人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探索與認(rèn)識(shí)

1、第六章第六章 萬(wàn)有引力與航天萬(wàn)有引力與航天第第1 1節(jié)節(jié) 人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律 的探索與認(rèn)識(shí)的探索與認(rèn)識(shí)第六章第六章 萬(wàn)有引力與航天萬(wàn)有引力與航天第第1 1節(jié)節(jié) 人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律 的探索與認(rèn)識(shí)的探索與認(rèn)識(shí)人類走過(guò)的彎路：地心說(shuō)人類走過(guò)的彎路：地心說(shuō)同志們好，我同志們好，我是托勒密。我是托勒密。我認(rèn)為地球是不認(rèn)為地球是不動(dòng)的！地球是動(dòng)的！地球是宇宙的中心！宇宙的中心！所有的那些星所有的那些星球，如太陽(yáng)、球，如太陽(yáng)、月亮、火星、月亮、火星、金星等都在圍金星等都在圍著地球旋轉(zhuǎn)！著地球旋轉(zhuǎn)！日心說(shuō)的提出日心說(shuō)的提出同志們好，我是同志們好，我是哥白尼。我不同哥白尼。我

2、不同意托勒密前輩的意托勒密前輩的觀點(diǎn)。宇宙的中觀點(diǎn)。宇宙的中心應(yīng)該是太陽(yáng)，心應(yīng)該是太陽(yáng)，那些星球，如地那些星球，如地球、火星、金星、球、火星、金星、木星等都在圍著木星等都在圍著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)！并且太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)！并且是勻速圓周運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)奧！奧！為了真理犧牲自己在所不惜！為了真理犧牲自己在所不惜！同志們好，我是同志們好，我是布魯諾。布魯諾。 我堅(jiān)信我堅(jiān)信“日心說(shuō)日心說(shuō)”的理的理論是正確的！哥論是正確的！哥白尼提出日心說(shuō)，白尼提出日心說(shuō)，但他不敢大膽的但他不敢大膽的明說(shuō)，我偏要向明說(shuō)，我偏要向世界宣戰(zhàn)世界宣戰(zhàn)“我支我支持日心說(shuō)！持日心說(shuō)！”讓大火來(lái)的更猛讓大火來(lái)的更猛烈些吧！為了真烈些吧！為了真理，死

3、了我一個(gè)理，死了我一個(gè)還有后來(lái)人！還有后來(lái)人！對(duì)日心說(shuō)的支持對(duì)日心說(shuō)的支持同志們好，我是同志們好，我是伽利略。我發(fā)明伽利略。我發(fā)明了了“天文望遠(yuǎn)天文望遠(yuǎn)鏡鏡”，并把它用，并把它用于天文觀測(cè)中！于天文觀測(cè)中！所以，在人類認(rèn)所以，在人類認(rèn)識(shí)宇宙的過(guò)程中識(shí)宇宙的過(guò)程中,我也功不可沒(méi)奧！我也功不可沒(méi)奧！對(duì)日心說(shuō)的支持對(duì)日心說(shuō)的支持同志們好，我是第谷。你們是不是首先看到了同志們好，我是第谷。你們是不是首先看到了我漂亮的胡子？我漂亮的胡子？他們稱我為他們稱我為“天才觀測(cè)家天才觀測(cè)家”，在我的有生之年，在我的有生之年，我把全身心都投入到行星位置的觀測(cè)中，之前我把全身心都投入到行星位置的觀測(cè)中，之前人們對(duì)天體

4、位置的觀測(cè)誤差在人們對(duì)天體位置的觀測(cè)誤差在100，我把誤差縮，我把誤差縮小到小到20，可是，可是，可是，可是，可是，可是我的數(shù)學(xué)沒(méi)有真正的學(xué)好，所以，空有大把大把的觀測(cè)數(shù)據(jù)，我的數(shù)學(xué)沒(méi)有真正的學(xué)好，所以，空有大把大把的觀測(cè)數(shù)據(jù)，我無(wú)法從中找到規(guī)律，嗚嗚嗚嗚我無(wú)法從中找到規(guī)律，嗚嗚嗚嗚于是，我在臨終之際，把我畢生的心血，所有的觀測(cè)數(shù)據(jù)給于是，我在臨終之際，把我畢生的心血，所有的觀測(cè)數(shù)據(jù)給了我的學(xué)生開(kāi)普勒，這孩子數(shù)學(xué)非常好！了我的學(xué)生開(kāi)普勒，這孩子數(shù)學(xué)非常好！“開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律”出世出世開(kāi)普勒開(kāi)普勒同志們好，我是同志們好，我是開(kāi)普勒。他們說(shuō)開(kāi)普勒。他們說(shuō)我是我是“天才數(shù)學(xué)天

