10Vật lí 10 Đúng – Sai Vận dụng cao 103

Một phần mềm **mô phỏng** xuất chuỗi kinh độ địa tâm biểu kiến λ\lambda của một hành tinh ngoài (góc nhìn từ Trái Đất, đo ngược chiều kim đồng hồ từ một hướng chuẩn cố định) tại các mốc cách nhau 2020 ngày; giá trị ghi theo modulo 360360^\circ, dung sai đo ±0,5\pm 0{,}5^\circ:
<table><tr><th>Ngày tt</th><th>00</th><th>2020</th><th>4040</th><th>6060</th><th>8080</th><th>100100</th><th>120120</th><th>140140</th><th>160160</th><th>180180</th><th>200200</th><th>220220</th><th>240240</th></tr><tr><td>λ\lambda (^\circ)</td><td>338,9338{,}9</td><td>347,6347{,}6</td><td>356,4356{,}4</td><td>5,45{,}4</td><td>13,513{,}5</td><td>22,222{,}2</td><td>30,430{,}4</td><td>38,138{,}1</td><td>45,245{,}2</td><td>51,151{,}1</td><td>56,156{,}1</td><td>58,658{,}6</td><td>59,159{,}1</td></tr></table>
<table><tr><th>Ngày tt</th><th>260260</th><th>280280</th><th>300300</th><th>320320</th><th>340340</th><th>360360</th><th>380380</th><th>400400</th><th>420420</th><th>440440</th><th>460460</th><th>480480</th></tr><tr><td>λ\lambda (^\circ)</td><td>57,357{,}3</td><td>52,752{,}7</td><td>48,548{,}5</td><td>45,745{,}7</td><td>46,246{,}2</td><td>48,648{,}6</td><td>5353</td><td>58,858{,}8</td><td>65,765{,}7</td><td>73,773{,}7</td><td>81,781{,}7</td><td>90,190{,}1</td></tr></table>
Hai nhóm học sinh giải thích chuỗi này. Nhóm 1 dùng mô hình địa tâm với hành tinh quay đều quanh Trái Đất. Nhóm 2 dùng mô hình nhật tâm hai quỹ đạo tròn đồng phẳng, cùng chiều (ngược chiều kim đồng hồ), tâm là Mặt Trời: Trái Đất bán kính aE=1 aua_E = 1\ \text{au}, chu kì TE=365,25T_E = 365{,}25 ngày, pha ban đầu φE=135\varphi_E = 135^\circ; hành tinh bán kính aP=2,64 aua_P = 2{,}64\ \text{au}, chu kì TP=1570T_P = 1570 ngày, pha ban đầu φP=345\varphi_P = 345^\circ; góc pha tại ngày ttθ=360Tt+φ\theta = \dfrac{360^\circ}{T} t + \varphi, toạ độ r=a(cosθ;sinθ)\vec r = a(\cos\theta; \sin\theta), và kinh độ địa tâm dự đoán là góc của vectơ rPrE\vec r_P - \vec r_E (cùng hướng chuẩn, cùng chiều dương với bảng). Chu kì giao hội là khoảng thời gian giữa hai lần xung đối liên tiếp. Nhóm 2 cho biết đã tính dự đoán của mô hình tại cả 2525 mốc và thấy phần dư (quan sát trừ dự đoán) có độ lớn lớn nhất tại ngày 260260 (chưa công bố giá trị).
Xét các mệnh đề thẩm định sau.

a Chu kì giao hội của hành tinh trong mô hình nhật tâm bằng 476476 ngày (làm tròn đến ngày). Đúng
b Nếu mô hình nhật tâm khớp bộ dữ liệu trong dung sai thì quỹ đạo thật của hành tinh được chứng minh là đường tròn chính xác. Sai
c Tại ngày 260260, kinh độ địa tâm mà mô hình nhật tâm (với các tham số đã cho) dự đoán là 52,552{,}5^\circ, lệch khỏi giá trị quan sát không quá dung sai. Sai
d Trong mô hình nhật tâm, vận tốc góc nhật tâm của hành tinh không đổi dấu; đoạn kinh độ địa tâm giảm chỉ là **biểu kiến**, xuất hiện khi Trái Đất (chu kì ngắn hơn) vượt qua hành tinh ở gần xung đối. Đúng
Câu hỏi có hữu ích?

