必修2@6.1《行星運動》

1、第六章第六章 萬有引力與航天萬有引力與航天太陽系主要成員太陽系主要成員太陽和其八大行星：太陽和其八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星6.1 6.1 行星的運動行星的運動1.地心說的代表人物和主要觀點地心說的代表人物和主要觀點一、關(guān)于天體運動的兩種觀點一、關(guān)于天體運動的兩種觀點2.日心說的代表人物和主要觀點日心說的代表人物和主要觀點3.日心說日心說和日心說爭論的焦點是什么？和日心說爭論的焦點是什么？ 古希臘天文學(xué)家古希臘天文學(xué)家托勒密托勒密 地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心, ,是是靜止不動靜止不動的的, ,一切行星圍繞地

2、球做圓周運動。一切行星圍繞地球做圓周運動。第一種第一種觀點觀點 地心說最初是由古希臘學(xué)者歐多克斯提出，后經(jīng)亞里地心說最初是由古希臘學(xué)者歐多克斯提出，后經(jīng)亞里多德、托勒密進一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。多德、托勒密進一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。 地心說的建立與發(fā)展地心說的建立與發(fā)展 l 托勒密托勒密于公元于公元2 2世紀(jì)，提出了宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說世紀(jì)，提出了宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說“地心說地心說”。l 基本觀點：基本觀點： 1.1.地球是球體。地球是球體。 2.2.地球處于宇宙的中心地球處于宇宙的中心，是靜止不動的，是靜止不動的，從地球向外，依次有從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星月球、

3、水星、金星、太陽、火星、木星和土星, ,再外面是鑲嵌再外面是鑲嵌著所有恒星的天球著所有恒星的天球恒星天。恒星天。 3.3.所有日月星辰都圍繞地球勻速轉(zhuǎn)動。所有日月星辰都圍繞地球勻速轉(zhuǎn)動。l 由于無法解釋由于無法解釋“行星逆行行星逆行”等現(xiàn)象，等現(xiàn)象，托勒密托勒密引入引入“本輪與均本輪與均輪輪”、 “ “偏心點偏心點”和和“偏心等距點偏心等距點”等復(fù)雜概念。等復(fù)雜概念。l 地心說直到地心說直到1616世紀(jì)才被世紀(jì)才被哥白尼哥白尼推翻推翻。 太陽是宇宙的中心太陽是宇宙的中心, ,是是靜止不動靜止不動的的, ,一切行星都圍繞太陽做圓周運動。一切行星都圍繞太陽做圓周運動。波蘭天文學(xué)家波蘭天文學(xué)家哥白尼

4、哥白尼第二種第二種觀點觀點日心說的建立與發(fā)展日心說的建立與發(fā)展 公元前公元前300多年多年，赫拉克里特和阿里斯塔克斯赫拉克里特和阿里斯塔克斯已經(jīng)已經(jīng)提到過太提到過太陽是宇宙的中心，地球圍繞太陽運動。完整的日心說宇宙模型是陽是宇宙的中心，地球圍繞太陽運動。完整的日心說宇宙模型是由波蘭天文學(xué)家哥白尼在由波蘭天文學(xué)家哥白尼在1543年發(fā)表的天體運行論中提出的。年發(fā)表的天體運行論中提出的。 基本觀點：基本觀點：（1）太陽是不動的，而且太陽是不動的，而且在宇宙中心，水星、金星、火在宇宙中心，水星、金星、火星、木星、土星和地球一樣，星、木星、土星和地球一樣，都在圓形軌道上勻速率地繞著都在圓形軌道上勻速率地

5、繞著太陽公轉(zhuǎn)。太陽公轉(zhuǎn)。（2）月球是地球的衛(wèi)星，月球是地球的衛(wèi)星，它在以地球為中心的圓軌道上它在以地球為中心的圓軌道上每月繞地球轉(zhuǎn)一周，并隨地球每月繞地球轉(zhuǎn)一周，并隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)。繞太陽公轉(zhuǎn)。（3）地球每天自轉(zhuǎn)一周，地球每天自轉(zhuǎn)一周，由于地球自轉(zhuǎn)由于地球自轉(zhuǎn)，我們看到了日我們看到了日月星辰每天東升西落的現(xiàn)象。月星辰每天東升西落的現(xiàn)象。對兩種學(xué)說的評價對兩種學(xué)說的評價 這兩種學(xué)說都不完善。因為太陽、地球等天體這兩種學(xué)說都不完善。因為太陽、地球等天體都是運動的，太陽只是太陽系的中心，而不是宇宙都是運動的，太陽只是太陽系的中心，而不是宇宙的中心，鑒于當(dāng)時對自然學(xué)科的認(rèn)識，的中心，鑒于當(dāng)時對自然學(xué)科

6、的認(rèn)識，日心說日心說比地比地心說更先進，更能完美地解釋天體的運動。心說更先進，更能完美地解釋天體的運動。 17世紀(jì)初，世紀(jì)初，伽利略伽利略發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，通過觀察，發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，通過觀察，驗證了地球不是所有天體運動的中心，地心宇宙論驗證了地球不是所有天體運動的中心，地心宇宙論徹底瓦解，至于是什么維持地球運動，直到徹底瓦解，至于是什么維持地球運動，直到伽利略伽利略和和牛頓牛頓提出關(guān)于運動的新觀念后，才得到合理的解提出關(guān)于運動的新觀念后，才得到合理的解釋。釋。第第 谷（丹麥）谷（丹麥）開普勒（德國）開普勒（德國）四年多的刻苦計算二十年的精心觀測二十年的精心觀測8分的誤差 否定否定19 種假設(shè)種假設(shè)行