5、才數(shù)學(xué)家家”， 感謝我的感謝我的老師第谷的無(wú)私老師第谷的無(wú)私奉獻(xiàn)。通過(guò)對(duì)第奉獻(xiàn)。通過(guò)對(duì)第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)的谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)的研究，我找到了研究，我找到了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。我發(fā)現(xiàn)，哥白尼我發(fā)現(xiàn)，哥白尼的日心說(shuō)是正確的日心說(shuō)是正確的，但是行星繞的，但是行星繞太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡太陽(yáng)的運(yùn)行軌跡好像不是標(biāo)準(zhǔn)的好像不是標(biāo)準(zhǔn)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而是橢圓運(yùn)動(dòng)，而是橢圓運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)速率也而且運(yùn)動(dòng)速率也不是定值。具體不是定值。具體情況，你們?nèi)タ辞闆r，你們?nèi)タ次野l(fā)表的我發(fā)表的“開(kāi)普開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律勒行星運(yùn)動(dòng)定律”吧！吧！ 所有行星繞太陽(yáng)的軌道都是橢圓，所有行星繞太陽(yáng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)

6、焦點(diǎn)上。太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。焦點(diǎn)焦點(diǎn)太陽(yáng)太陽(yáng)焦點(diǎn)焦點(diǎn)開(kāi)普勒第一定律（開(kāi)一）：開(kāi)普勒第一定律（開(kāi)一）： 對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。開(kāi)普勒第二定律（開(kāi)二）：開(kāi)普勒第二定律（開(kāi)二）： 所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。值都相等。表達(dá)式：表達(dá)式：a a3 3T T2 2= k= k半長(zhǎng)軸半長(zhǎng)軸行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的周期的周期開(kāi)普勒第三定律（開(kāi)三）：開(kāi)普勒第三定律（開(kāi)三）：行星行星半長(zhǎng)軸半長(zhǎng)軸(

7、x106km) 公轉(zhuǎn)周期公轉(zhuǎn)周期(天天)K值值水星水星5787.973.361018金星金星1082253.351018地球地球1493653.331018火星火星2286873.361018木星木星77843333.341018土星土星1426107593.331018天王星天王星2869306863.351018海王星海王星4495601883.341018月球月球0.384427.322 1.011013結(jié)結(jié) 論：論：k k值與中心天體有關(guān)，而與環(huán)繞天體無(wú)關(guān)！值與中心天體有關(guān)，而與環(huán)繞天體無(wú)關(guān)！v冥王星不冥王星不再是行星再是行星在捷克首都布拉格舉行的國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)就有關(guān)在捷克首都布

8、拉格舉行的國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)就有關(guān)行星新定義的決議草案進(jìn)行表決。天文學(xué)家在會(huì)上表決行星新定義的決議草案進(jìn)行表決。天文學(xué)家在會(huì)上表決通過(guò)了五號(hào)方案，冥王星降級(jí)了，不再被認(rèn)為是行星通過(guò)了五號(hào)方案，冥王星降級(jí)了，不再被認(rèn)為是行星了！。冥王星被定義為了！。冥王星被定義為“矮行星矮行星”，“矮行星矮行星”不是行不是行星，冥王星與行星地位無(wú)緣。星，冥王星與行星地位無(wú)緣。（2013年年 江蘇江蘇 ） 火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，根據(jù)開(kāi)普勒火星和木星沿各自的橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，根據(jù)開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律可知：行星運(yùn)動(dòng)定律可知： A、太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心、太陽(yáng)位于木星運(yùn)行軌道的中心 B、火星和木星

9、繞太陽(yáng)運(yùn)行速度的大小始終相等、火星和木星繞太陽(yáng)運(yùn)行速度的大小始終相等 C、火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長(zhǎng)、火星與木星公轉(zhuǎn)周期之比的平方等于它們軌道半長(zhǎng) 軸之比的立方軸之比的立方 D、相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積等于木星、相同時(shí)間內(nèi)，火星與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積等于木星 與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積與太陽(yáng)連線掃過(guò)的面積 實(shí)際上行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)很接近圓，實(shí)際上行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)很接近圓，在中學(xué)階段，可近似看成圓來(lái)處理。在中學(xué)階段，可近似看成圓來(lái)處理。 那么，開(kāi)普勒三定律又變成什么樣子那么，開(kāi)普勒三定律又變成什么樣子了呢？了呢？ 開(kāi)三：所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三開(kāi)三：所有行星的橢圓軌道的

10、半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。 開(kāi)二：開(kāi)二：對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的對(duì)任意一個(gè)行星來(lái)說(shuō)，它與太陽(yáng)的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。 開(kāi)一：所有行星繞太陽(yáng)的軌道都是橢開(kāi)一：所有行星繞太陽(yáng)的軌道都是橢圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。圓，太陽(yáng)處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。 行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽(yáng)處在圓心；太陽(yáng)處在圓心；所有行星軌道半徑的三次方跟它的公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。轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。 對(duì)某一行星來(lái)說(shuō)，它繞太陽(yáng)