Lời giải

Đáp án
Đ S S Đ
Các bước giải
1
a) **Chuẩn bị chung.** Unwrap bảng: mỗi lần giá trị ghi giảm hơn 180180^\circ so với giá trị trước là đi qua mốc 360360^\circ, cộng thêm 360360^\circ; rồi lấy sai phân từng khoảng 2020 ngày. Sai phân âm liên tiếp từ ngày 240240 đến ngày 320320: đó là đoạn nghịch hành biểu kiến; bước nhảy giả duy nhất ở khoảng ngày 40406060. Chu kì giao hội Tsyn476T_{syn} \approx 476 ngày. Phần dư mô hình (pha ghi trên sơ đồ) lớn nhất 4,84{,}8^\circ tại ngày 260260.
2
Hai vật cùng chiều: góc lệch tăng với tốc độ 360TE360TP\dfrac{360^\circ}{T_E} - \dfrac{360^\circ}{T_P}, nên 1Tsyn=1TE1TP\dfrac{1}{T_{syn}} = \dfrac{1}{T_E} - \dfrac{1}{T_P}, Tsyn=11/365,251/1570476T_{syn} = \dfrac{1}{1/365{,}25 - 1/1570} \approx 476 ngày 476\approx 476 ngày.
3
b) **Chuẩn bị chung.** Unwrap bảng: mỗi lần giá trị ghi giảm hơn 180180^\circ so với giá trị trước là đi qua mốc 360360^\circ, cộng thêm 360360^\circ; rồi lấy sai phân từng khoảng 2020 ngày. Sai phân âm liên tiếp từ ngày 240240 đến ngày 320320: đó là đoạn nghịch hành biểu kiến; bước nhảy giả duy nhất ở khoảng ngày 40406060. Chu kì giao hội Tsyn476T_{syn} \approx 476 ngày. Phần dư mô hình (pha ghi trên sơ đồ) lớn nhất 4,84{,}8^\circ tại ngày 260260.
4
Phần dư lớn nhất trên 2525 mốc là 4,84{,}8^\circ >0,5> 0{,}5^\circ (tại ngày 260260): với pha ghi trên sơ đồ, mô hình không đạt dung sai — dữ liệu không ủng hộ bộ tham số này. Dù khớp, dữ liệu rút gọn (một hành tinh, 2525 mốc, dung sai hữu hạn) chỉ **ủng hộ** mô hình tròn trong dung sai, không chứng minh quỹ đạo là đường tròn chính xác (elip tâm sai nhỏ cũng khớp), và không chứa gia tốc hay hằng số hấp dẫn nên không suy ra khối lượng Mặt Trời.
5
c) **Chuẩn bị chung.** Unwrap bảng: mỗi lần giá trị ghi giảm hơn 180180^\circ so với giá trị trước là đi qua mốc 360360^\circ, cộng thêm 360360^\circ; rồi lấy sai phân từng khoảng 2020 ngày. Sai phân âm liên tiếp từ ngày 240240 đến ngày 320320: đó là đoạn nghịch hành biểu kiến; bước nhảy giả duy nhất ở khoảng ngày 40406060. Chu kì giao hội Tsyn476T_{syn} \approx 476 ngày. Phần dư mô hình (pha ghi trên sơ đồ) lớn nhất 4,84{,}8^\circ tại ngày 260260.
6
Tại t=260t = 260: θE=31,3\theta_E = 31{,}3^\circ, θP=44,6\theta_P = 44{,}6^\circ; rE=(0,855;0,519)\vec r_E = (0{,}855; 0{,}519), rP=(1,879;1,854)\vec r_P = (1{,}879; 1{,}854), rPrE=(1,024;1,335)\vec r_P - \vec r_E = (1{,}024; 1{,}335) có góc λdự đoaˊn52,5\lambda_{\text{dự đoán}} \approx 52{,}5^\circ. Quan sát: 57,357{,}3^\circ; phần dư 4,84{,}8^\circ >0,5> 0{,}5^\circ: mô hình với pha đã cho **không** đạt tại mốc này.
7
d) **Chuẩn bị chung.** Unwrap bảng: mỗi lần giá trị ghi giảm hơn 180180^\circ so với giá trị trước là đi qua mốc 360360^\circ, cộng thêm 360360^\circ; rồi lấy sai phân từng khoảng 2020 ngày. Sai phân âm liên tiếp từ ngày 240240 đến ngày 320320: đó là đoạn nghịch hành biểu kiến; bước nhảy giả duy nhất ở khoảng ngày 40406060. Chu kì giao hội Tsyn476T_{syn} \approx 476 ngày. Phần dư mô hình (pha ghi trên sơ đồ) lớn nhất 4,84{,}8^\circ tại ngày 260260.
8
Trong mô hình, θP\theta_P tăng đều (ωP=360/TP>0\omega_P = 360^\circ/T_P > 0 mọi lúc); dấu của Δλ\Delta\lambda lấy từ sai phân góc của vectơ rPrE\vec r_P - \vec r_E, không lấy từ dấu ωP\omega_P. Khi Trái Đất ở phía trong vượt hành tinh gần xung đối, hướng của rPrE\vec r_P - \vec r_E quét ngược một thời gian — nghịch hành là hiệu ứng của hệ quy chiếu, hành tinh không đảo chiều.
Lời giải có hữu ích?
Xem dạng tự luận của câu này

