《行星的运动》PPT课件

一 行星的运动 太阳系主要成员 太阳和其八大行星 水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 美丽的家园 地球 木星 壮观的太阳日冕 我们的银河系 我国自行开发研究并成功飞行的载人飞船 神州号 我国宇航员乘着飞船遨游太空 航天飞机发射瞬间 让我们开始学习 探索天体运行的奥秘吧 一 行星的运动 首先 我们来了解对太阳 行星运动的认识过程 地心说 和 日心说 的发展过程 在古代 人们对于天体的运动存在着地心说和日心说两种对立的看法 1 内容 认为地球是静止不动的 地球是宇宙的中心 太阳和月亮以及其他行星绕地球转动 3 地心说为什么统治了人们很长时间 符合人们的日常经验 也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法 2 代表人物 托勒密 1 地心说 4 托勒密的 地心说 模型存在的问题 对行星的运动很难得出完满的解答 所描述的行星运动也很复杂 随着人们对天体运动的不断研究 发现 地心说 所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多 如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的 绕太阳运动的行星的位置 换一个角度来考虑天体的运动 许多问题都可以解决 行星运动的描述也变得简单了 随着世界航海事业的发展 人们希望借助星星的位置为船队导航 因而对行星的运动观测越来越精确 科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据 用托勒密的 地心说 模型很难得出完美的解答 3 内容 2 日心说 4 代表人物 哥白尼 1 日心说提出的背景 在当时 哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台 而是一个球体 2 哥白尼的推测 是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周 他假设地球并不是宇宙的中心 太阳是静止不动的 地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动 5 哥白尼日心说的进步 行星运动的描述简单了 地心说遇到的问题解决了 6 哥白尼日心说为什么在发表一个世纪中完全被人们所忽视 1 在他的著作中 日心说 只是一个 假设 2 当时的欧洲正处于基督教改革与反改革的骚乱中 3 在哥白尼的著作中有一些很不精确的数据 根据这些数据得出的计算结果不能很好地与行星位置的观测结果相符合 以上两种观点正确吗 1 丹麦天文学家第谷的探索 在哥白尼之后 第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量 大大提高了测量的精确程度 在第谷之前 人们测量天体位置的误差大约是10 第谷把这个不确定性减小到2 得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型 其后 许多天文学家对天体运动进行不断的探索 完善 建立了最初的天体运动理论 二 天文学家对天体运动进一步的研究 2 德国物理学家开普勒的研究 总结了他的导师第谷的全部观测资料 在他最初研究时 他得到的结果与第谷的观察数据相差8 而当时第谷公认的误差位2 开普勒想 这8 可能就是认为行星绕太阳匀速圆周运动造成的 后来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算 通过计算这一怀疑使他发现了行星运动三大定律 1 开普勒第一定律 轨道定律 所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆 太阳处在椭圆的一个焦点上 三 开普勒行星运动定律 开普勒第一定律 解决了行星动行的轨道问题 得出了行星运动的轨道不是圆 行星与太阳的距离不断的变化 有时远离太阳 有时靠近太阳 所以行星的运动就不是哥白尼在 日心说 中所提出的行星的运动是圆周运动 可以推证 当行星离太阳比较近时 运动速度比较快 而离太阳比较远时速度比较慢 这也就是在地理中所提到的 在近日点速度大于远日点速度 注意 1 太阳并不是位于椭圆中心 而是位于焦点处 2 不同行星轨道不同 但所有轨道的焦点重合 2 开普勒第二定律 面积定律 对于每一个行星而言 太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积 3 开普勒第三定律 周期定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等 注意 比值k是一个与行星本身无关的物理 行星绕太阳运动都符合 对于地球和木星 就有 典例4 地球绕太阳运行的轨道半长轴为1 50 1011m 周期为365天 月球绕地球运行的轨道半长轴为3 82 108m 周期为27 3天 则对于绕太阳运行的行星 R3 T2的值为m3 s2 对于绕地球运动的物体 R3 T2值为m3 s2 典例5 宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动 若轨道半径是地球轨道半径的9倍 则宇宙飞船绕太阳运行的周期是 A 3年B 9年C 27年D 81年 对于同一个行星的不同卫星 它们也符合运动规律 月球人造卫星以及其他行星的卫星不是绕太阳运动 它们和行星的运动比较 就有 典例6 把月球及绕地球的同步卫星看作绕地球做匀速圆周运动 试计算一下月球与同步卫星到地球球心的距离比 典例7 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 可在轨道上的某一点A处 将速率降低到适当数值 从而使飞船沿以地心为焦点的椭圆轨道运动 椭圆和地球表面在B处相切 如图 如果地球半径为R0 则飞船由A点到B点所需要的时间是多少 4 意义 开普勒关于行星运动的描述为万有引力定律的发现奠定了基础 虽然 行星的运动是椭圆轨道 运动速度大小不断的变化 但实际上 多数大行星的轨道与圆十分接近 所以在中学阶段的研究中能够按圆处理 所以 多数大行星绕太阳运动的轨道十分接近圆 太阳处在圆心 对某一行星来说 它绕太阳做圆周运动的角速度 线速度 大小不变 即行星做匀速圆周运动 所以行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 总体来说 就是变速椭圆运动作为匀速