61行星的運(yùn)動

1、phyzwlphyzwl第六章第六章 萬有引力與航空萬有引力與航空托托 勒勒 密密 地球是世界的中心地球是世界的中心, ,并且靜止不并且靜止不動動, ,一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動行星的運(yùn)動的認(rèn)識：行星的運(yùn)動的認(rèn)識： 太陽是世界的中心太陽是世界的中心, ,并且靜止不動并且靜止不動, ,一切行星都圍繞太陽做圓周運(yùn)動。一切行星都圍繞太陽做圓周運(yùn)動。哥白尼哥白尼行星的運(yùn)動的認(rèn)識：行星的運(yùn)動的認(rèn)識：“日心說日心說”也并不是絕對正確的也并不是絕對正確的： “日心說日心說”也并不是絕對正確的，因為也并不是絕對正確的，因為太陽只是太陽系的一個中心天體，而太太陽只是太陽系的一個中心天體

2、，而太陽系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽系只是宇宙中眾多星系之一，所以太陽并不是宇宙的中心，也不是靜止不動陽并不是宇宙的中心，也不是靜止不動的。的。“日心說日心說”，只是比，只是比“地心說地心說”更準(zhǔn)確更準(zhǔn)確一些罷了。一些罷了。 “地心說地心說”占領(lǐng)統(tǒng)治地位的時間較占領(lǐng)統(tǒng)治地位的時間較長，原因是由于它比較符合人們的日長，原因是由于它比較符合人們的日常經(jīng)驗，如：太陽從東邊升起，從西常經(jīng)驗，如：太陽從東邊升起，從西邊落下。同時它也符合當(dāng)時在政治上邊落下。同時它也符合當(dāng)時在政治上占統(tǒng)治地位的宗教神學(xué)觀點(diǎn)。占統(tǒng)治地位的宗教神學(xué)觀點(diǎn)。為什么為什么“地心說地心說”能占領(lǐng)較長的統(tǒng)治時間能占領(lǐng)較長的統(tǒng)治時間

3、？ “ “日心說日心說”所以能夠戰(zhàn)勝所以能夠戰(zhàn)勝“地心說地心說”是因為是因為好多好多“地心說地心說”不能解釋的現(xiàn)象不能解釋的現(xiàn)象“日心說日心說”則能則能說明，就是說說明，就是說“日心說日心說”比比“地心說地心說”更科學(xué)、更科學(xué)、更接近事實。例如：若地球不運(yùn)動，晝夜交替是更接近事實。例如：若地球不運(yùn)動，晝夜交替是太陽繞地球運(yùn)動形成的，那么每天的情況就應(yīng)是太陽繞地球運(yùn)動形成的，那么每天的情況就應(yīng)是相同，事實上，每天白天的長短不同，冷暖不同，相同，事實上，每天白天的長短不同，冷暖不同，而而“日心說日心說”則能說明這種情況；白晝是地球自則能說明這種情況；白晝是地球自轉(zhuǎn)形成的，而四季是地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成

4、的。轉(zhuǎn)形成的，而四季是地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成的。真理最終戰(zhàn)勝了謬誤真理最終戰(zhàn)勝了謬誤： 古人把天體的運(yùn)動看得十分神圣，古人把天體的運(yùn)動看得十分神圣，他們認(rèn)為天體運(yùn)動不同于地面物體的他們認(rèn)為天體運(yùn)動不同于地面物體的運(yùn)動，天體做的是最完美、最和諧的運(yùn)動，天體做的是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動。勻速圓周運(yùn)動。 開普勒的導(dǎo)師是丹麥偉大的開普勒的導(dǎo)師是丹麥偉大的天文學(xué)家第谷，他對天體運(yùn)動的天文學(xué)家第谷，他對天體運(yùn)動的看法與其他古人一樣，也認(rèn)為天看法與其他古人一樣，也認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動。體在做勻速圓周運(yùn)動。 開普勒開始受世俗及導(dǎo)師的開普勒開始受世俗及導(dǎo)師的影響，也認(rèn)為天體在做勻速圓周影響，也認(rèn)為天體在做

