gần sao Bắc Cực Các sao gần sao Bắc Cực có vòng nhật động nhỏ và quay quanh sao này, tạo thành những ngôi sao không lặn, trong khi ở bầu trời phía nam có những ngôi sao không bao giờ mọc, luôn ở dưới đường chân trời và không thể nhìn thấy.

Hình 2.2 Vòng nhật động của các sao quanh thiên cực

Ngược chiều kim đồng hồ (nếu nhìn về thiên cực bắc)

2.1.3 Việc xác định phương hướng

Khi di chuyển trong rừng hoặc trên biển, việc xác định phương hướng là rất quan trọng Vào ban ngày, chúng ta có thể dựa vào Mặt Trời: buổi sáng Mặt Trời ở phía đông, buổi chiều ở phía tây, và vào giữa trưa, tùy thuộc vào vị trí và mùa, Mặt Trời có thể ở phía nam hoặc bắc Để xác định phương hướng chính xác hơn, người ta thường sử dụng sao Bắc Cực Để tìm sao Bắc Cực, chúng ta có thể dựa vào chòm sao Đại Hùng; nếu chòm sao này ở dưới đường chân trời, chúng ta sẽ tìm đến chòm sao Thiên Hậu.

Hình 2.3 Sao Bắc cực và các chòm sao Đại Hùng, Thiên hậu

Hệ Mặt Trời

2.2.1 Đặc điểm chuyển động biểu kiến của Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh

Bầu trời hình cầu với tâm điểm là nơi con người đứng, có bán kính lớn được gọi là thiên cầu Các ngôi sao trên thiên cầu tham gia vào nhật động, nhưng vị trí tương đối của chúng không thay đổi, do đó hình dạng các chòm sao cũng giữ nguyên Trong khi đó, Mặt trời, Mặt trăng và các hành tinh không chỉ tham gia vào nhật động mà còn có sự dịch chuyển so với các chòm sao Cách đây 2000 năm, con người đã phát hiện ra những đặc điểm chuyển động này.

Mặt Trời và Mặt Trăng di chuyển ngược chiều nhật động so với các sao, tức là từ tây sang đông Mỗi ngày, Mặt Trời dịch chuyển khoảng 1 độ và hoàn thành một vòng trong 365 ngày Trong khi đó, Mặt Trăng di chuyển khoảng 13 độ mỗi ngày, hoàn thành một vòng sau hơn 27 ngày.

Các hành tinh thường di chuyển ngược chiều với chiều nhật động của các sao, tuy nhiên, trong một số thời kỳ, chúng lại chuyển động theo chiều ngược lại Do đó, chuyển động của các hành tinh trên bầu trời sao tạo thành hình dạng giống như nút thắt.

Hình 2.4 Chuyển động hình nút của sao Hỏa trong các năm 1994 – 1995

Trong hệ mặt trời, có hai hành tinh đặc biệt là Thuỷ Tinh và Kim Tinh, luôn nằm gần Mặt Trời Thuỷ Tinh dao động quanh Mặt Trời với biên độ tối đa 28 độ, trong khi Kim Tinh có biên độ dao động không vượt quá 48 độ.

Mặt trời, Mặt trăng và các hành tinh chuyển động theo các quỹ đạo gần như nằm trong cùng một mặt phẳng, cho thấy chúng tạo thành một hệ riêng gọi là Hệ Mặt Trời Vấn đề quan trọng là cách sắp xếp của các hành tinh trong hệ này và chuyển động của chúng dẫn đến những đặc điểm quan sát được trong chuyển động.

2.2.2 Mô hình địa tâm Ptolemy

Từ thế kỷ 2 CN, con người đã đạt được độ chính xác đáng kể trong việc xác định vị trí và chuyển động của các hành tinh Claudius Ptolemy, sống từ năm 100 đến 170 CN, đã phát triển mô hình địa tâm vào năm 125 để giải thích hiện tượng nhật động cùng với các đặc điểm chuyển động của Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh.

Hình 2.5 Nhà khoa học Claudius Ptolemy (100 -170CN)

- Trái Đất là trung tâm của vũ trụ

- Vũ trụ bị giới hạn bởi một mặt cầu chứa các ngôi sao cố định Mặt cầu này quay quanh một trục xuyên tâm Trái Đất

Mặt Trời và Mặt Trăng di chuyển trên các quỹ đạo tròn với tốc độ không đổi Tuy nhiên, chu kỳ của chúng lớn hơn chu kỳ nhật động và khác nhau, do đó, chúng ta quan sát thấy chúng dịch chuyển từ từ so với các ngôi sao.

Hình 2.6 Mô hình địa tâm của Ptolemy

Các hành tinh di chuyển với tốc độ không đổi trên các quỹ đạo tròn nhỏ, được gọi là vòng ngoại luân Tâm của vòng ngoại luân này chuyển động theo các quỹ đạo tròn (vòng chính đạo) xung quanh Trái Đất Trái Đất, Mặt Trời và tâm của vòng ngoại luân của Kim tinh và Thủy tinh luôn nằm trên một đường thẳng, điều này giải thích hiện tượng “dao động” của hai hành tinh này quanh Mặt Trời.

- Các thiên thể quay quanh Trái Đất theo thứ tự xa dần: Mặt Trăng, Thủy, Kim, MT, Hỏa, Mộc, Thổ Tinh

Hình 2.7 Vòng ngoại luân của các hành tinh

Mô hình vũ trụ địa tâm đã giải thích được các đặc điểm chuyển động của thiên thể trên bầu trời Tuy nhiên, với những quan sát chính xác hơn, người ta đã phát hiện ra những chuyển động không thể giải thích bằng mô hình địa tâm của Ptolemy Các nhà thiên văn học sau Ptolemy buộc phải bổ sung thêm nhiều vòng tròn khác, làm cho mô hình này trở nên phức tạp hơn.

Mô hình này đã giải thích các quan sát thiên văn vào thời kỳ đó và tiếp tục tồn tại đến thế kỷ 16 nhờ sự phù hợp với quan điểm của Thiên chúa giáo.

2.2.3 Mô hình nhật tâm Copernicus

Mô hình Địa tâm, phù hợp với quan điểm tôn giáo, đã được công nhận cho đến thế kỷ 16, thời kỳ mà thiên văn học không có sự tiến bộ đáng kể Mặc dù nhiều nhà khoa học đã đặt ra vấn đề xem xét lại hệ địa tâm, nhưng họ bị ảnh hưởng bởi sức mạnh của giáo hội Chỉ có Nicolaus Copernicus, một nhà khoa học người Ba Lan, dám đề xuất mô hình hệ nhật tâm.

Hình 2.8 Nhà khoa học Nicolaus Copernicus (1473 – 1543)

Sau nhiều năm nghiên cứu và phân tích dữ liệu về chuyển động của các thiên thể, Nicolaus Copernicus đã xuất bản cuốn sách "Về sự quay của thiên cầu" vào năm 1543, năm cuối đời của ông Cuốn sách này trình bày hệ vũ trụ nhật tâm, nêu rõ những điểm chính về cấu trúc và hoạt động của vũ trụ.

+ Mặt trời chứ không phải Trái đất, ở trung tâm vũ trụ

Các hành tinh chuyển động đều quanh Mặt Trời theo quỹ đạo tròn xác định, cùng chiều và gần như nằm trong cùng một mặt phẳng Khoảng cách càng xa Mặt Trời, chu kỳ chuyển động của hành tinh càng lớn.

Trái đất là một hành tinh độc đáo, không chỉ chuyển động quanh Mặt trời mà còn tự quay quanh trục của nó Chu kỳ quay này tạo ra sự phân chia giữa ngày và đêm, đồng thời hướng quay của Trái đất cũng đồng nhất với chiều chuyển động quanh Mặt trời.

+ Mặt Trăng chuyển động tròn quanh Trái đất (vệ tinh của trái đất)

Thủy tinh và Kim tinh có quỹ đạo chuyển động gần Mặt Trời hơn Trái Đất, trong khi các hành tinh như Hoả Tinh, Mộc Tinh và Thổ Tinh lại có quỹ đạo lớn hơn, nằm xa Mặt Trời hơn Trái Đất.

Hình 2.9 Mô hình nhật tâm của Nicolai Copernicus [8]

Tuần trăng

2.3.1 Chuyển động nhìn thấy của Mặt trăng a) Các pha của Mặt trăng

Mặt trăng, vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái đất, là thiên thể nguội được Mặt Trời chiếu sáng Khoảng cách trung bình từ Mặt trăng đến Trái đất là 384.000 km, với bán kính R.

Tuỳ theo vị trí tương đối giữa Trái Đất, Mặt trời và Mặt trăng mà ta thấy phần dọi sáng của Mặt trăng nhiều hay ít (trong hay khuyết)

Hình 2.16 Các pha của Mặt Trăng

Trên hình 2.16 vẽ quỹ đạo của Mặt Trăng quanh Trái Đất đi qua các vị trí 1, 2, 3… Bên cạnh các vị trí ấy là các pha của Mặt Trăng

Vị trí 1: Giao hội, là vị trí không trăng (đầu, cuối tháng âm lịch)

Vị trí 5: Xung đối, là vị trí trăng tròn (ngày rằm âm lịch)

Vị trí 3: Thượng huyền (ngày 7,8 AL) Ở các vị trí 2, 4, 6, 8 trăng có hình lưỡi liềm, b) Chuyển động của Mặt trăng quanh Trái đất

Mặt Trăng chuyển động quanh Trái đất theo quỹ đạo elip với tâm sai nhỏ (e 0,055) và có chu kỳ 27,32 ngày Khi quan sát từ Trái đất, Mặt Trăng di chuyển giữa các chòm sao trên thiên cầu theo một đường tròn lớn gọi là Bạch đạo, với mặt phẳng Bạch đạo nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái đất một góc trung bình là 5 độ 9 phút Tuy nhiên, chuyển động của Mặt Trăng thực sự phức tạp hơn do bị ảnh hưởng bởi lực nhiễu loạn lớn, dẫn đến các thông số quỹ đạo của nó không ngừng biến thiên, chẳng hạn như độ nghiêng giữa mặt phẳng bạch đạo và mặt phẳng hoàng đạo dao động trong khoảng 4 độ 58 phút.

