行星的运动

第一节行星的运动一、地心说与日心说对天体的运动，历史上有过“地心说”和“日心说”两种对立的认识。发生过激烈的斗争。由于地球的自转，我们在地球上看到天上的星星，感觉上都是绕地球运动，太阳与月亮也一样，这样人们就很容易得出，地球是宇宙的中心，太阳、月亮及所有的星星都是绕地球转动的。这就是地心说。1、地心说1、地心说在古代，以希腊亚里士多德为代表，认为地球是宇宙的中心。其它天体则以地球为中心，在不停地运动。这种观点，就是“地心说”。公元二世纪，天文学家托勒密，把当时天文学知识总结成宇宙的地心体系，发展完善了“地心说”，描绘了一个复杂的天体运动图象。2、日心说随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题。逐渐被波兰天文学家哥白尼(1473-1543)提出的“日心说”所取代。波兰天文学家哥白尼经过近四十年的观测和计算，于1543年出版了“天体运行论”正式提出“日心说”。2、日心说“日心说”对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其它天体和地球截然有别的界限，是一项真正的科学革命。这种学说和宗教的主张是相反的。为宣传和捍卫这个学说，意大利学者布鲁诺被宗教裁判所活活烧死。后人把历史上这桩勇敢的壮举形容为：“哥白尼拦住了太阳，推动了地球。”2、日心说日心说认为：太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳运动。实际上，太阳也不是宇宙的中心，也并非静止，它在以2.46亿年的周期绕银河系中心运动。……二、开普勒行星运动定律1、第谷的观测和记录第谷·布拉赫（1546-1601），丹麦天文学家和占星学家。生于克努兹斯图普（今属瑞典）。第谷受丹麦国王的邀请，在汶岛建造天堡观象台，建造了许多大型精密的天文仪器，经过20年的天文观测，第谷发现了许多新的天文现象，如黄赤交角的变化、月球运行的二均差，并重新测量了岁差数值(每年51”)。第谷对天文学的贡献是不可磨灭的，他所做的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当准确，至今仍然有使用价值。2、开普勒的计算及得出的结论——开普勒三定律开普勒（1571-1630，德国天文学家）在第谷（开普勒的导师）的工作基础上，开普勒经过大量的计算，编制成《鲁道夫星表》，表中列出了1005颗恒星的位置。这个星表比其他星表要精确得多，因此直到十八世纪中叶，《鲁道夫星表》仍然被天文学家和航海家们视为珍宝，它的形式几乎没有改变地保留到今天，他被称为“天上的立法者”。二、开普勒行星运动定律开普勒在研究第谷观测所记录的数据时，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题的，但是所得结果却与第谷的观测数据至少有8’的角度误差。当时公认的第谷的观测误差不超过2’，开普勒想，这不容忽视的8’也许是因为人们认为行星绕太阳做匀速圆周运动造成的。至此，人们长期以来视为真理的观念——天体做匀速圆周运动，第一次受到了怀疑。后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后总结发现行星运动的三条规律：◆开普勒第一定律（轨道定律）所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。行星轨道焦点太阳焦点●二、开普勒行星运动定律◆开普勒第一定律（轨道定律）所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。行星轨道◆开普勒第二定律（面积定律）太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，远日点速率最小。焦点太阳●开普勒自发表了第一、第二定律后，又过了十年，经过更加艰苦的努力，在数字的海洋里提炼出了联系各行星轨道的第三定律。二、开普勒行星运动定律◆开普勒第一定律（轨道定律）所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。◆开普勒第二定律（面积定律）太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，远日点速率最小。◆开普勒第三定律（周期定律）所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与周期的平方成正比。即有:R13：R23=T12：T22注意:k的大小与行星无关，或:R3/T2=k只与太阳有关。短轴长轴二、开普勒行星运动定律在运用开普勒定律时注意：▲定律不仅适用于行星，也适用于卫星。只不过比值R3/T2=k′的大小由行星决定。▲行星轨道都是椭圆，但与圆近似，故计算时可以认为是匀速圆周运动，太阳处在圆周轨道的圆心处。开普勒定律的得出为牛顿发现万有引力定律打下了坚实的基础例1、第一次揭示行星运动规律的科学家是______，他是在________的观测资料的基础上总结出来的。例3、木星绕太阳运动的周期为地球绕太阳周期的12倍，那么，木星绕太阳运动轨道的半长轴是地球绕太阳运动轨道的半长轴的倍。例2、开普勒行星运动三定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动。如果一颗人造地球卫星沿椭圆轨道运动，它在离地球最近的位置（近地点）和最远的位置（远地点），哪点的速度比较大？答：。开普勒第谷.23144或53近地点例4、地球同步通讯卫星需要“静止”在赤道上空的某一点，因此它的运行周期必须与地球自转周期相同。请估算：同步通讯卫星离地心的距离大约是月心离地心距离的几分之一？（提示：月球绕地球公转的周期大约是27天。）答：。19例5、飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某点A处，将速率减小到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示。如果地球半径为R0，求飞船由A点到B点所需的时间。答：。R0地球R()30222ABRRTtR小结：◆开普勒第一定律（轨道定律）所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。◆开普勒第二定律（面积定律）太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，远日点速率最小。◆开普勒第三定律（周期定律）所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与周期的平方成正比。即有:R13/R23=T12/T22注意:k的大小与行星无关，只与太阳有关。或:R3/T2=k行星轨道焦点太阳●短轴长轴太阳