高中物理從托勒密到開普勒知識探討 滬科版 必修2

1、從托勒密到開普勒-知識探討 合作與討論1.地球是宇宙的中心嗎？2.太陽位于宇宙中心嗎？我的思路:1.地球是宇宙的中心嗎？早在公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德就已提出了“地心說”，即認(rèn)為地球位于宇宙的中心.公元140年，古希臘天文學(xué)家托勒密發(fā)表了他的13卷巨著天文學(xué)大成，在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地確立了地心說.根據(jù)這一學(xué)說，地球?yàn)榍蛐?，且居于宇宙中心靜止不動，其他天體都繞著地球轉(zhuǎn)動.這一學(xué)說從直觀上解釋了日月星辰每天東升西落、周而復(fù)始的現(xiàn)象，又符合上帝創(chuàng)造人類、地球必然在宇宙中居有至高無上地位的宗教教義，因而流傳時(shí)間長達(dá)1300余年.地心說早在兩千多年前，古希臘天文學(xué)家阿里斯塔克就已提出了

2、樸素的“日心說”.他指出，太陽位于宇宙中心靜止不動，地球則繞著太陽運(yùn)動，同時(shí)又繞軸自轉(zhuǎn).可惜由于科學(xué)水平的限制，這一天才的思想未能為人們所認(rèn)識.直到中世紀(jì)末，由于用托勒密地心體系推算出來的行星位置與實(shí)際天象的觀測結(jié)果不符，人們才開始懷疑地心說的正確性.1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在他的不朽名著天體運(yùn)行論中系統(tǒng)地提出了日心說.在他闡釋的日心體系中，太陽居于宇宙的中心，地球和其他行星沿著圓形軌道繞太陽運(yùn)行.這樣以來，托勒密地心體系中需要用極為復(fù)雜的運(yùn)動圖象來解釋行星運(yùn)動天象的繁瑣的工作一下子變得十分簡單.后來，德國天文學(xué)家開普勒指出，行星繞太陽運(yùn)動的軌道應(yīng)該是橢圓而不是圓，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)

3、上.這一重大發(fā)現(xiàn)使得觀測結(jié)果完全可以用理論來加以解釋和預(yù)報(bào)，日心說的地位進(jìn)一步得以鞏固.日心說按照日心學(xué)說，就地球上的人來看，天上恒星的位置應(yīng)隨著地球繞太陽運(yùn)動而發(fā)生變化.在哥白尼提出日心說后的近300年中，人們進(jìn)行了大量的觀測，企圖證明這一點(diǎn)，可是始終沒有成功.原來，恒星離地球十分遙遠(yuǎn)，最近的一顆也遠(yuǎn)達(dá)43萬億千米.因此，地球圍繞太陽運(yùn)行造成的這顆恒星的位置變化很小.恒星越遠(yuǎn)，這一變化也越小，當(dāng)時(shí)的觀測儀器是無法探測到的.直到1838年，德國天文學(xué)家白塞爾才首次利用三角方法測出一顆名為天鵝61的恒星的位置變化，并推算出它的距離為11.2光年，從而最終證實(shí)了哥白尼的日心地動學(xué)說.地球的地位從居

4、宇宙之中的特殊天體降為繞太陽運(yùn)動的一顆普通行星.2.太陽位于宇宙中心嗎？1608年，荷蘭人李波爾賽在一次偶然的機(jī)會中發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡.翌年，意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家伽利略在得知這一消息后，立刻親自動手制作了第一架天文望遠(yuǎn)鏡，并不斷加以改進(jìn).伽利略利用他的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了月球表面的環(huán)形山、金星月相、木星的衛(wèi)星、太陽黑子，發(fā)現(xiàn)了茫茫銀河由無數(shù)個(gè)恒星所組成.早在15世紀(jì)中葉，德國大主教尼古拉就已猜測黑夜天穹中的恒星都是一個(gè)個(gè)十分遙遠(yuǎn)的太陽.1584年，意大利人布魯諾明確提出宇宙是無限的，恒星都是遙遠(yuǎn)的太陽，太陽只是無數(shù)個(gè)恒星中的普通一員.1750年，英國天文學(xué)家賴特指出，銀河和所有觀測到的恒星構(gòu)成一個(gè)巨大的

5、扁平狀天體系統(tǒng)，由于太陽連同地球位于這一系統(tǒng)的內(nèi)部，從不同方向觀測才看到了銀河和離散分布的點(diǎn)點(diǎn)繁星.1785年，英籍德國天文學(xué)家威廉赫歇爾利用他自制的當(dāng)時(shí)世界上最大的46 cm望遠(yuǎn)鏡，通過長期的實(shí)際觀測，并經(jīng)過精心的分析研究，建立了第一個(gè)銀河系模型.在這一模型中，太陽仍然位于當(dāng)時(shí)人們所認(rèn)識的宇宙范圍銀河系的中心.由于赫歇爾個(gè)人在當(dāng)時(shí)的威望，這一觀念一直維持了130余年之久.太陽系恒星這一名稱，無論在中國還是在西歐，它的含義都是“恒定不動的星體”.因?yàn)樵诤荛L時(shí)間內(nèi)人們都發(fā)現(xiàn)恒星間相對位置固定不動，故而取了這么個(gè)名字.1718年，英國天文學(xué)家哈雷通過觀測和分析，首次指出恒星不動的概念是錯(cuò)誤的.后來

6、，赫歇爾正確地認(rèn)識到，我們所觀測到的恒星運(yùn)動是由恒星自身的運(yùn)動和太陽的空間運(yùn)動兩部分合成的結(jié)果.1783年，他通過對所觀測到的大量恒星運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)太陽以大約每秒20 km的速度朝著織女星方向運(yùn)動.太陽空間運(yùn)動的發(fā)現(xiàn)徹底動搖了哥白尼日心體系中太陽固定不動的觀念.1917年，美國天文學(xué)家沙普利通過對銀河系內(nèi)天體分布的分析，確認(rèn)太陽并不位于銀河系的中心，而是處于相對來說比較靠近銀河系邊緣的地方，從而糾正了赫歇爾銀河系模型的錯(cuò)誤.這樣，太陽的地位也發(fā)生了變化，從居于銀河系中心的特殊恒星，降為銀河系中一顆毫無特殊地位可言的普通恒星，地球在宇宙中的地位也就更無特殊性可言了.沙普利知識總結(jié)1.開普勒第一定律(軌道定律)：所有行星圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處于所有橢圓的一個(gè)公共焦點(diǎn)上.開普勒第一定律2.開普勒第二定律(面積定律)：對于每一顆行星而言，太陽和行星的連線在相等