行星的運動-太陽與行星的引力6.1-6.2(上課用)

1、第第1節(jié)節(jié) 行星的運動行星的運動第第2節(jié)節(jié) 太陽與行星間的引力太陽與行星間的引力華士高級中學高一備課組華士高級中學高一備課組閱讀與思考閱讀與思考v1.古代人們對天體運動存在那些觀點及它們的古代人們對天體運動存在那些觀點及它們的發(fā)展過程是怎樣的？發(fā)展過程是怎樣的？v2.什么是什么是“地心說地心說”，什么是，什么是“日心說日心說”？v3.哪種學說占統(tǒng)治的時間較長？哪種學說占統(tǒng)治的時間較長？v4.兩種學說爭論的結果是什么？兩種學說爭論的結果是什么？ 托托 勒勒 密密 地球地球是宇宙的中心是宇宙的中心, ,是靜止不動的，是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都圍繞地球做太陽、月亮以及其他行星都圍繞地球做

2、勻速圓周運動。勻速圓周運動。一、行星的運動一、行星的運動 太陽太陽是宇宙的中心是宇宙的中心, ,并且靜止不動并且靜止不動, ,一一切行星都圍繞太陽做勻速圓周運動。切行星都圍繞太陽做勻速圓周運動。哥白尼哥白尼一、行星的運動一、行星的運動地心說：地心說： 地球地球是宇宙的中心是宇宙的中心, ,是靜是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都止不動的，太陽、月亮以及其他行星都圍繞地球做勻速圓周運動。圍繞地球做勻速圓周運動。日心說：日心說：太陽太陽是宇宙的中心是宇宙的中心, ,并且并且靜止不動靜止不動, ,一切行星都圍繞太陽做勻速圓一切行星都圍繞太陽做勻速圓周運動。周運動。無論是何種學說，古人把天體的運動看

3、無論是何種學說，古人把天體的運動看的很神圣，認為天體的運動是最完美、最和諧的很神圣，認為天體的運動是最完美、最和諧的勻速圓周運動。的勻速圓周運動。代表人物代表人物：托勒密：托勒密代表人物代表人物：哥白尼年年 份份春春 分分夏夏 至至秋秋 分分冬冬 至至2008 3月20日6月21日9月22日 12月22日2009 3月20日6月21日9月23日 12月22日2010 3月21日6月21日9月23日 12月22日表一：各年四節(jié)氣具體日期統(tǒng)計表分析數據，你得到了什么？春天：92天 夏天：94天 秋天：84天 冬天：90天 四季的時間是不相等的 地球繞太陽的運動并不是完美的勻速圓周運動1 1、日心說

4、的進一步完善、日心說的進一步完善(1)天才觀察者天才觀察者： 第谷第谷布拉赫布拉赫二、科學的足跡 把把天體位置天體位置測量的誤差由測量的誤差由10/ 減少到減少到2/第 谷（丹麥） (2) 開普勒：開普勒： 天空的立法者天空的立法者開普勒行星運動定律開普勒行星運動定律二、科學的足跡開普勒（德國）開普勒開普勒開普勒第一定開普勒第一定律律 所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓橢圓，太陽處在所有橢圓的，太陽處在所有橢圓的一個焦點一個焦點上上開普勒行星運動定律開普勒行星運動定律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，

5、太陽和行星的連線在連線在相等的時間相等的時間內掃過內掃過相等的面積相等的面積開普勒行星運動定律開普勒行星運動定律v 仔細觀察地球繞太陽轉動模型圖，你得了到什么？快慢近日點運行快 ，遠日點運行慢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所有行星的軌道的半長軸半長軸的三次方的三次方跟跟公轉周期公轉周期的二次方的比值（的二次方的比值（k）都相等。都相等。開普勒行星運動定律開普勒行星運動定律行星行星/衛(wèi)星衛(wèi)星半長軸（半長軸（km）周期（天）周期（天）K（m/s）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星28703066

6、0海王星449860148月球0.384427.3同步衛(wèi)星0.042413.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3710183.3710181.0310131.031013動手算一算動手計算后，你得到了什么？所有行星的半長軸的三次方與周期的平方的比值都相等，月球、衛(wèi)星的比值也相等K值與環(huán)繞天體無關，與中心天體有關v在中學階段，我們將橢圓軌道按照圓形軌道處理，則開普勒定律描述為：1.1.行星繞太陽運動的軌道十行星繞太陽運動的軌道十分接近分接近圓圓，太陽處在，太陽處在圓心圓心1.1.所有的行星圍繞太陽運動所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是的

