人类对行星运动规律的探索与认识

1、第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第第1 1节节 人类对行星运动规律人类对行星运动规律 的探索与认识的探索与认识第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天第第1 1节节 人类对行星运动规律人类对行星运动规律 的探索与认识的探索与认识人类走过的弯路：地心说人类走过的弯路：地心说同志们好，我同志们好，我是托勒密。我是托勒密。我认为地球是不认为地球是不动的！地球是动的！地球是宇宙的中心！宇宙的中心！所有的那些星所有的那些星球，如太阳、球，如太阳、月亮、火星、月亮、火星、金星等都在围金星等都在围着地球旋转！着地球旋转！日心说的提出日心说的提出同志们好，我是同志们好，我是哥白尼。我不同哥白尼。我

2、不同意托勒密前辈的意托勒密前辈的观点。宇宙的中观点。宇宙的中心应该是太阳，心应该是太阳，那些星球，如地那些星球，如地球、火星、金星、球、火星、金星、木星等都在围着木星等都在围着太阳旋转！并且太阳旋转！并且是匀速圆周运动是匀速圆周运动奥！奥！为了真理牺牲自己在所不惜！为了真理牺牲自己在所不惜！同志们好，我是同志们好，我是布鲁诺。布鲁诺。 我坚信我坚信“日心说日心说”的理的理论是正确的！哥论是正确的！哥白尼提出日心说，白尼提出日心说，但他不敢大胆的但他不敢大胆的明说，我偏要向明说，我偏要向世界宣战世界宣战“我支我支持日心说！持日心说！”让大火来的更猛让大火来的更猛烈些吧！为了真烈些吧！为了真理，死

3、了我一个理，死了我一个还有后来人！还有后来人！对日心说的支持对日心说的支持同志们好，我是同志们好，我是伽利略。我发明伽利略。我发明了了“天文望远天文望远镜镜”，并把它用，并把它用于天文观测中！于天文观测中！所以，在人类认所以，在人类认识宇宙的过程中识宇宙的过程中,我也功不可没奥！我也功不可没奥！对日心说的支持对日心说的支持同志们好，我是第谷。你们是不是首先看到了同志们好，我是第谷。你们是不是首先看到了我漂亮的胡子？我漂亮的胡子？他们称我为他们称我为“天才观测家天才观测家”，在我的有生之年，在我的有生之年，我把全身心都投入到行星位置的观测中，之前我把全身心都投入到行星位置的观测中，之前人们对天体

4、位置的观测误差在人们对天体位置的观测误差在100，我把误差缩，我把误差缩小到小到20，可是，可是，可是，可是，可是，可是我的数学没有真正的学好，所以，空有大把大把的观测数据，我的数学没有真正的学好，所以，空有大把大把的观测数据，我无法从中找到规律，呜呜呜呜我无法从中找到规律，呜呜呜呜于是，我在临终之际，把我毕生的心血，所有的观测数据给于是，我在临终之际，把我毕生的心血，所有的观测数据给了我的学生开普勒，这孩子数学非常好！了我的学生开普勒，这孩子数学非常好！“开普勒行星运动三定律开普勒行星运动三定律”出世出世开普勒开普勒同志们好，我是同志们好，我是开普勒。他们说开普勒。他们说我是我是“天才数学天

5、才数学家家”， 感谢我的感谢我的老师第谷的无私老师第谷的无私奉献。通过对第奉献。通过对第谷的观测数据的谷的观测数据的研究，我找到了研究，我找到了行星运动的规律。行星运动的规律。我发现，哥白尼我发现，哥白尼的日心说是正确的日心说是正确的，但是行星绕的，但是行星绕太阳的运行轨迹太阳的运行轨迹好像不是标准的好像不是标准的匀速圆周运动，匀速圆周运动，而是椭圆运动，而是椭圆运动，而且运动速率也而且运动速率也不是定值。具体不是定值。具体情况，你们去看情况，你们去看我发表的我发表的“开普开普勒行星运动定律勒行星运动定律”吧！吧！ 所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个

6、焦点上。太阳处在椭圆的一个焦点上。焦点焦点太阳太阳焦点焦点开普勒第一定律（开一）：开普勒第一定律（开一）： 对任意一个行星来说，它与太阳的对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。连线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第二定律（开二）：开普勒第二定律（开二）： 所有行星的椭圆轨道的半长轴的三所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。值都相等。表达式：表达式：a a3 3T T2 2= k= k半长轴半长轴行星绕太阳公转行星绕太阳公转的周期的周期开普勒第三定律（开三）：开普勒第三定律（开三）：行星行星半长轴半长轴(

7、x106km) 公转周期公转周期(天天)K值值水星水星5787.973.361018金星金星1082253.351018地球地球1493653.331018火星火星2286873.361018木星木星77843333.341018土星土星1426107593.331018天王星天王星2869306863.351018海王星海王星4495601883.341018月球月球0.384427.322 1.011013结结 论：论：k k值与中心天体有关，而与环绕天体无关！值与中心天体有关，而与环绕天体无关！v冥王星不冥王星不再是行星再是行星在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合会大会就有关在捷克首都布