Mặt Trăng quay quanh Trái Đất, trong khi Trái Đất lại di chuyển quanh Mặt Trời, tạo nên quỹ đạo xoắn ốc của Mặt Trăng quanh Mặt Trời Chu kỳ tuần trăng diễn ra trong tháng giao hội.

Mặt Trăng quay quanh Trái Đất với chu kỳ 27,32 ngày Nếu Trái Đất đứng yên, tuần trăng sẽ kéo dài đúng số ngày này Tuy nhiên, do Trái Đất cũng di chuyển quanh Mặt Trời với chu kỳ 365,25 ngày, khoảng thời gian giữa hai lần xuất hiện liên tiếp của một pha tuần trăng, chẳng hạn như giữa hai lần trăng tròn, sẽ dài hơn 27,32 ngày.

Giả sử Mặt Trời và Mặt Trăng đang ở vị trí giao hội, Mặt Trăng di chuyển khoảng 13 độ mỗi ngày, trong khi Mặt Trời di chuyển khoảng 1 độ do chuyển động của Trái Đất Từ đó, ta có thể thiết lập phương trình để tính khoảng thời gian cần thiết cho Mặt Trời và Mặt Trăng trở lại vị trí giao hội.

Từ đó ta rút ra chu kì giao hội hay tháng giao hội bằng Tgh = 29,53 ngày d) Chu kì tự quay của Mặt Trăng

Mặt Trăng luôn hướng một nửa nhất định về phía Trái Đất do chu kỳ tự quay của nó trùng khớp với chu kỳ chuyển động quanh Trái Đất Hiện tượng này xảy ra vì chiều tự quay và chiều chuyển động của Mặt Trăng là giống nhau Theo khái niệm thời gian, chu kỳ tự quay của Mặt Trăng so với Mặt Trời là 29,53 ngày, tức là trên Mặt Trăng chỉ có một ngày đêm trong một tháng.

Trục tự quay của Mặt Trăng nghiêng một góc 6 độ 40 phút so với mặt phẳng quỹ đạo của nó, dẫn đến việc con người trên Trái Đất chỉ có thể quan sát được một nửa bề mặt của Mặt Trăng tại mỗi thời điểm Tuy nhiên, trong một chu kỳ tuần trăng, chúng ta có thể quan sát được khoảng 60% bề mặt của Mặt Trăng do sự chuyển động của nó.

- Quỹ đạo của Mặt Trăng có dạng elip (hình 2.17)

- Trục tự quay của Mặt Trăng nghiêng với mặt phẳng quỹ đạo (hình 2.18)

- Từ các vị trí khác nhau trên Trái Đất (khá xa nhau) quan sát Mặt Trăng

Hình 2.17 Quỹ đạo của Mặt Trăng Hình 2.18 Trục tự quay của Mặt Trăng

2.3.2 Nhật thực, Nguyệt thực a) Nhật thực

Khi Mặt trăng và Mặt trời giao hội trong thời kỳ không trăng, Mặt trăng sẽ che khuất Mặt trời đối với người trên Trái Đất Trong vùng bóng tối do Mặt trăng tạo ra, người dân hoàn toàn không thấy Mặt trời, dẫn đến hiện tượng nhật thực toàn phần Ngược lại, những nơi nằm trong vùng bán dạ sẽ quan sát được nhật thực một phần Sự chuyển động của Mặt trăng và sự quay của Trái Đất tạo ra một dải bóng tối và bán dạ trên bề mặt Trái Đất, khiến các địa phương trong dải này lần lượt trải nghiệm hiện tượng nhật thực.

Khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái Đất, cũng như giữa Trái Đất và Mặt Trời, thay đổi do quỹ đạo elip của chúng Do đó, có những trường hợp chóp bóng tối của Mặt Trăng không chạm vào bề mặt Trái Đất, dẫn đến hiện tượng nhật thực vành khuyên, khi Mặt Trời không bị che hoàn toàn mà vẫn để lại một vành sáng.

Vào đầu hoặc cuối tháng âm lịch, hiện tượng nhật thực có thể xảy ra trên Trái Đất Khi nhật thực diễn ra, các địa điểm khác nhau sẽ quan sát được hiện tượng này vào những thời điểm khác nhau và với hình ảnh khác nhau Thời gian kéo dài của một lần nhật thực có thể lên đến ba đến bốn giờ, nhưng mỗi nơi quan sát sẽ thấy được trong thời gian ngắn hơn, đặc biệt là nhật thực toàn phần, với thời gian dài nhất là 7 phút.

Vào thời điểm trăng tròn, Mặt Trăng có thể di chuyển vào bóng tối của Trái Đất, dẫn đến hiện tượng nguyệt thực khi Mặt Trăng không còn nhận ánh sáng từ Mặt Trời.

Khác với nhật thực, nguyệt thực có thể được quan sát đồng thời từ các khu vực đang trong đêm và có hình ảnh giống nhau Do bóng tối của Trái Đất lớn, nguyệt thực toàn phần thường kéo dài hơn 1 giờ Trong hiện tượng nguyệt thực toàn phần, Mặt Trăng không hoàn toàn tối đen mà chuyển sang màu đỏ, hiện tượng này xảy ra do ánh sáng Mặt Trời bị khúc xạ qua khí quyển Trái Đất, cho phép các tia sáng đỏ đến được Mặt Trăng.

Hình 2.20 Nguyệt thực [8] c) Điều kiện tổng quát để xảy ra nhật nguyệt thực

Khi hai mặt phẳng bạch đạo và hoàng đạo trùng nhau, hiện tượng nhật thực và nguyệt thực sẽ xảy ra hàng tháng Tuy nhiên, do hai mặt phẳng này nghiêng một góc 5 độ 9 phút, nên hiện tượng nhật nguyệt thực diễn ra ít thường xuyên hơn.

Hình 2.21 minh họa chuyển động của Mặt Trăng và Trái Đất, cho thấy quỹ đạo của Mặt Trăng luôn giữ nguyên phương trong không gian, thể hiện qua giao tuyến của hai mặt phẳng hoàng đạo và bạch đạo, được gọi là tiết tuyến Do đặc điểm này, nhật nguyệt thực chỉ xảy ra khi hệ Trái Đất – Mặt Trăng ở vị trí 1 và 3, tức là trong một năm chỉ có hai lần nhật nguyệt thực, cụ thể là khi Mặt Trời và Mặt Trăng giao hội hoặc xung đối trên tiết tuyến.

Hình 2.21 biểu diễn chuyển động của Mặt Trăng và của Trái Đất

Hiện tượng nhật nguyệt thực xảy ra khi Mặt Trời và Mặt Trăng giao hội hoặc xung đối gần tiết tuyến, với ba thiên thể có kích thước lớn Mỗi kỳ nhật nguyệt thực có thể có một hoặc hai lần nhật thực và chỉ một lần nguyệt thực hoặc không có Nếu một kỳ nhật nguyệt thực xảy ra đầu năm, kỳ thứ hai vào giữa năm thì kỳ thứ ba có thể xảy ra vào cuối năm, với ít nhất hai lần và nhiều nhất năm lần nhật thực trong một năm Nguyệt thực ít xảy ra hơn, có thể không có trong một năm, tối đa ba lần trong năm Nguyệt thực thường được nhìn thấy nhiều hơn vì nó ảnh hưởng đến một nửa diện tích Trái Đất, trong khi nhật thực, đặc biệt là nhật thực toàn phần, chỉ có thể nhìn thấy trong một dải hẹp.

Logic phát triển kiến thức, kĩ năng phần Cấu trúc hệ Mặt trời trong môn KHTN

Trong chương trình Khoa học tự nhiên, phần Cấu trúc hệ mặt trời có mối liên hệ chặt chẽ với chuyển động của Mặt Trời và Mặt Trăng, được giảng dạy trong môn KHTN lớp 6 Đồng thời, nội dung này cũng liên quan đến kiến thức về Trái Đất và bầu trời trong môn KHTN lớp 9.

2.4.1 Về mức độ kiến thức

- Môn KHTN lớp 6 chỉ đề cập tới những hiểu biết cơ bản về:

+ Chuyển động nhìn thấy của Mặt Trời (hiện tượng mọc lặn, từ đó có hiện tượng ngày và đêm);

Mặt Trăng có những chuyển động nhìn thấy rõ rệt trong suốt tuần trăng, với hình dạng thay đổi từ trăng non đến trăng tròn và lại trở về trăng khuyết Sự biến đổi này không chỉ tạo nên vẻ đẹp huyền bí cho bầu trời đêm mà còn ảnh hưởng đến nhiều hiện tượng tự nhiên khác.

Hình thành kiến thức về chuyển động của Mặt Trời thông qua quan sát và kinh nghiệm hàng ngày giúp học sinh nhận thức rõ hơn về hiện tượng này Việc sử dụng các hoạt động thực tiễn sẽ tạo điều kiện cho học sinh hiểu sâu sắc về sự chuyển động của Mặt Trời, từ đó nâng cao khả năng quan sát và phân tích của các em trong lĩnh vực thiên văn học.

Trời có hiện tượng mọc phía Đông, lặn ở phía Tây, hiện tượng ngày và đêm

Hình thành kiến thức về chuyển động và hình dạng của Mặt Trăng có thể đạt được thông qua phương pháp dạy học khám phá Bằng cách thiết kế các mô hình thực tế, học sinh sẽ hiểu rõ hơn về các hình dạng khác nhau mà Mặt Trăng hiển thị trên bầu trời.

