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行星的运动


第六章 万有引力定律
一、行星的运动

地心说
? 代表人物 :亚里士多德 ? 地球是宇宙的中心,并且静止不动, 所有行星围绕地球作圆周运动。
原因:1 日常经验 2 宗教神学

二、日心说
? 哥白尼在16世纪提出 了日心说. ? 日心说认为太阳是静 止不动的,地球和其 他行星都绕太阳运 动. ? 1543 年哥白尼的《天 体运行论》 出版,书 中详细描述了日心说 理论.

哥白尼

布鲁诺(Giordano Btuno,15481600), 意大利哲学家和思想家。 1583年,布鲁诺到英国,批 判经院哲学和神学,反对亚里士 多德——托勒玫的地心说,宣传 哥白尼的日心说。1585年去德国, 宣传进步的宇宙观,反对宗教哲 学,进一步引起了罗马宗教裁判 所的恐惧和仇恨。1592年,布鲁 诺在威尼斯被捕入狱,在被囚禁 的八年中,布鲁诺始终坚持自己 的学说,最后被宗教裁判所判为 “异端”烧死在罗马鲜花广场。

异端审判所的一次公开审判

伽利略在讲解 伽利略的实 验仪器和实 他的观测发现 验记录笔记

罗马教皇对伽利略审判

伽利略的纪念碑

伽利略1572年开始上学,1575年随家迁居佛罗伦萨进 修道院学习。1589年被聘为比萨大学的数学教授。 1591年到威尼斯的帕多瓦大学任教。1609年回佛罗伦 萨,1611年到罗马并担任林嗣科学院的院士。1633年 2月以“反对教皇,宣扬邪学”被罗马宗教裁判所判处 终身监禁。1638年以后,双目逐渐失明,晚景凄凉。 1642年1月8日逝世。 三百多年后,1979年11月10日, 罗马教皇不得不在公开集会上宣布:1633年对伽利略 的宣判是不公正的。1980年10月又提出重审这一案件, 并在罗组成一个包括不同宗教信仰的世界著名科学家 委员会来研究伽利略案件的始末,研究科学同宗教的 关系,研究伽利略学说的科学价值及其对现代科学思 想的贡献。

第谷

1576年在丹麦国王弗 里德里赫二世的建议 下,第谷在丹麦与瑞 典间的赫芬岛开始建 立“观天堡”。这是 世界上最早的大型天 文台,在这里设置了 四个观象台、一个图 书馆、一个实验室和 一个印刷厂,配备了 齐全的仪器,耗资黄 金1吨多。

1599年丹麦国王弗里德里赫死 后,第谷在波希米亚皇帝鲁道 夫十世的帮助下,移居布拉格, 建立了新的天文台。1600年第 谷与开普勒相遇,邀请他作为 自己的助手,次年第谷逝世, 开普勒接替了他的工作,并继 承了他的宫廷数学家的职务。 第谷的大量极为精确的天文观 测资料,为开普勒的工作创造 了条件,他所编著经开普勒完 成,于1627年出版的《鲁道夫 天文表》 成为当时最精确的天 文表。

开普勒发现,第谷观测的火星位 置和椭圆轨道不仅符合,而且符 合的精确度还很高。并且,太阳 位于这椭圆的一个焦点上。他还 发现其他行星的轨道也可以画成 椭圆,太阳总在一个焦点上。 1609年他在《新天文学》一书中 公布了开普勒第一、第二定律, 1619年又公布了开普勒第三定律。 椭圆彻底摧毁了神圣不可侵 犯的圆运动,废除了两千多年来 人们的旧观念,从此,开普勒的 天文学观点被许多天文学家所接 受。

三、开普勒三定律
1.开普勒第一定律:所有的行星围绕太阳运动的 轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点 上.
地球
F F

R

2.开普勒第二定律:对于每一个行星,太阳和 行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等.

F

F

离太阳近时速度快,离太阳远时速度慢.

3.开普勒第三定律:所有行星的轨道的半长轴 的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等.
3

地球 F F R

R  2 ? k T
比值k是与行星无 关的恒量.

需要注意: (1)开普勒定律不仅适用于行星,也适用于卫星,只不过 此时比值 k 是由行星质量所决定的另一恒量. (2)行星的轨道都跟圆近似,因此计算时可以认为行星是

做匀速圆周运动.
(3)开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结归纳出 来的规律,它们每一条都是经验定律,都是从观察行星运 动所取得的资料中总结出来的.

习题
? (1)行星绕恒星的运动轨道如果是圆形,那 么它运行周期T的平方与轨道半径r的三次方 的比为常数,设T2/r3=K,则常数K的大小( ) ? ? A.只与恒星的质量有关 ? B.与恒星的质量及行星的质量有关? ? C.只与行星的质量有关 ? D.与恒星的质量及行星的速度有关??

? (2)木星绕太阳转动的周期为地球绕太阳的转动 的周期的12倍,则木星绕太阳运行的轨道半长轴 约为地球绕太阳运行轨道半长轴的 倍. ? (3)地球绕太阳运行的轨道半长轴为1.50×1011m, 周期为365天;月球绕地球运行的轨道半长轴为 3.82×108 m,周期为27.3天. 则对于绕太阳运行的 行星,R3/T2的值为 m3/s2;对于绕地球运动的 物体, R3/T2的值为 m3/s2 ?

小结:
? 日心说战胜地心说. ? 开普勒行星发现的行星运动定律为研究行 星的运动提供了依据.



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