5、勻速圓周運(yùn)動。運(yùn)動。開普勒開普勒開普勒第一定開普勒第一定律律開普勒行星運(yùn)動定律開普勒行星運(yùn)動定律橢圓動畫圖釘圖釘圖釘圖釘F1F2PO做一做：做一做：開普勒開普勒開普勒第二定開普勒第二定律律 對于每一個行星而言，太陽和行星的對于每一個行星而言，太陽和行星的聯(lián)線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積聯(lián)線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積開普勒行星運(yùn)動定律開普勒行星運(yùn)動定律離太陽近時速度快，離太陽遠(yuǎn)時速度慢離太陽近時速度快，離太陽遠(yuǎn)時速度慢行星運(yùn)行的速度變化有什么規(guī)律呢?開普勒開普勒開普勒第三定開普勒第三定律律所有行星的軌道的半長軸的三次方所有行星的軌道的半長軸的三次方跟跟公轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等周期的二次

6、方的比值都相等開普勒行星運(yùn)動定律開普勒行星運(yùn)動定律高中階段對行星運(yùn)動的近似化研究：高中階段對行星運(yùn)動的近似化研究：雖然，行星的運(yùn)動是橢圓軌道，運(yùn)動速度大小不雖然，行星的運(yùn)動是橢圓軌道，運(yùn)動速度大小不斷的變化，但實際上，多數(shù)大行星的軌道與圓十分接斷的變化，但實際上，多數(shù)大行星的軌道與圓十分接近，所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓處理，所以近，所以在中學(xué)階段的研究中能夠按圓處理，所以多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動的軌道十分接近圓，太多數(shù)大行星繞太陽運(yùn)動的軌道十分接近圓，太陽處在圓心。陽處在圓心。對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動的角速對某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動的角速度（線速度）大小不變，即行星做勻速圓周

7、運(yùn)動。度（線速度）大小不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動。所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的所有行星軌道半徑的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。二次方的比值都相等。總體來說，就是把行星的運(yùn)動看作為勻速圓周運(yùn)總體來說，就是把行星的運(yùn)動看作為勻速圓周運(yùn)動處理，對應(yīng)的半長軸即為圓的半徑。動處理，對應(yīng)的半長軸即為圓的半徑。R 3/ T2 =k例例1 1：有兩個行星，它們繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道有兩個行星，它們繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑之比是半徑之比是1 1：2 2，則它們繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的周期，則它們繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的周期之比為之比為 。例例2 2：有兩個人造地球衛(wèi)星，它們繞地球運(yùn)有兩個人造地球衛(wèi)星，它們繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道

8、半徑之比是轉(zhuǎn)的軌道半徑之比是1 1：2 2，則它們繞地球運(yùn)，則它們繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期之比為轉(zhuǎn)的周期之比為 。22:1運(yùn)用開普勒定律解決問題：運(yùn)用開普勒定律解決問題：22:1行星行星或衛(wèi)星或衛(wèi)星中心體中心體半長軸半長軸(x106km)公轉(zhuǎn)周期公轉(zhuǎn)周期(天天)K值值水星水星太陽太陽5787.973.361018金星金星1082253.351018火星火星2286873.361018同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星地球地球0.042411.021013月球月球0.384427.3221.021013探究探究K值的決定因素：值的決定因素： 例例3:3: 某行星繞太陽沿某行星繞太陽沿橢圓軌道運(yùn)行，它的橢圓軌道運(yùn)行，它的近

9、日點(diǎn)近日點(diǎn)A到太陽的距離到太陽的距離為為r，遠(yuǎn)日點(diǎn)，遠(yuǎn)日點(diǎn)B到太陽到太陽的距離為的距離為R。若行星經(jīng)。若行星經(jīng)過近日點(diǎn)時的速度為過近日點(diǎn)時的速度為vA，求該行星經(jīng)過遠(yuǎn)，求該行星經(jīng)過遠(yuǎn)日點(diǎn)時的速度日點(diǎn)時的速度vB的大的大小。小。運(yùn)用開普勒定律解決問題：運(yùn)用開普勒定律解決問題：AA1BB1rRVRrVVAB/運(yùn)用開普勒定律解決問題：運(yùn)用開普勒定律解決問題：例例4:4:一種通信衛(wèi)星要一種通信衛(wèi)星要“靜止靜止”在地面上空在地面上空的某一點(diǎn)的某一點(diǎn), ,因此它的運(yùn)行周期必須與地球自因此它的運(yùn)行周期必須與地球自轉(zhuǎn)周期相同轉(zhuǎn)周期相同. .請你估算請你估算: :通信衛(wèi)星離地心的通信衛(wèi)星離地心的距離大約是月心離