1/ Giải thích nguồn gốc năng lượng Mặt Trời

2/ Giải thích vì sao chúng ta thấy Mặt Trăng có các hình dạng khác nhau trong khoảng một tháng

4/ Trình bày mô hình Địa tâm của Ptoleme

5/ Trình bày mô hình Nhật tâm và sự đấu tranh cho mô hình cấu trúc vũ trụ của Copecnic

6/ Giới thiêu về các thành viên trong hệ Mặt trời

7/ Thiết kế mô hình giải thích các pha trăng

8/ Thiết kế mô hình giải thích hiện tượng Nhật thực, Nguyệt thực

Bài 2.1: Chọn phương án sai Theo mô hình nhật tâm thì

A Các hành tinh chuyển động đều quanh Mặt Trời theo quỹ đạo tròn, ngược chiều và gần như trong một mặt phẳng

B Trái Đất là một hành tinh, ngoài chuyển động quanh Mặt Trời, còn tự quay quanh một trục xuyên tâm

C Thuỷ tinh và Kim Tinh có quỹ đạo chuyển động bé hơn quỹ đạo chuyển động của Trái Đất

D Giải thích dễ dàng mọi đặc điểm chuyển động nhìn thấy của các thiên thể Đáp án: A

Bài 2.2: Ngày xuân phân là ngày nào?

Bài 2.3: Thuỷ Tinh dao động quanh Mặt Trời với biên độ bao nhiêu?

Bài 2.4 : Kim Tinh dao động quanh Mặt Trời với biên độ bao nhiêu?

Bài 2.5 Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất với chu kỳ là bao nhiêu ngày?

A 27,13 ngày B 27,43 ngày C 27,35 ngày D 27,32 ngày Đáp án: D

Bài 2.6 Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời với chu kỳ trung bình bao nhiêu?

A 365,2122 ngày B 365,2722 ngày C 365,2622 ngày D 365,2422 ngày Đáp án: D

Bài 2.7 Năm 1941 có 2 nhật thực và 2 nguyệt thực:

13-3 nguyệt thực một phần; 27-3 nhật thực vành khuyên

5-9 nguyệt thực một phần; 21-9 nhật thực toàn phần

Hỏi năm nào sau năm 2012, 4 nhật nguyệt thực trên lại xảy ra

Từ 1941 đến 2012 là 71 năm có khoảng 4 chu kì nhật nguyệt thực

Một chu kì là 6585,32 ngày nên sau năm 2012 để xảy ra 4 nhật nguyệt thực trên thì phải sau 4 chu kì = 6585,32 ngày x 4 = 72 năm 45,28ngày

Từ năm 1941 đến 2012 là 71 năm, trong đó có 18 năm nhuận, do đó cần lùi lại 18 ngày, tương đương với 72 năm và 27,28 ngày Kết luận, 72 năm sau năm 1941 là năm 2013 Ngày 27 sau ngày 13-3 là ngày 9-4 Vì vậy, nguyệt thực đầu tiên xảy ra vào ngày 9-4 năm 2013.

23-4 -2013 nhật thực vành khuyên ; 2-10-2013 nguyệt thực một phần; 18-10-

Bài 2.8 Năm 1941 có 2 nhật thực và 2 nguyệt thực:

13-3 nguyệt thực một phần; 27-3 nhật thực vành khuyên

Vào ngày 5 tháng 9 năm 2025, sẽ diễn ra nguyệt thực một phần, tiếp theo là nhật thực toàn phần vào ngày 21 tháng 9 năm 2025 Đây là năm gần nhất mà cả 4 hiện tượng nhật nguyệt thực này xảy ra.

Năm gần đấy nhất xảy ra 4 nhật nguyệt thực trên: 1959

Bài 2.9 Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn quanh Trái Đất với chu kì 7 ngày Biết mặt phẳng quỹ đạo của vệ tinh trùng với mặt phẳng bạch đạo Hãy tính: a) Chu kì giao hội của vệ tinh với Mặt Trăng b) Khoảng cách từ vệ tinh đến mặt đất

Hướng dẫn giải a) Chu kì giao hội: 360 360 360

7 −27,32 = T gh ⇒ T gh = 9, 4 ( ngay ) b)Khoảng cách từ vệ tinh đến mặt đất Áp dụng định luật Keple thứ 3: 1 2 2 1 3 3 1 2 3 1 2 2

Bài 2.10 Hôm nay Mặt trăng mọc lúc 21 h 05 ph Hỏi hai hôm trước Mặt trăng mọc lúc mấy giờ?

Vì mỗi ngày Mặt trăng dịch chuyển về phía Đông 13 0 , Mặt trời cũng dịch chuyển cùng chiều với 1 ngày được 1 0

Nên mỗi ngày Mặt trăng mọc muộn hơn 12 0 ~48 ph

Hai hôm trước Mặt trăng mọc sớm hơn là: Δt = 2x48 ph = 1 h 36 ph

Do đó giờ mọc của Mặt trăng là: t = 21 h 05 ph - 1 h 36 ph = 19 h 29 ph

Bài 2.11 Một hôm Mặt trăng mọc lúc 18 h 45 ph thì sau đó 3 ngày Mặt trăng mọc lúc mấy giờ?

Sau 3 hôm Mặt trăng mọc muộn hơn là: Δt = 3x48ph = 2h24ph

Do đó giờ mọc của Mặt trăng là: t = 18h45ph + 2h24ph = 21h09ph

Bài 2.12 Chọn phương án sai

A Trong phần vũ trụ mà con người đã tìm hiểu được thì vật chất tồn tại dưới dạng dễ nhận biết nhất là các sao

B Các sao tập trung thành những hệ có hình dạng xác định gồm hàng trăm tỉ sao và được gọi là các thiên hà

C Mặt Trời là một trong số các sao cấu tạo nên thiên hà của chúng ta

D Quanh Mặt Trời có các vệ tinh chuyển động và quanh các vệ tinh còn có các hành tinh Đáp án: D

Bài 2.13: Chọn phương án sai Trong 1 năm Dương lịch có:

A số lần Nhật Nguyệt thực tối đa là 7 B số lần Nhật Nguyệt thực tối thiểu là 4

C thể có 5 Nhật thực và 2 Nguyệt thực D thể có 4 Nhật thực + 3 Nguyệt thực Đáp án: B

Bài 2.14 : Hiện tượng Nhật Nguyệt thực xẩy ra với chu kì là:

A 6585,32 ngày B 6585,39 ngày C 6585,35 ngày D 6585,42 ngày Đáp án: A

Bài 2.15: Chọn phương án đúng Trong mỗi chu kì có

A 70 lần Nhật Nguyệt thực B 43 Nhật thực và 27 Nguyệt thực

C 40 Nhật thực và 30 Nguyệt thực D 42 Nhật thực và 28 Nguyệt thực Đáp án: A

Bài 2.16: Trong một năm chỉ có khả năng xảy ra:

A một kì nhật nguyệt thực A ba kì nhật nguyệt thực

C hai kì nhật nguyệt thực D bốn kì nhật nguyệt thực Đáp án: C

Bài 2.17: Trục tự quay của Mặt Trăng không vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo của nó, mà nghiêng với pháp tuyến của mặt phẳng quỹ đạo một góc bao nhiêu?

[2] Davis Halliday and Robert Resnick, Jeal Walker (2022), cơ sở vật lí, tập 6, NXB Giáo dục Hà Nội

[4] Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn (2007), Giáo trình Thiên văn học,

Vật lí các thiên thể trong hệ Mặt trời (18 tiết)

Cấu tạo của Mặt Trời

Mỗi ngày, Mặt Trời hiện ra dưới dạng một đĩa sáng với bán kính góc khoảng 16', được gọi là quang cầu Quang phổ của quang cầu là quang phổ liên tục, và xung quanh quang cầu là khí quyển Các vật chất trong khí quyển này tạo ra những vạch hấp thụ trên nền quang phổ liên tục của quang cầu.

Quang cầu là lớp khí nóng sáng với độ dày vài ba trăm km, có mật độ vật chất khoảng 10 – 16 đến 10 – 17 hạt/cm³ và nhiệt độ khoảng 6000K Trong môi trường này, các nguyên tố như Na, K, Ca tồn tại ở trạng thái ion, trong khi hydrogen ở trạng thái trung hòa Độ chói sáng của quang cầu không đều, giảm dần từ tâm ra bờ đĩa, cho thấy nhiệt độ tăng theo độ sâu Quan sát bằng kính thiên văn cho thấy mặt quang cầu có cấu trúc hạt, với các hạt sáng kích thước khoảng 1” (799km) liên tục chìm nổi trên nền tối Các vạch quang phổ của các hạt dịch về phía tím, trong khi vạch của miền tối dịch về phía đỏ, cho thấy vật chất trong mỗi hạt đang được nâng lên và vật chất xung quanh đang chuyển động vào trong, với vận tốc khoảng 1 – 2 km/s.

Các hạt biểu hiện hiện tượng đối lưu của vật chất từ lớp dưới lên mặt quang cầu Khi dòng vật chất cuộn lên, lực ma sát tăng cường gần mặt quang cầu do nhiệt độ thấp hơn, làm giảm vận tốc cho đến khi dừng lại và hạ xuống Do đó, mặt quang cầu liên tục chịu tác động của các dòng vật chất cuồn cuộn từ dưới lên, tạo ra dao động nhiễu loạn và hình thành sóng dao động trong vật chất quang cầu giống như sóng âm trong không khí.

Quang cầu được bao quanh bởi một lớp khí quyển với mật độ rất thấp, có cấu trúc phức tạp và chia thành hai lớp chính: sắc cầu và nhật hoa Sắc cầu, nằm gần quang cầu, có nhiệt độ khoảng 4500° ở phần dưới, và nhiệt độ sẽ tăng lên khi lên cao hơn Lớp ngoài cùng, gọi là nhật hoa, có nhiệt độ lên đến hàng triệu độ.