Một phần mềm **mô phỏng** xuất chuỗi kinh độ địa tâm biểu kiến λ\lambda của một hành tinh ngoài (góc nhìn từ Trái Đất, đo ngược chiều kim đồng hồ từ một hướng chuẩn cố định) tại các mốc cách nhau 2020 ngày; giá trị ghi theo modulo 360360^\circ, dung sai đo ±0,5\pm 0{,}5^\circ:
<table><tr><th>Ngày tt</th><th>00</th><th>2020</th><th>4040</th><th>6060</th><th>8080</th><th>100100</th><th>120120</th><th>140140</th><th>160160</th><th>180180</th><th>200200</th><th>220220</th><th>240240</th></tr><tr><td>λ\lambda (^\circ)</td><td>338,9338{,}9</td><td>347,6347{,}6</td><td>356,4356{,}4</td><td>5,45{,}4</td><td>13,513{,}5</td><td>22,222{,}2</td><td>30,430{,}4</td><td>38,138{,}1</td><td>45,245{,}2</td><td>51,151{,}1</td><td>56,156{,}1</td><td>58,658{,}6</td><td>59,159{,}1</td></tr></table>
<table><tr><th>Ngày tt</th><th>260260</th><th>280280</th><th>300300</th><th>320320</th><th>340340</th><th>360360</th><th>380380</th><th>400400</th><th>420420</th><th>440440</th><th>460460</th><th>480480</th></tr><tr><td>λ\lambda (^\circ)</td><td>57,357{,}3</td><td>52,752{,}7</td><td>48,548{,}5</td><td>45,745{,}7</td><td>46,246{,}2</td><td>48,648{,}6</td><td>5353</td><td>58,858{,}8</td><td>65,765{,}7</td><td>73,773{,}7</td><td>81,781{,}7</td><td>90,190{,}1</td></tr></table>
Hai nhóm học sinh giải thích chuỗi này. Nhóm 1 dùng mô hình địa tâm với hành tinh quay đều quanh Trái Đất. Nhóm 2 dùng mô hình nhật tâm hai quỹ đạo tròn đồng phẳng, cùng chiều (ngược chiều kim đồng hồ), tâm là Mặt Trời: Trái Đất bán kính aE=1 aua_E = 1\ \text{au}, chu kì TE=365,25T_E = 365{,}25 ngày, pha ban đầu φE=135\varphi_E = 135^\circ; hành tinh bán kính aP=2,64 aua_P = 2{,}64\ \text{au}, chu kì TP=1570T_P = 1570 ngày, pha ban đầu φP=345\varphi_P = 345^\circ; góc pha tại ngày ttθ=360Tt+φ\theta = \dfrac{360^\circ}{T} t + \varphi, toạ độ r=a(cosθ;sinθ)\vec r = a(\cos\theta; \sin\theta), và kinh độ địa tâm dự đoán là góc của vectơ rPrE\vec r_P - \vec r_E (cùng hướng chuẩn, cùng chiều dương với bảng). Chu kì giao hội là khoảng thời gian giữa hai lần xung đối liên tiếp. Nhóm 2 cho biết đã tính dự đoán của mô hình tại cả 2525 mốc và thấy phần dư (quan sát trừ dự đoán) có độ lớn lớn nhất tại ngày 260260 (chưa công bố giá trị).
Unwrap chuỗi kinh độ, xác định đoạn nghịch hành biểu kiến, rồi trả lời các yêu cầu sau.

a) Tính chu kì giao hội của hành tinh trong mô hình nhật tâm.

b) Bộ dữ liệu cho phép kết luận gì về mô hình nhật tâm quỹ đạo tròn, và không cho phép kết luận gì?

c) Giải thích đoạn kinh độ địa tâm giảm bằng mô hình nhật tâm: hành tinh có đảo chiều không?

d) Tính kinh độ địa tâm mà mô hình nhật tâm dự đoán tại ngày 260260 và so với quan sát.

Đáp án a) 476\approx 476 ngày; b) không ủng hộ tham số đã cho, không hơn; c) không; chỉ biểu kiến; d) 52,552{,}5^\circ; dư 4,84{,}8^\circ

Câu hỏi cùng chủ đề

TN
Sao Thuỷ là hành tinh thứ mấy tính từ Mặt Trời?
Trắc nghiệm Trái Đất và bầu trời Nhận biết 23 1574
TLN
Sao Thổ là hành tinh thứ mấy tính từ Mặt Trời?
Trả lời ngắn Trái Đất và bầu trời Nhận biết 13 1607
TN
Sao Kim thuộc nhóm hành tinh nào?
Trắc nghiệm Trái Đất và bầu trời Thông hiểu 9 845
TLN
Cho năm hành tinh sau:
(1) Trái Đất.
(2) Sao Mộc.
(3) Sao Thuỷ.
(4) Sao Kim.
(5) Sao Hoả.
Có bao nhiêu hành tinh thuộc nhóm hành tinh đá?
Trả lời ngắn Trái Đất và bầu trời Thông hiểu 25 1566
ĐS
Xét Sao Hoả và cấu tạo của hệ Mặt Trời.
Đúng – Sai Trái Đất và bầu trời Thông hiểu 9 885
TN
Bằng chứng nào ủng hộ mô hình nhật tâm?
Trắc nghiệm Trái Đất và bầu trời Vận dụng 4 374