行星的運(yùn)動 【 備課精講精研 】高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

第七章第1節(jié)

行星的運(yùn)動不知天上宮闕，今夕是何年。人們仰望星空，遐想無限。天體的運(yùn)行有沒有可循的規(guī)律呢？一、人類對行星運(yùn)動的認(rèn)識1.托勒密的“地心說”①內(nèi)容②逆行解釋③統(tǒng)治原因2.哥白尼的“日心說”①內(nèi)容②提出的原因③科學(xué)精神3.第谷和開普勒的工作代表人物：托勒密地球是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動。地心說托勒密與地心說隨著人們對天體運(yùn)動的不斷研究，發(fā)現(xiàn)“地心說”所描述的天體的運(yùn)動不僅復(fù)雜而且問題很多。如果把地球從天體運(yùn)動的中心位置移到一個普通的、繞太陽運(yùn)動的行星的位置，換一個角度來考慮天體的運(yùn)動，許多問題都可以解決，行星運(yùn)動的描述也變得簡單了。地心說的不足代表人物：哥白尼太陽是宇宙的中心,并且靜止不動,一切行星都圍繞太陽運(yùn)動。日心說哥白尼與日心說“日心說”相對“地心說”能更完美地解釋天體的運(yùn)動，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。其后，許多天文學(xué)家對天體運(yùn)動進(jìn)行不斷的探索、完善，建立了最初的天體運(yùn)動理論。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷進(jìn)行的。哥白尼之后，第谷連續(xù)20年對行星的位置進(jìn)行了較仔細(xì)的測量，大大提高了測量的精確程度。在第谷之前，人們測量天體位置的誤差大約是10ˊ，第谷把這個不確定性減小到2ˊ。得出行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的模型。第谷（1546-1601）觀測大師——第谷“日心說”最終戰(zhàn)勝“地心說”的科學(xué)功臣。問題與思考古人都把天體的運(yùn)動看的很神圣，認(rèn)為天體的運(yùn)動必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動。行星的運(yùn)動果真如此嗎？德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師第谷的全部觀測資料及數(shù)據(jù)，他得到的結(jié)果與第谷的觀察數(shù)據(jù)相差8ˊ，而當(dāng)時第谷公認(rèn)的誤差為2ˊ。開普勒經(jīng)過20年的研究和四年多的刻苦計(jì)算，先后否定了19種設(shè)想，最后終于計(jì)算出行星繞太陽運(yùn)動的軌跡為橢圓，并總結(jié)為行星運(yùn)動三大定律。時代天才——開普勒

所有的行星圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點(diǎn)上。

說明：1.太陽并不是位于橢圓中心，而是位于焦點(diǎn)處。2.不同行星軌道不同，所有軌道的焦點(diǎn)重合。開普勒第一定律01開普勒第一定律也常說成軌道定律橢圓上某點(diǎn)到兩個焦點(diǎn)的距離之和與橢圓上另一點(diǎn)到兩焦點(diǎn)的距離之和有什么關(guān)系?拓展：把細(xì)繩的兩端合在一起（即兩個焦點(diǎn)合并成一個點(diǎn)），再用鉛筆把細(xì)繩拉緊，在板上畫出的圖形是什么？做一做：繪制橢圓02

對于任意一個行星而言，它和太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。說明：行星在近日點(diǎn)速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速率。開普勒第二定律02開普勒第二定律也常說成面積定律春夏兩季（186天）比秋冬兩季（179天）要長。你認(rèn)為春夏兩季的時間長還是秋冬兩季的時間長？學(xué)以致用

所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比都相等。猜想：a3/T2=k，你能猜出k可能跟誰有關(guān)嗎?行星？太陽？開普勒第三定律開普勒第三定律也常說成周期定律行星/衛(wèi)星半長軸（106km）周期（天）k（m3/s2）水星5787.97金星108225地球149365火星228687木星7784333土星142610759天王星287030660海王星449860148月球0.384427.3同步衛(wèi)星0.042413.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.36×10183.37×10183.37×10181.03×10131.03×1013結(jié)論：開普勒第三定律也適用于太陽系以外的其他環(huán)繞系統(tǒng)，不同的環(huán)繞系統(tǒng)，k值不同。k值與環(huán)繞天體無關(guān)，由中心天體決定。數(shù)據(jù)與規(guī)律實(shí)際上，行星的軌道與圓十分接近（圖7.1-3），在中學(xué)階段的研究中我們可按圓軌道處理。行星運(yùn)動的近似處理方法行星繞太陽運(yùn)動的軌道近似為圓，太陽處于圓心。行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動。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，即行星運(yùn)動的近似處理方法

哥白尼勇于挑戰(zhàn)權(quán)威、布魯諾為捍衛(wèi)真理走上火刑架、第谷堅(jiān)持觀測20多年、伽利略被終身監(jiān)禁而矢志不移、開普勒貧病交加而最終死在討薪的路上......但科學(xué)家們