7、軌道都是橢圓橢圓，太陽處在，太陽處在所有橢圓的一個所有橢圓的一個焦點焦點上上2. 2. 對于每一個行星而言，太對于每一個行星而言，太陽和行星的連線在陽和行星的連線在相等的時相等的時間間內掃過內掃過相等的面積相等的面積3 3. .所有行星的軌道的所有行星的軌道的半長軸半長軸的三次方跟公轉的三次方跟公轉周期周期的二次的二次方的比值都相等方的比值都相等2.2.對于某一行星來說，它繞對于某一行星來說，它繞太陽做圓周運動的角太陽做圓周運動的角速度速度（或（或線速度線速度）不變，即行星）不變，即行星做做勻速圓周運動勻速圓周運動3.3.所有行星的軌道的所有行星的軌道的半徑半徑的的三次方跟公轉周期的二次方三次

8、方跟公轉周期的二次方的比值都相等的比值都相等 即即r r/T/T=k=k思考：思考：行星為什么這樣運動行星為什么這樣運動?第第2 2節(jié)節(jié) 太陽與行星間的引力太陽與行星間的引力一、一、行星為什么這樣運動行星為什么這樣運動?行星為什么這樣運動行星為什么這樣運動?行星為什么這樣運動行星為什么這樣運動?行星為什么這樣運動行星為什么這樣運動?思考：哪種觀點你認為肯定錯誤？思考：哪種觀點你認為肯定錯誤？（1 1）圓周運動是完美的，）圓周運動是完美的，無需什么動因無需什么動因。（2 2）伽利略認為：一切物體都有）伽利略認為：一切物體都有合并的趨勢合并的趨勢，這種趨勢導致物體作圓周運動。，這種趨勢導致物體作圓

9、周運動。（3 3）開普勒認為：行星一定是受到了來自太）開普勒認為：行星一定是受到了來自太陽的類似陽的類似磁力磁力的作用。的作用。（4 4）笛卡爾：行星的運動是因為在行星周圍）笛卡爾：行星的運動是因為在行星周圍有旋轉的物質有旋轉的物質以太作用以太作用在行星上。在行星上。（5 5）牛頓、胡克、哈雷認為：行星繞太陽運）牛頓、胡克、哈雷認為：行星繞太陽運動是因為受到了太陽對它的動是因為受到了太陽對它的引力引力的作用。的作用。二、太陽對行星的引力（1）猜想：）猜想：太陽對行星的引力太陽對行星的引力F應該與應該與行星到太陽的距離行星到太陽的距離r有關，許多經驗使有關，許多經驗使人很容易想到這一點。那么人很

10、容易想到這一點。那么F與與r的定量的定量關系是什么？關系是什么？（2）簡化模型：）簡化模型：行星軌道按照行星軌道按照“圓圓”來來處理；處理；2mFr行星和太陽之間的引力跟行星的質量成正行星和太陽之間的引力跟行星的質量成正比，跟行星到太陽的距離的二次方成反比比，跟行星到太陽的距離的二次方成反比圓周運動的周期圓周運動的周期T和速度和速度v的關系的關系 Trv22322224vr mFmrT r所以所以：由開普勒第三定律可知，是個常量，則得出結論：由開普勒第三定律可知，是個常量，則得出結論： 23Tr224mFkr2mFr（4 4）對稱：）對稱：根據牛頓第三定律，行星與太陽間的根據牛頓第三定律，行星與太陽間的吸引力是相互作用的，是大小相等、性質相同吸引力是相互作用的，是大小相等、性質相同的力（一對作用力、反作用力）的力（一對作用力、反作用力） 牛頓認為，行星對太陽的引力大小也存在與上牛頓認為，行星對太陽的引力大小也存在與上述關系對稱的結果，即和太陽的質量成正比述關系對稱的結果，即和太陽的質量成正比 若用若用M表示太陽的質量，則有：表示太陽的質量，則有： 2MFr寫成等式有：2rMmGF G是一個常量，