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行星的运动

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在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体,如 月亮、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成 的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领 域。关于天体的运动,历史上有过不同的看法.

两种学说的对立

地心说

在天文学上,托勒密集古希腊天文学之大成, 建立地心宇宙观,即托勒密地心学说。他主张地 球居宇宙中心静止不动,日、月、行星和恒星均 环绕地球运行,托勒密的地球中心说支配西方达 1500年之久。地心说认为地球是宇宙的中心,是 静止不动的,太阳、月亮以及其他行星都绕地球 运动

托勒玫(Claudius Ptolemaeus, 约90-168), 一译“托勒密”

两种学说的对立

日心说

波兰天文学家哥白尼经过近四年的观 测和计算,于1543年出版了“天体运行 论”正式提出“日心说”。 “日心说”认为,认为太阳是静止不动的, 地球和其他行星都绕太阳运动. 。

两种学说的对立 结果
“日心说”战胜了“地心说”,最终真理战胜了谬误.请同学们阅读 第64页《人类对行星运动规律的认识,中托勒密:地心宇宙,哥白 尼:拦住了太阳,推动了地球.交流讨论,找出“地心说”遭遇的 尴尬和“日心说’的成功之处. 地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多,如果把地 球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的位置,换 一个角度来考虑天体的运动,许多问题都可以解决,行星运动的描 述也变得筒单了. “日心说”代表人物:哥白尼,“日心说”能更完美地解释天体 的运动

十七世纪,德国人开普勒 在“日心说”的基础上发 现了行星运动的三定律, 成为人类对行星运动第一 次定量表述,为万有引力 的发现奠定了坚实的基础 。

开普勒行星定律 开普勒第一定律也叫椭圆轨道定律:所有行星绕 太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个 焦点上。

开普勒行星定律
开普勒在确定地球运行轨道时发现,若将地球绕太阳运行的轨 道分为若干小段,每一段与太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相 等的面积。开普勒把这一结果推广到其他行星,就得到了开普勒第 二定律:对任意行星来说,他与太阳的连线在相等的时间内扫过相 等的面积。

开普勒行星定律
开普勒自发表了第一、二定律后,又过了十年,经过 更加艰苦的努力,在数字的海洋里提炼出了联系各行星轨 道的第三定律。开普勒第三定律:所有行星的轨道半长轴 的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 。

开普勒第三定律
给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值,供验证 :

k水=3.36×1018 K金=3.35×1018 K地=3.31×1018

K火=3.36×1018
k是一个与行星无关的常量,那么你能猜想出它可能跟谁有关吗?

开普勒第三定律
根据开普勒第三定律知:所有行星绕太阳运动的半长轴的三次 方跟公转周期二次方的比值是一个常数k,可以猜想,这个“k”一 定与运动系统的物体有关.因为常数k对于所有行星都相同,而各 行星是不一样的,故跟行星无关,而在运动系中除了行星就是中 心天体——太阳,故这一常数“k"一定与中心天体——太阳有 关.(通过后面的学习将知道k值与太阳质量的关系)

说明:开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动, 也适用于卫星绕着地球转,不过比例式 k中 的k是不同的,与中心天体有关.

实际上,由于行星的椭圆轨道都跟圆近似

所以在中学阶段的研究中能够按圆处理

1、多数大行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近, 太阳处在圆心
2、对某一行星来说,它绕太阳做圆周运动的角 速度(或线速度)不变,即行星做圆周运动 3、所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期 的二次方比值都相等
开普勒关于行星运动的确切描述,不仅使人们在解决行星的运动学问题上有了 依据,更澄清了人们对天体运动神秘、模糊的认识,同时也推动了对天体动力学 问题的研究.

练习 下列说法正确的是…………………………( D ) A.地球是宇宙的中心,太阳、月亮及其他行星都 绕地球运动 B.太阳是宇宙的中心,所有天体都绕太阳运动 C.太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运 动 D.“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看 来都是不正确的

小结 本节学习的是开普勒行星运动的三定律,其中 第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆,第二定律 描述了对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相 等时间内扫过相等的面积.行星在近日点的速率最 小,在远日点的速率最大,第三定律揭示了轨道半 长轴与公转周期的定量关系.在近似计算中可以认 为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动.



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