Sắc cầu có độ chói sáng thấp hơn quang cầu nhiều lần, nên chỉ có thể quan sát trực tiếp trong hiện tượng nhật thực toàn phần Khi đó, phổ của sắc cầu biểu hiện dưới dạng phổ vạch phát xạ, bao gồm các vạch của các nguyên tử ion hóa hoặc ở trạng thái kích thích, như các vạch của ion canxi, hydrogen, và helium Nhiệt độ của sắc cầu khoảng 4500K.

Cấu tạo của sắc cầu cũng không đồng nhất Trong sắc cầu thường có những dòng cuộn từ dưới lên trên với vận tốc hàng chục km/s

Nhật hoa, xuất hiện trên sắc cầu, có độ chói sáng yếu hơn hàng ngàn lần so với sắc cầu Hiện tượng này chỉ có thể quan sát được trong thời gian diễn ra nhật thực toàn phần.

Phổ nhật hoa rất đặc biệt Nó là một quang phổ liên tục (yếu) trên đó nổi rõ lên những vạch phát xạ

Phổ liên tục yếu của nhật hoa cho thấy vật chất thưa thớt của nó có khả năng tán xạ mạnh ánh sáng từ quang cầu Các vạch phát xạ trong phổ nhật hoa liên quan đến các nguyên tố ở trạng thái ion hóa cao như Fe XIV, Fe XIII, Fe XI và Ni XVI.

Nhật hoa tồn tại dưới dạng plasma rất loãng với nhiệt độ cao khoảng 2 triệu K, điều này được chứng minh qua các yếu tố như XV, Ni XIII, Ca XV, Ca XII, Ar X Ở nhiệt độ này, hầu hết các photon phát xạ là tia X Những bức ảnh nhật hoa do camera tia X từ trạm vũ trụ Skylab của Mỹ ghi lại cho thấy nhật hoa có hình dạng tia và biến đổi theo mức độ hoạt động của Mặt Trời.

Sự hoạt động của Mặt Trời

Trong khí quyển Mặt Trời, các tâm hoạt động có đặc điểm khác biệt so với khu vực xung quanh, thường thể hiện qua sự xuất hiện của từ trường mạnh, có cường độ lớn hơn hàng trăm đến hàng ngàn lần so với từ trường chung của Mặt Trời Mỗi tâm hoạt động này đi kèm với nhiều hiện tượng khác nhau, tạo nên sự đa dạng trong các hoạt động của Mặt Trời.

Trường sáng nổi bật với độ chói mạnh hơn so với môi trường xung quanh, có diện tích lớn và tồn tại trong thời gian dài Nhiệt độ của trường sáng có thể cao hơn quang cầu từ 200 đến 300 độ.

Trong các vùng có từ trường mạnh, thường xuất hiện các vết đen, bắt đầu dưới dạng chấm mờ và sau đó lan rộng, trở nên rõ rệt hơn với độ đen tăng dần Đường kính của những vết này có thể lên tới hàng ngàn km, và trong quá trình phát triển, từ trường cũng gia tăng Các vết đen thường xuất hiện theo từng nhóm, đặc biệt là các nhóm đôi.

Hình 3.2 Các vết đen Mặt Trời

Trong hai vết của nhóm đôi có từ trường khác cực Tuổi thọ của vết đen có khi kéo dài đến hàng tuần, hàng tháng

Các vết đen Mặt Trời xuất hiện trong các vùng hoạt động hay trong phạm vi từ

Vùng hoạt động mặt trời nằm trong khoảng từ 8 độ đến 35 độ hai bên đường xích đạo của Mặt Trời, thường xuất hiện theo các cặp cực từ đối nghịch Sự xuất hiện của chúng thay đổi theo chu kỳ khoảng 11 năm của Mặt Trời.

Sự xuất hiện của vết đen trên bề mặt quang cầu có thể được giải thích bởi tác động của từ trường lên chuyển động đối lưu của vật chất Từ trường mạnh cản trở dòng vật chất di chuyển theo phương thẳng góc với đường cảm ứng từ, làm cho dòng vật chất từ dưới lên bị chậm lại Điều này dẫn đến việc lớp vật chất ở nhiệt độ cao không thể di chuyển lên bề mặt quang cầu nhanh chóng như khu vực xung quanh, gây ra sự chênh lệch nhiệt độ Kết quả là, vết đen xuất hiện do sự tương phản giữa hai vùng có nhiệt độ khác nhau, mặc dù thực tế nhiệt độ của vết đen vẫn khá cao, khoảng 4000°C.

Sự xuất hiện của từ trường có thể giải thích như sau: Theo Anven thì ở đây tầng đối lưu có khả năng xuất hiện những ững tâm từ

Nguyên nhân xuất hiện hiện tượng này có thể do lớp plasma nhiễu loạn giữa các miền có mật độ electron và nhiệt độ khác nhau, tạo ra dòng điện và từ đó hình thành một từ trường địa phương yếu Nếu có khả năng chuyển động năng của vật chất ρv² thành năng lượng từ, điều này sẽ góp phần vào sự hình thành và phát triển của từ trường.

Khi từ trường tăng dần, độ dẫn điện cao của vật chất khiến các đường cảm ứng từ bị "đóng keo" vào vật chất Trong môi trường vật chất yên tĩnh, mọi biến thiên của từ trường đều bị dòng cảm ứng ngăn cản Từ trường chỉ có thể biến thiên khi các đường cảm ứng từ được dồn gần lại, kéo dài từ trường cho đến khi thỏa mãn đẳng thức.

Trong vùng đối lưu thì p = 3.10 -4 kg/dm 3 và v = 0,5km/s, do đó cảm ứng từ (B) có thể đạt đến trị số vài trăm tesla

3.2.3 Bùng nổ Ở khu vực gần các vết đen có từ trường mạnh, thường xuất hiện những bùng nổ có độ chói sáng tăng đột ngột lên hàng triệu lần trong vài chục phút rồi từ từ giảm dần

Sự bùng nổ phóng ra các tia vũ trụ năng lượng thấp, tia rơnghen và bức xạ vô tuyến, cùng với các dòng hạt tích điện di chuyển với tốc độ khoảng 1000 km/s, đã tạo ra ảnh hưởng rõ rệt đến nhiều hiện tượng vật lý địa cầu.

Một biểu hiện khác của hoạt động Mặt Trời được quan sát trong nhật hoa là tai lửa, là dòng vật chất có mật độ dày đặc và nguội hơn so với vật chất trong sắc cầu phóng lên nhật hoa Tai lửa có hình dạng và kích thước đa dạng, thường có dạng phẳng, rộng hàng ngàn kilômét và dài đến hàng trăm ngàn kilômét Màu đỏ của tai lửa cho thấy nó được cấu tạo từ hydrogen nóng.

10 4 K) Tai lửa sắc nét giống như hình ảnh bột sắt hình thành quanh một nam châm

Hình ảnh bột sắt cho thấy từ trường của nam châm, với khả năng giữ lại vết đen và lực từ trong thời gian dài Các vấn đề như vết đen, tai lửa và nhật hoa cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

3.2.5 Nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời a) Nhiệt độ của Mặt Trời

Mặt Trời, được coi như một vật đen tuyệt đối, có nhiệt độ được xác định theo định luật Stefan – Boltzmann.

Trong đó E(T) là công suất bức xạ từ 1 đơn vị diện tích mặt quang cầu:

= = với R là bán kính quang cầu bằng 696000km thì:

Nếu tính theo định luật Wien: max T b λ Trong quang phổ liờn tục của quang cầu λmax = 0,4738àm do đú:

Giá trị nhiệt độ quang cầu không hoàn toàn giống nhau theo hai phương pháp do Mặt Trời không bức xạ như một vật đen tuyệt đối Nhiệt độ hiệu dụng của quang cầu ước tính khoảng 6000K, phản ánh nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời.

Nhiệt độ bên trong lõi của Mặt trời đạt khoảng chục triệu độ, đủ để kích thích các phản ứng nhiệt hạt nhân, chuyển đổi hydrogen thành helium Khi các hạt nhân nhẹ như hydrogen kết hợp thành hạt nhân nặng hơn như helium, năng lượng giải phóng rất lớn Theo các nhà vật lý hạt nhân, trong lòng Mặt trời có thể xảy ra hai loại phản ứng: một loại có chất xúc tác là carbon và một loại có giai đoạn trung gian với sự hình thành deuterium (D2) Phản ứng thứ hai có khả năng xảy ra cao hơn.

Năng lượng giải phóng trong phản ứng tổng hợp 4 hạt nhân Hydrogen thành 1 hạt nhân Helium là:

Nếu có 1g hạt nhân Hydrogen chuyển thành hạt nhân Helium thì 0,01 m g

∆ = và năng lượng giải phóng đã rất lớn vào khoảng 10 12 J

Chu trình Bete, phản ứng nhiệt hạch trong lòng các thiên thể xảy ra theo chu trình:

Quá trình tổng hợp hạt nhân diễn ra khi 4 hạt nhân Hydrogen kết hợp để tạo thành 1 hạt nhân Helium, trong khi lượng carbon không thay đổi Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ lên tới hàng chục triệu độ Mỗi hạt nhân Helium được hình thành sẽ giải phóng năng lượng lên tới 26MeV, và khi tạo ra 4g Helium, năng lượng tỏa ra đạt 700.000 kWh.

Liên hệ giữa hoạt động của Mặt trời và một số hiện tượng vật lí địa cầu

Trong thời kỳ Mặt Trời hoạt động mạnh, đặc biệt khi xảy ra bùng nổ, dòng bức xạ từ tâm hoạt động của nó gia tăng đáng kể Các tia vũ trụ, tia rơnghen và dòng hạt mang điện từ Mặt Trời truyền đến Trái Đất, gây ảnh hưởng đến nhiều hiện tượng vật lý địa cầu Những tác động này bao gồm rối loạn liên lạc vô tuyến sóng ngắn, bão từ và hiện tượng cực quang.