7、星軌道為橢圓行星軌道為橢圓若是勻速圓若是勻速圓周運動周運動怎么回事呢潛心研究潛心研究二、行星運動規(guī)律二、行星運動規(guī)律 第谷的天文學(xué)觀測第谷的天文學(xué)觀測 哥白尼哥白尼的宇宙體系動搖了基督教宇宙體系的根基，的宇宙體系動搖了基督教宇宙體系的根基，此后此后丹麥丹麥天文學(xué)家天文學(xué)家第谷第谷.布拉赫布拉赫（1546-1601）全身心投入到行星位全身心投入到行星位置的測量中，他的觀測為哥白尼學(xué)說提供了關(guān)鍵性的支持。置的測量中，他的觀測為哥白尼學(xué)說提供了關(guān)鍵性的支持。 德國德國天文學(xué)家天文學(xué)家開普勒開普勒（1571-1630）最初研究）最初研究第谷第谷所記錄所記錄的數(shù)據(jù)時，以行星繞太陽做勻速圓周運動的模型來思

8、考問題，的數(shù)據(jù)時，以行星繞太陽做勻速圓周運動的模型來思考問題，但所得結(jié)果與第谷的觀測數(shù)據(jù)至少有但所得結(jié)果與第谷的觀測數(shù)據(jù)至少有8分的角度誤差分的角度誤差，當(dāng)時公認(rèn)當(dāng)時公認(rèn)的第谷的觀測誤差不超過的第谷的觀測誤差不超過2分分。后來開普勒又仔細(xì)研究了第谷的后來開普勒又仔細(xì)研究了第谷的觀測資料，觀測資料，發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)8分分的角度誤差是的角度誤差是因為因為假設(shè)了假設(shè)了行星繞太陽做勻速行星繞太陽做勻速圓周運動所造成的。經(jīng)過四年多的刻苦計算圓周運動所造成的。經(jīng)過四年多的刻苦計算，他，他先后否定了先后否定了19種設(shè)想，最后終于發(fā)現(xiàn)了天體運行的規(guī)律種設(shè)想，最后終于發(fā)現(xiàn)了天體運行的規(guī)律開普勒三大定律。開普勒三大定律。

9、 開普勒開普勒-揭示行星運動規(guī)律揭示行星運動規(guī)律開普勒開普勒幾何定律幾何定律開普勒第一定律開普勒第一定律開普勒開普勒面積定律面積定律 對任意一個行星對任意一個行星來說來說，它，它與與太陽的太陽的連連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。開普勒第二定律開普勒第二定律開普勒開普勒周期定律周期定律 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它的它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。開普勒第三定律開普勒第三定律開普勒第三定律開普勒第三定律kTa231. a 指橢圓軌道的半長軸，指橢圓軌道的半長軸，T指行星指行星公轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)的的周期周期。

10、2. k 是一個是一個對所有行星都相同的對所有行星都相同的常數(shù)常數(shù)。對于對于繞同一中心天體運動的行星來說，繞同一中心天體運動的行星來說，k的大小的大小與行星無關(guān)，只與中心天體有關(guān)與行星無關(guān)，只與中心天體有關(guān)。a公式表述：公式表述：1.行星繞太陽運動的軌道近似為圓，太陽處于圓心。行星繞太陽運動的軌道近似為圓，太陽處于圓心。2.行星繞太陽做勻速圓周運動行星繞太陽做勻速圓周運動3.所有行星軌道半徑的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期的二所有行星軌道半徑的三次方與它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，即次方的比值都相等，即32rkT例例1.1.有兩個人造地球衛(wèi)星，它們繞地球運轉(zhuǎn)的有兩個人造地球衛(wèi)星，它們繞地球運轉(zhuǎn)的軌道

11、半徑之比是軌道半徑之比是1 1：2 2，則它們繞地球運轉(zhuǎn)的周，則它們繞地球運轉(zhuǎn)的周期之比為期之比為 。例例2.2.關(guān)于行星繞太陽運動的下列說法中正確關(guān)于行星繞太陽運動的下列說法中正確（ ）A.A.所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運動所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運動B.B.行星軌道的半長軸越長，自轉(zhuǎn)周期越大行星軌道的半長軸越長，自轉(zhuǎn)周期越大 C.C.行星軌道的半長軸越長，公轉(zhuǎn)周期越大行星軌道的半長軸越長，公轉(zhuǎn)周期越大D.D.水星離太陽水星離太陽“最近最近”，公轉(zhuǎn)周期最短，公轉(zhuǎn)周期最短1、【解】： 設(shè)兩人造地球衛(wèi)星的軌道半徑分別為設(shè)兩人造地球衛(wèi)星的軌道半徑分別為r1、r2，周期，周期分別為分別

12、為T1、T2，且，且r1 ：r2 1 ：2，則根據(jù)開普勒第，則根據(jù)開普勒第三定律三定律所以所以31133221122 2TrTr2、C D例例3.飛船沿半徑飛船沿半徑r的圓周繞地球運動，其周期為的圓周繞地球運動，其周期為T，如果飛船要返回地面，可在軌道上某一點如果飛船要返回地面，可在軌道上某一點B處，將處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點的橢圓軌道運動，橢圓和地球表面在點的橢圓軌道運動，橢圓和地球表面在A點相切，點相切，如圖所示，已知地球半徑為如圖所示，已知地球半徑為R。求：。求：（1）比較飛船沿橢圓軌道運動時經(jīng)過）比較飛船沿橢圓軌道運動時經(jīng)過A、B兩點的兩點的線速度大小。線速度大小。（2）求飛船由）求飛船由A點到點到B所需要的時間所需要的時間RrRrA