8、拉格举行的国际天文学联合会大会就有关行星新定义的决议草案进行表决。天文学家在会上表决行星新定义的决议草案进行表决。天文学家在会上表决通过了五号方案，冥王星降级了，不再被认为是行星通过了五号方案，冥王星降级了，不再被认为是行星了！。冥王星被定义为了！。冥王星被定义为“矮行星矮行星”，“矮行星矮行星”不是行不是行星，冥王星与行星地位无缘。星，冥王星与行星地位无缘。（2013年年 江苏江苏 ） 火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知：行星运动定律可知： A、太阳位于木星运行轨道的中心、太阳位于木星运行轨道的中心 B、火星和木星

9、绕太阳运行速度的大小始终相等、火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C、火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长、火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长 轴之比的立方轴之比的立方 D、相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星、相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星 与太阳连线扫过的面积与太阳连线扫过的面积 实际上行星绕太阳的运动很接近圆，实际上行星绕太阳的运动很接近圆，在中学阶段，可近似看成圆来处理。在中学阶段，可近似看成圆来处理。 那么，开普勒三定律又变成什么样子那么，开普勒三定律又变成什么样子了呢？了呢？ 开三：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三开三：所有行星的椭圆轨道的

10、半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。 开二：开二：对任意一个行星来说，它与太阳的对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。连线在相等的时间内扫过相等的面积。 开一：所有行星绕太阳的轨道都是椭开一：所有行星绕太阳的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；太阳处在圆心；所有行星轨道半径的三次方跟它的公所有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。转周期的二次方的比值都相等。 对某一行星来说，它绕太阳

11、做圆周运动的对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的 角速度（或线速度大小）不变，即行星做角速度（或线速度大小）不变，即行星做 匀速圆周运动；匀速圆周运动；表达式：表达式：r r3 3T T2 2= k= k1.关于开普勒行星运动的公式，以下关于开普勒行星运动的公式，以下说法正确的是（说法正确的是（ ） A. k是一个与行星无关的常数是一个与行星无关的常数 B. 不同星球的行星，不同星球的行星，k值可能不同值可能不同 C. T表示行星运动的自转周期表示行星运动的自转周期 D. T表示行星运动的公转周期表示行星运动的公转周期v2.由于多数行星的运动轨迹接近圆，开谱由于多数行星的运动轨迹接近圆，开谱勒

12、行星运动规律在中学阶段可以近似处理，勒行星运动规律在中学阶段可以近似处理，其中包括：其中包括：v A 行星做匀速圆周运动行星做匀速圆周运动 v B 太阳处于圆周的中心太阳处于圆周的中心v C 中的中的R 即为圆周的半径即为圆周的半径 v D 所有行星的周期都和地球公转的周期所有行星的周期都和地球公转的周期v 相同相同kTR23v3. 一探空火箭未打中目标而进入绕太阳一探空火箭未打中目标而进入绕太阳的近似圆形轨道运行，轨道半径是地球的近似圆形轨道运行，轨道半径是地球绕太阳公转半径的倍，则探空火箭绕绕太阳公转半径的倍，则探空火箭绕太阳公转周期为太阳公转周期为_年年v4. 两颗行星的质量分别为两颗行

13、星的质量分别为m1和和m2,，它，它们绕太阳运转轨道的半长轴分别为们绕太阳运转轨道的半长轴分别为R1和和R2 , 如果如果m1=2m2 , R1=4R2。求它们的运。求它们的运行周期之比行周期之比T1:T2。v7.某行星沿椭圆轨道运行，远日点A离太阳距离为a，近日点B离太阳距离为b，过远日点时行星的速率为va，则过近日点时行星的速率为（ ）vA.vB.vC.vD.vaabvb vabavb vabavb vaabvb OabAABBCv8.月球绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运动周期约为27天，应用开普勒运动定律计算：在赤道平面内离地多高时，人造地球卫星随地球一起运动，就像停留在天空

14、中不动一样？（R地=6400km）36288kmv9.地球公转轨道接近圆，彗星轨道是非常扁的椭圆。哈雷彗星半长轴是地球公转半径的18倍，最近出现的时间是1986年，请你算出哈雷彗星下次出现的大约年份。2062年v10.下表是土星的卫星-土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数，则两卫星相比较，下列判断正确的是（ ）vA.土卫五的公转周期较小vB.土卫六的转动角速度较大vC.土卫六的向心加速度小vD.土卫五的公转速度较大卫星距土星距离/km半径/km土卫五527000765土卫六12220002575ACDv直线复习题：v1、一质点由静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为a1,经时间t后开始做加速度为a

15、2的匀减速直线运动，再经过t时间恰好回到出发点，则a1:a2=( )v2、沿平直公路做匀加速直线运动的汽车连续通过三根线杆，通过两相邻线杆之间所用时间分别是3s和2s，已知线杆间距为60m，求汽车的加速度和通过各线杆时的速度。1:3a=4/s2 v1=14m/s v2=26m/s v3=34m/s 1、神舟六号沿半径为、神舟六号沿半径为R的圆周绕地球运动，其周的圆周绕地球运动，其周期为期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在表面在B点相切，如图所示，如果地球半径为点相切，如图所示，如果地球半径为R，求飞船由求飞船由A点到点到B点所需的时间。点所需的时间。RrAB23)1 (82RrTt一、开普勒行星运动三定律、万有引力定律及相关物理学史。一、开普勒行星运动三定律、万有引力定律及相关物理学史。 3 3、天体运动规律的探寻、开普勒行星运动定律、天体运动规律的探寻、开普勒行星运动定律、 万有引力定律万有引力定律 相