3.3.1 Rối loạn sóng vô tuyến điện

Trong khí quyển Trái Đất, tầng được cấu tạo bởi các electron ở độ cao khoảng 50km được gọi là tầng điện li

Mật độ electron (ne) của tầng ảnh hưởng đến khả năng phản xạ hoặc truyền sóng vô tuyến với tần số (N) khác nhau Khi mật độ electron tăng, khả năng phản xạ sóng với tần số cao cũng gia tăng, thể hiện mối quan hệ ne ∼ N².

Trong liên lạc vô tuyến, sóng ngắn (tần số lớn) được sử dụng vì khả năng phản xạ từ tầng điện li, cho phép truyền tín hiệu đến mọi nơi trên Trái Đất Tuy nhiên, khi Mặt Trời hoạt động mạnh, các tia rơnghen gia tăng làm mật độ êlectron trong tầng điện li tăng đột ngột, khiến sóng ngắn không còn thoả mãn điều kiện phản xạ Kết quả là, liên lạc bằng sóng ngắn có thể bị rối loạn hoặc thậm chí mất hẳn.

Từ trường của Trái đất thường ổn định, được thể hiện qua hướng chỉ của kim địa bàn, nhưng có những thời kỳ xảy ra bão từ với sự dao động mạnh Quan sát cho thấy bão từ xuất hiện khoảng 20 giờ sau khi có bùng nổ, cho thấy nguyên nhân gây ra bão từ là do dòng hạt mang điện phóng ra từ bùng nổ, tác động mạnh lên từ trường của Trái đất.

Theo giả thuyết của nhiều nhà vật lý, dòng hạt mang điện có tính dẫn điện cao và "mang" theo một phần từ trường của vết đen, với từ trường được đo khoảng 6.10° tesla bởi tên lửa vũ trụ Liên Xô cũ Dòng hạt này có đặc tính phản từ, dồn ép các đường cảm ứng từ, dẫn đến việc từ trường ở phía ban ngày tăng và phía ban đêm giảm.

Bão từ xuất phát từ hai nguyên nhân chính: thứ nhất, các hạt năng lượng cao từ gió Mặt trời tác động lên các đường cảm ứng từ của Trái đất; thứ hai, hiện tượng kết nối giữa từ trường của Trái đất và Mặt trời, mặc dù hiếm gặp, có thể cho phép các hạt năng lượng cao dễ dàng xâm nhập vào từ quyển của Trái đất Sự xâm nhập này làm tăng cường dòng điện tích trong từ quyển, dẫn đến biến thiên từ thông Để chống lại biến thiên này, từ quyển sinh ra một dòng điện cảm ứng lớn theo định luật Lenzt, tạo ra từ trường tác động lên từ trường của Trái đất.

Nếu từ trường trong tầng điện ly hướng về phía Bắc như từ trường Trái đất, bão từ sẽ đi qua hành tinh mà không gây ảnh hưởng.

Khi từ trường trong tầng điện ly hướng về phía Nam ngược với từ trường Trái đất, sẽ xảy ra cơn bão địa từ mạnh, gây ra sự rối loạn trong liên lạc vô tuyến và mất điện diện rộng Bão từ mạnh cũng tiềm ẩn nguy hiểm cho những người mắc bệnh tim mạch do ảnh hưởng đến tuần hoàn cơ thể Ngoài ra, nhiều động vật trên Trái đất xác định hướng đi dựa vào từ trường, vì vậy hiện tượng bão từ có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của chúng.

Các nhà thiên văn vật lý nghiên cứu tính chất của Mặt trời để hiểu về các vì sao, trong khi các kỹ sư tìm cách khai thác năng lượng từ Mặt trời Đồng thời, các cơ quan theo dõi hoạt động của Mặt trời và những hiện tượng phức tạp diễn ra trên đó, vì chúng có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến cuộc sống con người Qua đó, họ đưa ra cảnh báo và biện pháp nhằm giảm thiểu tổn thất về người và cơ sở hạ tầng trên Trái đất.

Các đường cảm ứng từ bị biến dạng ở tầng cao của khí quyển do từ trường Trái Đất ngăn chặn các dòng hạt tích điện Theo định luật cảm ứng điện từ, từ trường này tạo ra dòng điện cảm ứng chống lại dòng hạt mang điện, đồng thời tạo lực từ khiến các hạt tích điện di chuyển theo đường xoắn ốc về phía địa cực từ, gây ra hiện tượng cực quang.

Dòng điện cảm ứng gây ra hiện tượng đoản mạch trong các máy điện trong khu vực, dẫn đến sự cố Một ví dụ điển hình là sự ngừng hoạt động của một vệ tinh viễn thông Mỹ vào năm 1997, do hiện tượng đoản mạch xảy ra trong thời kỳ Mặt Trời hoạt động mạnh.

Hiện tượng cực quang là một hiện tượng thiên nhiên đặc sắc của Trái Đất, xuất hiện dưới dạng những dải ánh sáng màu sắc rực rỡ trên tầng cao của khí quyển, chủ yếu ở các khu vực gần Bắc Cực và Nam Cực Cực quang thường rực rỡ nhất vào ban đêm, thu hút sự chú ý của nhiều người.

Hình 3.5 Hiện tượng cực quang

Sự bức xạ từ là nguyên nhân chính tạo ra hiện tượng cực quang tuyệt đẹp, với các vệt sáng màu sắc rực rỡ trên bầu trời vào ban đêm Hiện tượng này dễ dàng quan sát nhờ vào sự tương tác giữa các hạt mang điện tích từ gió mặt trời và tầng khí quyển của Trái đất.

Các làn gió từ mặt trời mang theo điện từ lớn tới Trái đất, nhưng khi tiếp xúc với khí quyển, chúng bị chặn lại bởi tầng khí quyển trên cao, tạo ra hiện tượng xung đột điện từ Hiện tượng này phát sinh những dải sáng chuyển động liên tục, thường xuyên thay đổi và trông giống như những dải lụa màu sắc trên bầu trời.

Các hành tinh lớn

Trong hệ Mặt Trời, chỉ có Mặt Trời phát sáng tự nhiên, trong khi các hành tinh lớn, tiểu hành tinh, sao chổi, sao băng và vệ tinh đều chỉ phản xạ ánh sáng từ Mặt Trời Điều này tạo ra nhiều khó khăn trong việc nghiên cứu bản chất vật lý của các thiên thể này.

3.4.1 Tổng quan về các hành tinh

Trong hệ Mặt Trời, ngoài hàng triệu tiểu hành tinh, có 8 hành tinh lớn, với Thủy Tinh là hành tinh gần Mặt Trời nhất và Hải Vương Tinh là hành tinh xa nhất Để hiểu rõ hơn về các hành tinh, chúng ta có thể tham khảo “Bảng lí tính của các hành tinh”, từ đó phân chia chúng thành hai nhóm: Nhóm Trái Đất gồm các hành tinh nhỏ với khối lượng riêng lớn như Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất và Hỏa Tinh; và Nhóm Mộc Tinh bao gồm các hành tinh lớn với khối lượng riêng nhỏ như Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh.

Bảng 3.1 Bảng lí tính của các hành tinh

Bán kính xích đạo Khối lượng

So với Trái Đất Độ dẹt x10 24

Gia tốc trọng trường ở xích đạo (m/s 2 )

Vận tốc vũ trụ V II km/s 2

Chu kì tự quay Độ nghiêng Số vệ tinh

Chu kì chuyển động quanh Mặt Trời

6378 1,00 0,0034 5,98 1,00 5,5 9,82 11,2 23 h 56 ph 04,1 s 23 0 27 ’ 1 365,25 ngày Hoả 3386 0,53 0,0052 0,64 0,11 4,0 3,76 5 24 h 37 ph 22,7 s 24 0 56 ’ 2 686,98 - Mộc 71400 11,19 0,0062 1900 318 1,3 25,00 61 9 h 55 ph 1 0 30 ’ 16 4332,59 - Thổ 60400 9,47 0,103 598 95 0,7 11,00 36 10 h 39,7 ph 26 0 45 ’ 19 10759,21 -

(***) Ngày ở đây tính theo đơn vị ngày trên Trái Đất = 24 giờ

Phương pháp nghiên cứu lý tính các thiên thể như định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối không thể áp dụng đơn thuần cho các hành tinh, vì chúng không nóng sáng và chỉ bức xạ hồng ngoại và vô tuyến Quang phổ thu được từ các hành tinh chủ yếu là quang phổ của Mặt Trời, khi ánh sáng từ Mặt Trời phản xạ về Trái Đất Nếu hành tinh có khí quyển, quang phổ sẽ xuất hiện thêm các vạch hấp thụ, cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố hóa học giống như trên Trái Đất, tùy thuộc vào thành phần và cấu trúc của mặt phản xạ.

Tất cả các hành tinh, giống như Trái Đất, đều có khí quyển Sự tồn tại của khí quyển trên một thiên thể phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản.

-Nhiệt độ của thiên thể

-Vận tốc khuếch tán (vận tốc vũ trụ cấp II) của thiên thể

Ta biết rằng vận tốc chuyển động nhiệt toàn phương trung bình của các phân tử khí (vpt) phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường theo công thức:

Trong đó: k là hằng số Boltzmann, m là khối lượng phân tử của chất khí

Ví dụ ở nhiệt độ bình thường T = 300K thì vận tốc trung bình vpt của phân tử hydrogen vào khoảng 2km/s

Khi một vật có vận tốc chuyển động đạt đến vận tốc vũ trụ cấp II (vận tốc khuếch tán) của một thiên thể, vật đó có khả năng thoát ra khỏi thiên thể Điều này cũng áp dụng cho các phân tử khí Tuy nhiên, do vận tốc vpt được tính là trung bình, nên một số phân tử khí có vận tốc lớn hơn nhiều Do đó, một hành tinh có thể giữ được khí quyển lâu dài khi vận tốc trung bình vpt của các phân tử khí đáp ứng điều kiện nhất định.

