一行星的运动.ppt

一、行星的运动,地心说与日心说,对天体的运动，历史上有过“地心说”和“日心说”两种对立的认识。发生过激烈的斗争。,1、地心说,由于地球的自转，我们在地球上看到天上的星星，感觉上都是绕地球运动，太阳与月亮也一样，这样人们就很容易得出，地球是宇宙的中心，太阳、月亮及所有的星星都是绕地球转动的。这就是地心说。,1、地心说,1、地心说,在古代，以希腊亚里士多德为代表，认为地球是宇宙的中心。其它天体则以地球为中心，在不停地运动。这种观点，就是“地心说”。公元二世纪，天文学家托勒玫，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了“地心说”，描绘了一个复杂的天体运动图象。,2、日心说,2、日心说,随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题。逐渐被波兰天文学家哥白尼(1473-1543)提出的“日心说”所取代。波兰天文学家哥白尼经过近四十年的观测和计算，于1543年出版了“天体运行论”正式提出“日心说”。,2、日心说,“日心说”对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其它天体和地球截然有别的界限，是一项真正的科学革命。这种学说和宗教的主张是相反的。为宣传和捍卫这个学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判所活活烧死。伽利略受到残酷的迫害，后人把历史上这桩勇敢的壮举形容为：“哥白尼拦住了太阳，推动了地球。”哥白尼(1473-1543),2、日心说,日心说认为：太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳运动。,实际上，太阳也不是宇宙的中心，也并非静止，它在以2.46亿年的周期绕银河系中心运动。、,3、开普勒三定律,3、开普勒三定律,第谷的观测和记录,第谷布拉赫（1546-1601），丹麦天文学家和占星学家。生于克努兹斯图普（今属瑞典）。,1572年11月11日第谷发现仙后座中的一颗超新星（银河系的），第二年发表论文新星，后来受丹麦国王腓特烈二世的邀请，在汶岛建造天堡观象台，建造了许多大型精密的天文仪器，经过20年的天文观测，第谷发现了许多新的天文现象，如黄赤交角的变化、月球运行的二均差，并重,新测量了岁差数值(每年51”)。第谷对天文学的贡献是不可磨灭的，他所做的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当准确，至今仍然有使用价值。,开普勒的计算及得出的结论开普勒三定律,3、开普勒三定律,开普勒（1571-1630，德国天文学家）在第谷（开普勒的导师）的工作基础上，开普勒经过大量的计算，编制成鲁道夫星表，表中列出了1005颗恒星的位置。这个星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世纪中叶，鲁道夫星表仍然被天文学家和航海家们视为珍宝，它的形式几乎没有改变地保留到今天，他被称为“天上的立法者”。,开普勒在研究第谷观测所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据至少有8的角度误差。当时公认的第谷的观测误差不超过2，开普勒想，这不容忽视的8也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动造成的。至此，人们长期以来视为真理的观念天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑。后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后总结发现行星运动的三条规律：,3、开普勒三定律,开普勒第一定律（轨道定律）,所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。,行星轨道,3、开普勒三定律,开普勒第一定律（轨道定律）,所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。,行星轨道,开普勒第二定律（面积定律）,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，远日点速率最小。,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。,3、开普勒三定律,开普勒第一定律（轨道定律）,所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。,开普勒第二定律（面积定律）,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，远日点速率最小。,开普勒第三定律（周期定律）,所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与周期的平方成正比。,即有:R13：R23=T12：T22,注意:k的大小与行星无关，,或:R3/T2=k,只与太阳有关。,在运用开普勒定律时注意：,定律不仅适用于行星，也适用于卫星。只不过比值R3/T2=k大小由行星决定。,行星轨道都是椭圆，但有圆近似，故计算时可以认为是匀速圆周运动，太阳处在圆周轨道的圆心处。,开普勒定律的得出为牛顿发现万有引力定律打下了坚实的基础,例1、第一次揭示行星运动规律的科学家是_，他是在_的观测资料的基础上总结出来的。,例2、木星绕太阳运动的周期为地球绕太阳周期的12倍，那么，木星绕太阳运动轨道的半长轴是地球绕太阳运动轨道的半长轴的多少倍？,例3、天文学家观察哈雷彗星的周期是75年，离太阳的最近的距离是8.91010m，但它离太阳的最远距离不能测出，试根据开普勒定律计算这个最远距离。已知太阳系的开普勒恒量k=3.3541018m3/s2。,例4、某行星绕太阳运行的椭圆轨道运动，如图，F1、F2是椭圆轨道的两个焦点，太阳在焦点F1上。已知两个焦点的连线与椭圆的交点A到F1距离为a，与交点椭圆的交点B到F1距离为b，则行星在A、B两点的速率之比为多大？,例5、飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某点A处，将速率减小到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示。如果地球半径为R0，求飞船由A点到B点所需的时间。,例6、已知宇宙飞船离地面的最大距离为183km，最近距离为24.4km，求飞船绕地球运转的周期。地球的开普勒恒量k=1.011013m3/s2,解：R3/T2=k,T=2R/v,得：v=4(k/R)1/2,例7、试由开普勒第三定律说明太离阳越远的行星，其运行速度越小（把行星的运动看作是匀速圆周运动）。说明题的解答,注意：地球半径,小结：,开普勒第一定律（轨道定律）,所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。,开普勒第二定律（面积定律）,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，远日点速率最小。,开普勒第三定律（周期定律）,所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与周期的平方成正比。,即有:R13/R23=T12/T22,注意:k的大小与行星无关，只与太阳有关。,或:R3/T2=k,