11、做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)某一行星來(lái)說(shuō)，它繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的 角速度（或線速度大?。┎蛔儯葱行亲鼋撬俣龋ɑ蚓€速度大?。┎蛔?，即行星做 勻速圓周運(yùn)動(dòng)；勻速圓周運(yùn)動(dòng)；表達(dá)式：表達(dá)式：r r3 3T T2 2= k= k1.關(guān)于開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)的公式，以下關(guān)于開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)的公式，以下說(shuō)法正確的是（說(shuō)法正確的是（ ） A. k是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常數(shù)是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常數(shù) B. 不同星球的行星，不同星球的行星，k值可能不同值可能不同 C. T表示行星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)周期表示行星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)周期 D. T表示行星運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期表示行星運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期v2.由于多數(shù)行星的運(yùn)動(dòng)軌跡接近圓，開(kāi)譜由于多數(shù)行星的運(yùn)動(dòng)軌跡接近圓，開(kāi)譜勒

12、行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律在中學(xué)階段可以近似處理，勒行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律在中學(xué)階段可以近似處理，其中包括：其中包括：v A 行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng) v B 太陽(yáng)處于圓周的中心太陽(yáng)處于圓周的中心v C 中的中的R 即為圓周的半徑即為圓周的半徑 v D 所有行星的周期都和地球公轉(zhuǎn)的周期所有行星的周期都和地球公轉(zhuǎn)的周期v 相同相同kTR23v3. 一探空火箭未打中目標(biāo)而進(jìn)入繞太陽(yáng)一探空火箭未打中目標(biāo)而進(jìn)入繞太陽(yáng)的近似圓形軌道運(yùn)行，軌道半徑是地球的近似圓形軌道運(yùn)行，軌道半徑是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)半徑的倍，則探空火箭繞繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)半徑的倍，則探空火箭繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期為太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期為_(kāi)年年v4. 兩顆行星的質(zhì)量分別為兩顆行

13、星的質(zhì)量分別為m1和和m2,，它，它們繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸分別為們繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的半長(zhǎng)軸分別為R1和和R2 , 如果如果m1=2m2 , R1=4R2。求它們的運(yùn)。求它們的運(yùn)行周期之比行周期之比T1:T2。v7.某行星沿橢圓軌道運(yùn)行，遠(yuǎn)日點(diǎn)A離太陽(yáng)距離為a，近日點(diǎn)B離太陽(yáng)距離為b，過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va，則過(guò)近日點(diǎn)時(shí)行星的速率為（ ）vA.vB.vC.vD.vaabvb vabavb vabavb vaabvb OabAABBCv8.月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑約為地球半徑的60倍，運(yùn)動(dòng)周期約為27天，應(yīng)用開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)定律計(jì)算：在赤道平面內(nèi)離地多高時(shí)，人造地球衛(wèi)星隨地球一起運(yùn)動(dòng)，就像停留在天空

14、中不動(dòng)一樣？（R地=6400km）36288kmv9.地球公轉(zhuǎn)軌道接近圓，彗星軌道是非常扁的橢圓。哈雷彗星半長(zhǎng)軸是地球公轉(zhuǎn)半徑的18倍，最近出現(xiàn)的時(shí)間是1986年，請(qǐng)你算出哈雷彗星下次出現(xiàn)的大約年份。2062年v10.下表是土星的衛(wèi)星-土衛(wèi)五和土衛(wèi)六兩顆衛(wèi)星的一些參數(shù)，則兩衛(wèi)星相比較，下列判斷正確的是（ ）vA.土衛(wèi)五的公轉(zhuǎn)周期較小vB.土衛(wèi)六的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度較大vC.土衛(wèi)六的向心加速度小vD.土衛(wèi)五的公轉(zhuǎn)速度較大衛(wèi)星距土星距離/km半徑/km土衛(wèi)五527000765土衛(wèi)六12220002575ACDv直線復(fù)習(xí)題：v1、一質(zhì)點(diǎn)由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a1,經(jīng)時(shí)間t后開(kāi)始做加速度為a

15、2的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過(guò)t時(shí)間恰好回到出發(fā)點(diǎn)，則a1:a2=( )v2、沿平直公路做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的汽車連續(xù)通過(guò)三根線桿，通過(guò)兩相鄰線桿之間所用時(shí)間分別是3s和2s，已知線桿間距為60m，求汽車的加速度和通過(guò)各線桿時(shí)的速度。1:3a=4/s2 v1=14m/s v2=26m/s v3=34m/s 1、神舟六號(hào)沿半徑為、神舟六號(hào)沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為期為T(mén)，如果飛船要返回地面，可在軌道上的某一，如果飛船要返回地面，可在軌道上的某一點(diǎn)點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的特殊橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，橢圓和地球以地心為焦點(diǎn)的特殊橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，橢圓和地球表面在表面在B點(diǎn)相切，如圖所示，如果地球半徑為點(diǎn)相切，如圖所示，如果地球半徑為R，求飛船由求飛船由A點(diǎn)到點(diǎn)到B點(diǎn)所需的時(shí)間。點(diǎn)所需的時(shí)間。RrAB23)1 (82RrTt一、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律、萬(wàn)有引力定律及相關(guān)物理學(xué)史。一、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律、萬(wàn)有引力定律及相關(guān)物理學(xué)史。 3 3、天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探尋、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律、天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探尋、開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律、 萬(wàn)有引力定律萬(wàn)有引力定律 相