Nhiệt độ của các hành tinh trong hệ Mặt Trời thường thấp, đặc biệt là những hành tinh xa Mặt Trời, dẫn đến vận tốc trung bình của các phân tử khí chỉ khoảng vài km/s Tuy nhiên, các hành tinh, đặc biệt là nhóm Mộc Tinh, có vận tốc vũ trụ cấp II cao, giúp chúng duy trì khí quyển Trong khí quyển của nhóm Mộc Tinh, tỷ lệ phần trăm của các nguyên tố nhẹ cao hơn so với nhóm hành tinh Trái Đất.

Hiện nay, thông qua các phương pháp nghiên cứu, chúng ta chỉ có thể ước lượng nhiệt độ, áp suất, thành phần khí quyển và một phần bề mặt của các hành tinh.

Tuy sống trên Trái Đất nhưng sự hiểu biết của con người về cấu tạo bên trong Trái Đất còn rất hạn chế

Trái Đất được cấu tạo bởi nhiều lớp đồng tâm, bao gồm khí quyển ở ngoài cùng, tiếp theo là lớp vỏ, sau đó là thủy quyển và cuối cùng là thạch quyển ở bên trong.

Khối lượng riêng của Trái Đất là 5,52 kg/dm³, trong khi vỏ Trái Đất có khối lượng riêng khoảng 3 kg/dm³, cho thấy mật độ vật chất tăng dần theo độ sâu, đạt khoảng 15 kg/dm³ ở phần trung tâm Nghiên cứu về đặc điểm truyền sóng động đất cho thấy thạch quyển ở độ sâu khoảng 3000 km tồn tại ở trạng thái lỏng (nóng chảy), với nhiệt độ có thể lên tới hàng vạn độ Đặc biệt, 71% diện tích bề mặt Trái Đất là đại dương, và sự lưu thông cùng nhiệt dung lớn của nước các đại dương đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa nhiệt độ toàn cầu.

Nghiên cứu khí quyển Trái Đất đã diễn ra từ lâu, nhưng đặc biệt được tăng cường trong vài thập kỷ qua nhờ vào sự phát triển của tên lửa vũ trụ và vệ tinh nhân tạo.

Bảng dưới đây ghi tỉ lệ các nguyên tố tồn tại trong khí quyển ở phần thấp của tầng đối lưu (ngang mặt biển)

Bảng 3.2 Bảng một số nguyên tố, chất trong khí quyển

Nguyên tố, chất Tỉ số (%)

Khí quyển trải rộng lên độ cao trên vài trăm km Áp suất trung bình tác dụng lên mặt đất khoảng 10 5 N/m 2 (760mmHg) hay 1000 miliba

Theo trạng thái vật lí khác nhau, khí quyển được chia thành nhiều tầng:

Tầng đối lưu, nằm từ mặt đất đến độ cao khoảng 10km, đặc trưng bởi sự chuyển động của luồng khí lên xuống do nhiệt độ giảm nhanh theo độ cao Ở độ cao 10km, nhiệt độ giảm xuống khoảng -50°C Hiện tượng này xảy ra do tầng đối lưu được hun nóng bởi bức xạ nhiệt từ mặt đất, trong khi bức xạ này bị ảnh hưởng bởi hơi nước và khí.

CO2 ở lớp sát mặt đất hấp thụ

– Tầng bình lưu: (từ độ cao 10km đến khoảng 25km) Trong tầng này nhiệt độ gần như không đổi (khoảng −50°C)

Tầng ozone nằm ở độ cao từ 25km đến khoảng 50km, nơi nhiệt độ bắt đầu tăng lên nhờ các phản ứng quang hóa tỏa nhiệt, trong đó các phân tử oxy được tổng hợp thành ozone (O3).

+ → Đến độ cao 50km thì nhiệt độ đạt giá trị cực đại (0°C)

Trên tầng ozone là tầng điện li, tầng gồm chủ yếu các electron được tạo ra bởi sự bắn phá của tia tử ngoại lên các nguyên tử O, N

Tầng điện li phản xạ sóng vô tuyến ngắn với tần số khác nhau tùy thuộc vào mật độ electron, điều này rất quan trọng cho việc truyền sóng vô tuyến điện từ từ nơi phát sóng đến mọi nơi trên bề mặt trái đất Bên cạnh đó, hiệu ứng nhà kính cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến môi trường truyền sóng.

Các tia bức xạ từ Mặt Trời truyền đến bề mặt trái đất, nơi mà đất hấp thụ năng lượng Khi không có hơi nước hay khí CO2, nhiệt độ ban đêm giảm nhanh chóng Vào mùa đông, nông dân thường nhận thấy rằng những đêm trời quang mây tạnh dễ xảy ra hiện tượng sương muối Ngược lại, khi có nhiều hơi nước và CO2 trong khí quyển, nhiệt tỏa ra từ mặt đất sẽ bị hấp thụ, dẫn đến việc giữ ấm cho không khí.

CO2 khi nóng lên sẽ tỏa nhiệt ra xung quanh, dẫn đến việc một phần nhiệt năng được truyền ngược lại mặt đất, làm cho mặt đất ấm hơn Lớp khí quyển gần mặt đất chứa nhiều hơi nước và CO2 tạo thành một màn chắn nhiệt, ngăn không cho nhiệt năng mà mặt đất đã hấp thụ thoát vào không trung Ở những vùng lạnh, người ta xây dựng nhà kính để duy trì nhiệt độ cần thiết cho sự phát triển của rau, với mái nhà kính giữ nhiệt tương tự như tác dụng của CO2 và hơi nước Hiệu ứng giữ nhiệt này được gọi là hiệu ứng nhà kính.

Hình 3.6 Hiêu ứng nhà kính [9]

Một số vệ tinh Tiểu hành tinh Sao chổi – sao băng- thiên thạch

Mặt Trăng, vệ tinh tự nhiên của Trái đất, nằm cách chúng ta khoảng 384.000 km và có khối lượng nhỏ hơn Trái đất 81,3 lần Bán kính của Mặt Trăng khoảng 1.737 km, với gia tốc trọng trường đáng chú ý.

R Và vận tốc vũ trụ cấp II của nó:

= R Vì có gia tốc trọng trường bé nên Mặt Trăng không giữ được khí quyển và không có nước

Qua kính thiên văn thông thường, chúng ta có thể quan sát rõ ràng các chi tiết trên Mặt Trăng, bao gồm những dãy núi cao và các vùng trũng, được gọi là "biển," mặc dù thực chất là những vùng đất khô.

Các vùng biển và núi non đều được đặt tên đặc trưng, chẳng hạn như biển Yên lặng, biển Mưa, biển Sáng, biển Bão, cùng với các dãy núi nổi tiếng như núi Kavkaz, núi Alps và núi Altay.

Mặt Trăng nổi bật với nhiều miệng núi lửa, trong đó lớn nhất có đường kính lên đến 100km Trạm "Mặt trắng 3" của Liên Xô, phóng năm 1959, đã bay vòng qua phía sau Mặt Trăng để chụp ảnh và truyền về Trái Đất Các nhà khoa học Nga đã đặt tên cho những biển và miệng núi lửa ở nửa này của Mặt Trăng, bao gồm biển Moskva, biển Hi Vọng, cùng các miệng núi lửa Tsiolkovsky, Lomonosov, và Lobachevsky.

Nghiên cứu bức xạ hồng ngoại và vô tuyến Mặt Trăng chứng tỏ rằng:

- Nhiệt độ ban ngày ở vùng xích đạo lên tới khoảng 130°C

– Nhiệt độ ban đêm xuống rất thấp (−170°C)

Độ dẫn nhiệt của lớp vật chất bề mặt Mặt Trăng rất thấp, dẫn đến việc nhiệt độ ở độ sâu 10cm không có sự chênh lệch đáng kể giữa ban ngày và ban đêm.

Các kết quả quan trắc thiên văn trước đây đã xác nhận tính xốp của vật chất trên Mặt Trăng thông qua việc hạ cánh của các trạm vũ trụ, vật chất thu thập từ các trạm tự động của Liên Xô cũ và chương trình nghiên cứu Apollo của Mỹ So với Trái Đất, vật chất cấu tạo vỏ Mặt Trăng có hàm lượng cao các nguyên tố nặng như Cr, Ti, Zn, trong khi lại thiếu hụt các nguyên tố nhẹ như Sn, K, Na.

Bề mặt Mặt Trăng có nhiều cấu trúc lỗ tròn, hình thành do sự va chạm của thiên thạch và hoạt động của núi lửa Từ Trái Đất, các nhà khoa học đã quan sát thấy một núi lửa hoạt động tại trung tâm một trong những lỗ tròn này, được gọi là núi lửa Anphông xơ.

3.5.2 Vệ tinh IO của Mộc Tinh

Mộc Tinh có 4 vệ tinh lớn, được Galilê phát hiện vào năm 1610, trong đó IO là vệ tinh gần nhất với bán kính 1815 km IO nổi bật với những núi lửa hoạt động mạnh nhất trong Hệ Mặt Trời, với vật chất nóng có thể dâng lên đến 250 km Lực hấp dẫn từ Mộc Tinh và các vệ tinh khác liên tục tác động lên IO, gây ra biến dạng và ma sát làm nó nóng lên Qua kính Hubble, các nhà khoa học phát hiện một số núi lửa trên IO đã ngừng hoạt động, trong khi một số khác vừa mới bùng nổ Những núi lửa này không chỉ hoạt động mạnh mà còn tồn tại lâu hơn so với các núi lửa trên Trái Đất Nham thạch phun ra từ núi lửa chứa nhiều sulfur, bao phủ bề mặt IO và tạo nên những hình ảnh ấn tượng và khủng khiếp.