10、地心距離的幾分之一距離大約是月心離地心距離的幾分之一? ?322130/1/rr2323火火地地TrTr13228lkTl13228lkTlR R0AB運(yùn)用開普勒定律解決問題：運(yùn)用開普勒定律解決問題：3022RRRTt 材料材料： “哥白尼堅信宇宙與自然是美的，而哥白尼堅信宇宙與自然是美的，而 美的東西是簡單與和美的東西是簡單與和諧的。諧的?！?“第谷第谷20年一直觀測火星，在他以前測量天體位置的誤差年一直觀測火星，在他以前測量天體位置的誤差大約是大約是10，第谷把這個不確定性減小到，第谷把這個不確定性減小到2。為哥白尼的學(xué)。為哥白尼的學(xué)說提供了關(guān)健性支持。說提供了關(guān)健性支持?！?“開普開普七

11、十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有七十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少至少8的角度偏差的角度偏差”，“對第谷的數(shù)據(jù)的精確性深信不對第谷的數(shù)據(jù)的精確性深信不疑疑這不容忽視的這不容忽視的88也許正是因為行星并非做完美的勻也許正是因為行星并非做完美的勻速圓周運(yùn)動速圓周運(yùn)動”。 “第谷與開普第谷與開普勒勒的美妙組合。的美妙組合?！?“布魯諾由于堅持日心說被教庭活活燒死在鮮花廣場。布魯諾由于堅持日心說被教庭活活燒死在鮮花廣場?！辈牧喜牧?：“哥白尼堅信宇宙與自然是美的，而哥白尼堅信宇宙與自然是美的，而 美的東西是簡單與和諧的。美的東西是簡單與和諧的?！?對描述自然追求簡單和諧是科學(xué)研究的

12、動對描述自然追求簡單和諧是科學(xué)研究的動力之一。力之一。 對自然奧秘不屈不撓探索的精神和對待科學(xué)對自然奧秘不屈不撓探索的精神和對待科學(xué)研究一絲不茍的態(tài)度，而科學(xué)的結(jié)論總是在研究一絲不茍的態(tài)度，而科學(xué)的結(jié)論總是在頑強(qiáng)曲折的科學(xué)實踐中悄悄來臨。頑強(qiáng)曲折的科學(xué)實踐中悄悄來臨。實驗觀察手段是科學(xué)研究的重要方法之一。實驗觀察手段是科學(xué)研究的重要方法之一。 實事求是、尊重客觀事實、不迷信權(quán)威、敢于堅持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。實驗歸納和數(shù)學(xué)演繹相結(jié)合是科學(xué)研究中的重要方法。 科學(xué)探究需要合作精神。 對自然奧秘不屈不撓探索的精神和對待科學(xué)對自然奧秘不屈不撓探索的精神和對待科學(xué)研究一絲不茍的態(tài)度研究一

13、絲不茍的態(tài)度. . 實事求是、尊重客觀事實、不迷信權(quán)威、敢實事求是、尊重客觀事實、不迷信權(quán)威、敢于堅持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精于堅持真理和勇于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。神。 實驗觀察手段是科學(xué)研究的重要方法之一。實驗觀察手段是科學(xué)研究的重要方法之一。 實驗歸納和數(shù)學(xué)演繹相結(jié)合是科學(xué)研究中的實驗歸納和數(shù)學(xué)演繹相結(jié)合是科學(xué)研究中的重要方法。重要方法。 科學(xué)探究需要合作精神?？茖W(xué)探究需要合作精神。 材料材料： “第谷第谷20年一直觀測火星，在他以前測量天體位置的誤差年一直觀測火星，在他以前測量天體位置的誤差大約是大約是10，第谷把這個不確定性減小到，第谷把這個不確定性減小到2。為哥白尼的學(xué)。為哥白尼的學(xué)說提供了關(guān)健性支持。說提供了關(guān)健性支持?！?“開普開普七十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有七十余次嘗試所得的結(jié)果都與第谷的觀測數(shù)據(jù)有至少至少8的角度偏差的角度偏差”，“對第谷的數(shù)據(jù)的精確性深信不對第谷的數(shù)據(jù)的精確性深信不疑疑這不容忽視的這不容忽視的88也許正是因為行星并非做完美的勻也許正是因為行星并非做完美的勻速圓周運(yùn)動速圓周運(yùn)動”。 “第谷與開普第谷與開普勒勒的美妙組合。的美妙組合?！?“布魯諾由于堅持日心說被教庭活活燒死在鮮花廣場。布魯諾由于堅持日心說被教庭活活