3.5.3 Các vệ tinh của Hoả Tinh

Các hành tinh khổng lồ sở hữu nhiều vệ tinh lớn, trong khi các hành tinh loại Trái Đất lại có rất ít vệ tinh Thủy Tinh và Kim Tinh không có vệ tinh nào, trong khi Trái Đất có một Mặt Trăng lớn Hỏa Tinh có hai vệ tinh nhỏ, Phobos với kích thước 14x11x9 km và Deimos với kích thước 8x6x6 km.

Phobos và Deimos, hai vệ tinh của Hỏa Tinh, có khối lượng riêng trung bình khoảng 2kg/dm Phobos quay quanh Hỏa Tinh trong 9 giờ 39 phút, trong khi Deimos mất 1 ngày 6 giờ 18 phút để hoàn thành một vòng Hai vệ tinh này được phát hiện vào năm 1877, nhờ vào độ sáng của chúng chỉ dưới một phần trăm độ sáng của ngôi sao mờ nhất mà mắt thường có thể nhìn thấy.

Các tiểu hành tinh lớn nhất thường khó quan sát bằng mắt thường, và phần lớn chúng có hình dạng không đồng nhất Mỗi tiểu hành tinh được đánh dấu bằng một con số và tên riêng, thường là tên của các nhân vật trong thần thoại hoặc danh nhân Chẳng hạn, tiểu hành tinh 852 Vladilana được đặt tên để tưởng nhớ Vladimir Ilich Lenin.

Tiểu hành tinh mang tên Hà Nội 1997 được phát hiện bởi nhà thiên văn Koi Shikawa đến từ Nhật Bản Ông đã đặt tên cho tiểu hành tinh này để kỷ niệm chuyến thăm Hà Nội và làm việc cùng các nhà thiên văn Việt Nam.

Chỉ có bốn tiểu hành tinh lớn có kích thước hàng trăm km, trong khi phần lớn còn lại chỉ có kích thước từ vài đến hàng chục km Đa số các tiểu hành tinh nằm trong khoảng cách trung bình tới Mặt Trời từ 2,2 đến 3,6 đvtv, tức là chúng chủ yếu nằm giữa quỹ đạo của Hoả Tinh và Mộc Tinh Một số tiểu hành tinh có thể ở cách Mặt Trời không quá 1 đvtv, dẫn đến khả năng chúng di chuyển gần Trái Đất.

Hình 3.22 Tiểu hành tinh Bennu

Theo NASA, có 1 trên 1.750 khả năng một tiểu hành tinh có tên Bennu có thể va chạm với Trái đất trong khoảng thời gian từ bây giờ đến năm 2300

Khả năng tiểu hành tinh Bennu va chạm với Trái đất hiện được đánh giá cao hơn so với ước tính trước đây của NASA, với tỷ lệ là 1 trên 2.700 Sự kiện này có thể xảy ra trong khoảng thời gian ngắn hơn, từ nay đến năm 2200.

Tiểu hành tinh Bennu có đường kính khoảng 500m, kích thước này không đủ lớn để gây ra sự tuyệt chủng toàn cầu, nhưng vẫn có khả năng gây ra tàn phá nghiêm trọng.

Ngân hà

Vũ trụ bao gồm tất cả các thành phần của nó, bao gồm không gian, thời gian, hành tinh, sao, thiên hà, và các thành phần không gian liên sao Nó chứa đựng những hạt hạ nguyên tử nhỏ nhất cùng với mọi vật chất và năng lượng Trong phần vũ trụ mà con người đã khám phá, với bán kính lên tới hàng tỉ năm ánh sáng, vật chất dễ nhận biết nhất là các ngôi sao, những thiên thể khổng lồ, nóng sáng giống như Mặt Trời.

Các ngôi sao trong vũ trụ không phân bố đều mà tập trung thành các hệ thống có hình dạng xác định, được gọi là thiên hà, với số lượng lên đến hàng trăm tỷ sao.

Các thiên hà thường có hình dạng elipxoit hoặc đĩa xoắn, với đường kính từ hàng chục đến hàng trăm ngàn năm ánh sáng Khoảng cách trung bình giữa các thiên hà lớn gấp nhiều lần kích thước của mỗi thiên hà.

Các sao trong thiên hà cũng phân bố không đều, đa số tập trung vào một mặt phẳng xác định gọi là mặt phẳng chính của thiên hà

Dải ngân hà, một phần quan trọng của hệ sao, chứa hơn 100 tỷ ngôi sao, bao gồm cả hệ Mặt Trời của chúng ta, và được biết đến như thiên hà của chúng ta.

Thiên hà của chúng ta chứa khoảng 6.000 ngôi sao có thể nhìn thấy bằng mắt thường, bên cạnh hơn 100 tỷ ngôi sao khác chỉ có thể quan sát được thông qua kính thiên văn.

Vào những đêm trời quang, khi nhìn theo phương của mặt phẳng chính của thiên hà, chúng ta sẽ thấy dải Ngân Hà sáng rực rỡ Bên cạnh đó, một số thiên hà gần gũi cũng xuất hiện dưới dạng những vết sáng nhòe, được gọi là các tinh vân Qua kính thiên văn mạnh, chúng ta có thể phát hiện một số sao riêng biệt tạo nên các tinh vân này Giữa các sao, không gian chứa đựng bụi, khí, các hạt cơ bản, cùng với trường điện từ và trường hấp dẫn Các đám bụi khí vũ trụ này rõ ràng là nguyên nhân cản trở khả năng quan sát xa của chúng ta trong vũ trụ.

Hình 3.25 Dải Ngân hà của chúng ta [8]

Trong vũ trụ rộng lớn, Mặt Trời chỉ là một trong nhiều sao thuộc Thiên hà của chúng ta Xung quanh Mặt Trời có các hành tinh và vệ tinh chuyển động, trong đó hành tinh và vệ tinh là những thiên thể không tự phát sáng Quan sát cho thấy nhiều ngôi sao khác cũng có hành tinh chuyển động tương tự như Hệ Mặt Trời.

Logic phát triển kiến thức, kĩ năng phần Vật lí các thiên thể trong hệ Mặt trời ở môn

Trong chương trình Khoa học tự nhiên, phần Vật lí các thiên thể trong hệ Mặt trời có liên quan mật thiết đến nội dung Trái Đất và Bầu trời trong môn KHTN lớp 9.

3.7.1 Về mức độ kiến thức

Môn KHTN lớp 9 chỉ đề cập tới những hiểu biết cơ bản về:

+ Vòng năng lượng trên trái đất; năng lượng hoá thạch

Hệ Mặt Trời bao gồm nhiều thành viên như các hành tinh, Mặt Trời, Mặt Trăng và sao chổi, với khoảng cách và chu kỳ quay khác nhau Mặt Trời và các ngôi sao là những thiên thể phát sáng, trong khi Mặt Trăng, các hành tinh và sao chổi phản xạ ánh sáng từ Mặt Trời Bài viết này sẽ tập trung tìm hiểu về một thành viên đặc biệt trong Hệ Mặt Trời: Mặt Trăng.

Hệ Mặt Trời, với vị trí là một phần nhỏ trong Ngân Hà, được hình thành thông qua việc sử dụng phương pháp trực quan như hình vẽ và học liệu điện tử Những công cụ này giúp người học dễ dàng hình dung và hiểu rõ hơn về cấu trúc và sự hình thành của Hệ Mặt Trời.

Kiến thức về vòng năng lượng trên Trái đất được hình thành dựa vào sự hiểu biết về các lớp khí quyển trên bề mặt hành tinh, khí quyển của các hành tinh khác và thành phần cấu tạo của Mặt trời Những yếu tố này tương tác với nhau, tạo ra một hệ thống năng lượng phức tạp, ảnh hưởng đến khí hậu và môi trường sống trên Trái đất Việc nghiên cứu các lớp khí quyển không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự sống mà còn về các hiện tượng tự nhiên như thời tiết và biến đổi khí hậu.

- Về hình thành kiến thức về sự phát sinh và phát triển sự sống trên Trái đất dựa vào cấu tạo các lớp khí quyển của Trái đất

- Về hình thành kiến thức về năng lượng hoá thạch dựa vào cấu tạo của Trái đất.

1/ Vẽ hình mô tả sơ lược về cấu trúc hệ Mặt Trời Nhận xét về khoảng cách từ các hành tinh đến Mặt Trời và chu kì quay của các hành tinh quanh Mặt Trời

2/ Trình bày những hiểu biết về thiên hà của chúng ta

4/ Thiết kế học liệu điện tử chỉ ra được hệ Mặt Trời là một phần nhỏ của Ngân Hà; mô hình vòng năng lượng trên Trái Đất Mô phỏng các ứng dụng của năng lượng tái tạo

5/ Chỉ ra địa chỉ kiến thức phần Vật lí các thiên thể trong hệ Mặt trời trong chương trình môn Khoa học tự nhiên

6/ Trình bày logic phát triển kiến thức, kĩ năng phần Vật lí các thiên thể trong hệ Mặt trời ở môn KHTN

7/ Chọn một nội dung dạy học cụ thể, chỉ ra cách hướng dẫn HS tiếp cận nội dung dạy học đảm bảo phù hợp với yêu cầu cần đạt về phẩm chất và năng lực nêu trong Chương trình tổng thể và môn KHTN

8/ Trái Đất quay xung quanh Mặt trời và tự quay xung quanh trục của nó Trục tự quay của Trái Đất lệch với trục Bắc – nam một góc khá lớn 23,5 độ Trong quỹ đạo elip quanh Mặt Trời, có vị trí của Trái Đất mà Bắc bán cầu nhận ánh sáng Mặt Trời nhiều hơn và trong thời gian dài hơn so với Nam bán cầu; do vậy, ở Bắc bán cầu là mùa hè và ở Nam bán cầu là mùa đông Hãy thực hiện một thí nghiệm minh họa cho hiện tượng thú vị này

A Nhóm Trái Đất bao gồm những hành tinh cỡ bé có khối lượng riêng lớn

B Nhóm Mộc tinh gồm những hành tinh cỡ lớn nhưng lại có khối lượng riêng nhỏ

C Các hành tinh chỉ có khả năng bức xạ sóng hồng ngoại và vô tuyến

D Trừ Trái Đất tất cả các hành tinh khác đều có khí quyển rất ít Đáp án: D

A Khu vực gần các vết đen có từ trường mạnh, thường xuất hiện những bùng nổ có độ chói sáng tăng đột ngột lên hàng triệu lần trong vài chục phút rồi từ từ giảm dần

B Từ các bùng nổ phóng ra nhiều loại tia khác nhau tuy nhiên không ảnh hưởng nhiều đến hiện tượng vật lí địa cầu

C Một biểu hiện nữa về sự hoạt động của Mặt Trời quan sát được trong nhật hoa đó là Tai lửa

D Tai lửa có dạng phẳng, rộng hàng ngàn kilômét và dài có đến hàng trăm ngàn kilômét Đáp án: B

A.Thuỷ Tinh là hành tinh ở gần Mặt Trời nhất và là hành tinh bé nhất Nó có khối lượng và kích thước vào cỡ Mặt Trăng

B Thuỷ Tinh có nước và khí quyển rất loãng

C Trên Thuỷ Tinh nhiệt độ ban ngày quá cao (ở xích đạo lên tới trên 400 0 C) và ban đêm lại rất thấp (-150 0 C)

D Thuỷ Tinh chuyển động quanh Mặt Trời với chu kì 88 ngày và tự quay quanh mình rất chậm khoảng 58 ngày Đáp án: B

A Kim Tinh luôn bị bao phủ bởi những đám mây dày đặc, ở độ cao từ 30 đến

B Kim tinh quay quanh trục ngược chiều với chiều chuyển động của nó quanh Mặt Trời

C Một ngày đêm trên Kim Tinh dài bằng 11 ngày trên Trái Đất

D Trục quay của Kim Tinh gần như thẳng góc với mặt phẳng quỹ đạo của nó vì vậy trên Kim Tinh không có hiện tượng thay đổi mùa Đáp án: C

A Hoả Tinh có kích thước lớn hơn Trái Đất khoảng 2 lần

B Hoả Tinh có gia tốc trọng trường bé hơn khoảng 3 lần so với Trái Đất

C Ngày trên đó dài 24h22ph và năm dài 687 ngày (tính theo ngày Trái Đất)

D Xích đạo của Hoả Tinh nghiêng với mặt phẳng quỹ đạo của nó một góc

24 0 56' từ đó trên Hoả Tinh cũng có biến đổi mùa rõ rệt trong năm Đáp án: A

A Mộc Tinh có bán kính lớn hơn bán kính Trái Đất 11 lần nhưng lại có khối lượng riêng bé (vào cỡ khối lượng riêng của nước)

B Lớp vỏ của các hành tinh nhóm Mộc tinh được cấu tạo bởi các nguyên tố nhẹ

C Nhiệt độ của các hành tinh nhóm Mộc Tinh rất thấp, thường xuyên dưới âm

D Bề mặt của các hành tinh nhóm Mộc tinh không có mây mù dày đặc bao phủ Đáp án: D

Bài 3.7 Chu kỳ quay quanh Mặt Trời của Hoả Tinh là

A.678 ngày đêm B 150 ngày đêm C 675 ngày đêm D 687 ngày đêm Đáp án: D

Bài 3.8 Chu kì chuyển động của Mặt Trăng đối với các sao được gọi là:

A.Tháng xuân phân B Tháng giao hội C Tháng sao D Năm sao Đáp án: C

A Quang cầu là một lớp khí nóng sáng có độ dày vài ba trăm ngàn km

B Vận tốc chuyển động nâng lên và hạ xuống vào khoảng 1- 2 km/s

C Mặt quang cầu liên tục bị các dòng vật chất bắn phá từ dưới lên

D Quang cầu dao động và tạo thành những sóng âm không khí

Bài 3.10 Tầng nào của khí quyển có bề dày lớn nhất?

A.Tầng đối lưu B Tầng bình lưu C Tầng trung D Tầng nhiệt Đáp án: D

A Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elip mà Mặt Trời nằm tại một trong hai tiêu điểm của elip quỹ đạo

B Bán kính vectơ của mỗi hành tinh quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau

C Bình phương chu kỳ chuyển động của hành tinh quanh Mặt Trời tỉ lệ với bình phương bán trục lớn của quỹ đạo elip

D Sao chổi chuyển động theo quỹ đạo elíp dẹt Đáp án: C

Bài 3.12 Hành tinh có kích thước bé hơn Trái Đất khoảng hai lần, tự quay quanh trục với thời gian là 24h22’, chu kỳ quay quanh mặt trời là 687 ngày là:

A Hỏa Tinh B Thiên Vương Tinh C Thổ Tinh D Kim Tinh Đáp án: A

A Nếu như Trái Đất có dạng thực đúng một khối cầu và có mật độ vật chất phấn bố đều thì phương trục quay cũng như chu kì quay của nó sẽ không đổi

B Mặt Trời tác dụng lên Trái Đất tạo ra một ngẫu lực có xu hướng làm quay mặt phẳng xích đạo về phương của đường nối tâm của Mặt Trời và Trái Đất

C Trục trái đất đảo quanh pháp tuyến của mặt phẳng Hoàng đạo từ từ quét thành một hình nón có góc ở đỉnh bằng 46 0 54' với chu kỳ không xác định

D Do tiến động mà thiên cực Bắc dịch chuyển theo quĩ đạo tròn trên nền trời quanh Hoàng cực với bán kính góc 23 0 27' với chu kỳ khoảng 26000 năm Đáp án: C

A Mộc Tinh có bán kính lớn hơn bán kính Trái Đất 11 lần nhưng lại có khối lượng riêng bé (vào cỡ khối lượng riêng của nước)

B Lớp vỏ của các hành tinh nhóm Mộc tinh được cấu tạo bởi các nguyên tố nhẹ

C Nhiệt độ của các hành tinh nhóm Mộc Tinh rất thấp, thường xuyên dưới âm 100 0 C

D Bề mặt của các hành tinh nhóm Mộc tinh không có mây mù dày đặc bao phủ Đáp án: D

A Bao quanh quang cầu có lớp vật chất với mật độ thấp và được gọi là khí quyển

B Khí quyển Mặt trời gồm hai lớp khác nhau: sắc cầu và nhật hoa

C Sắc cầu là lớp nằm tiếp giáp với quang cầu Vật chất ở phần dưới của sắc cầu có nhiệt độ khoảng 45500 0 Đến một độ cao nào đó thì nhiệt độ tăng

D Lớp ngoài cùng có nhiệt độ cao đến hàng tỉ độ được gọi là nhật hoa Đáp án: D

Bài 3.16 Chọn phương án sai Các bằng chứng cho thấy Trái Đất tự quay là

B Sự lệch về phương Đông của các vật rơi tự do

D Mặt phẳng dao động của con lắc Phucô quay Đáp án: A

A Quỹ đạo của sao chổi dễ bị thay đổi mỗi khi chúng chuyển động ở gần các hành tinh

B Sao Chổi có thể sa vào Mộc Tinh vì có khoảng ba chục Sao Chổi có viễn điểm các quỹ đạo này nằm ở hai phía quỹ đạo Mộc Tinh Hơn nữa Mộc Tinh là hành tinh có khối lượng khá lớn nên có lực hấp dẫn các thiên thể khác về nó khá mạnh

C.Sao chổi là loại thiên thể không ổn định

D.Đa số Sao Chổi có chu kỳ xác định Đáp án: D

A Vật chất cấu tạo nên Sao Chổi thường ở trạng thái lỏng và rắn

B Có thể phát hiện ra sao chổi khi nó chuyển động gần đến Mặt Trời

C Nói chung các Sao Chổi đều có quỹ đạo là những elip rất dẹt, viễn điểm của một số lớn vượt ra ngoài quỹ đạo của Thiên Vương Tinh

D Sao Chổi cũng là thiên thể nguội chuyển động quanh Mặt Trời như các hành tinh, song vì có hình dạng giống như một cái chổi xoè nên được gọi là Sao Chổi Đáp án: A

Bài 3.19 Thứ tự cấu tạo từ trong ra ngoài của Mặt trời là?

A Sắc cầu, quang cầu, vòng nhật hoa B Vòng nhật hoa, sắc cầu, quang cầu

C Quang cầu, sắc cầu, vòng nhật hoa D Sắc cầu, vòng nhật hoa, quang cầu Đáp án: C

Bài 3.20 Nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời là do

A sự bắn phá của các thiên thạch và tia vũ trụ lên Mặt Trời

B sự đốt cháy các hydrogencarbon bên trong Mặt Trời

C sự phân rã của các hạt nhân uranium bên trong Mặt Trời

D sự kết hợp các hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng hơn Đáp án: D

A Trường sáng có diện tích khá rộng và tồn tại khá lâu dưới dạng những vết, những đốm sáng Nhiệt độ của trường sáng cao hơn của quang cầu đến 200 – 300 0 C

B Trên mặt quang cầu có nơi, có lúc xuất hiện những vùng sáng hẳn lên so với xung quanh được gọi là trường sáng

C Trong vùng trường sáng có từ trường mạnh thường xuất hiện các vết đen

D Vật chất trong vết đen có nhiệt độ cao hơn của quang cầu đến vài ngàn độ Đáp án: D