必修2@6.1《行星运动》

1、第六章第六章 万有引力与航天万有引力与航天太阳系主要成员太阳系主要成员太阳和其八大行星：太阳和其八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星6.1 6.1 行星的运动行星的运动1.地心说的代表人物和主要观点地心说的代表人物和主要观点一、关于天体运动的两种观点一、关于天体运动的两种观点2.日心说的代表人物和主要观点日心说的代表人物和主要观点3.日心说日心说和日心说争论的焦点是什么？和日心说争论的焦点是什么？ 古希腊天文学家古希腊天文学家托勒密托勒密 地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心, ,是是静止不动静止不动的的, ,一切行星围绕地

2、球做圆周运动。一切行星围绕地球做圆周运动。第一种第一种观点观点 地心说最初是由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里地心说最初是由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。 地心说的建立与发展地心说的建立与发展 l 托勒密托勒密于公元于公元2 2世纪，提出了宇宙结构学说世纪，提出了宇宙结构学说“地心说地心说”。l 基本观点：基本观点： 1.1.地球是球体。地球是球体。 2.2.地球处于宇宙的中心地球处于宇宙的中心，是静止不动的，是静止不动的，从地球向外，依次有从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星月球、

3、水星、金星、太阳、火星、木星和土星, ,再外面是镶嵌再外面是镶嵌着所有恒星的天球着所有恒星的天球恒星天。恒星天。 3.3.所有日月星辰都围绕地球匀速转动。所有日月星辰都围绕地球匀速转动。l 由于无法解释由于无法解释“行星逆行行星逆行”等现象，等现象，托勒密托勒密引入引入“本轮与均本轮与均轮轮”、 “ “偏心点偏心点”和和“偏心等距点偏心等距点”等复杂概念。等复杂概念。l 地心说直到地心说直到1616世纪才被世纪才被哥白尼哥白尼推翻推翻。 太阳是宇宙的中心太阳是宇宙的中心, ,是是静止不动静止不动的的, ,一切行星都围绕太阳做圆周运动。一切行星都围绕太阳做圆周运动。波兰天文学家波兰天文学家哥白尼

4、哥白尼第二种第二种观点观点日心说的建立与发展日心说的建立与发展 公元前公元前300多年多年，赫拉克里特和阿里斯塔克斯赫拉克里特和阿里斯塔克斯已经已经提到过太提到过太阳是宇宙的中心，地球围绕太阳运动。完整的日心说宇宙模型是阳是宇宙的中心，地球围绕太阳运动。完整的日心说宇宙模型是由波兰天文学家哥白尼在由波兰天文学家哥白尼在1543年发表的天体运行论中提出的。年发表的天体运行论中提出的。 基本观点：基本观点：（1）太阳是不动的，而且太阳是不动的，而且在宇宙中心，水星、金星、火在宇宙中心，水星、金星、火星、木星、土星和地球一样，星、木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上匀速率地绕着都在圆形轨道上匀速率地

5、绕着太阳公转。太阳公转。（2）月球是地球的卫星，月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周，并随地球每月绕地球转一周，并随地球绕太阳公转。绕太阳公转。（3）地球每天自转一周，地球每天自转一周，由于地球自转由于地球自转，我们看到了日我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。月星辰每天东升西落的现象。对两种学说的评价对两种学说的评价 这两种学说都不完善。因为太阳、地球等天体这两种学说都不完善。因为太阳、地球等天体都是运动的，太阳只是太阳系的中心，而不是宇宙都是运动的，太阳只是太阳系的中心，而不是宇宙的中心，鉴于当时对自然学科的认识，的中心，鉴于当时对自然学科

6、的认识，日心说日心说比地比地心说更先进，更能完美地解释天体的运动。心说更先进，更能完美地解释天体的运动。 17世纪初，世纪初，伽利略伽利略发明了望远镜，通过观察，发明了望远镜，通过观察，验证了地球不是所有天体运动的中心，地心宇宙论验证了地球不是所有天体运动的中心，地心宇宙论彻底瓦解，至于是什么维持地球运动，直到彻底瓦解，至于是什么维持地球运动，直到伽利略伽利略和和牛顿牛顿提出关于运动的新观念后，才得到合理的解提出关于运动的新观念后，才得到合理的解释。释。第第 谷（丹麦）谷（丹麦）开普勒（德国）开普勒（德国）四年多的刻苦计算二十年的精心观测二十年的精心观测8分的误差 否定否定19 种假设种假设行

7、星轨道为椭圆行星轨道为椭圆若是匀速圆若是匀速圆周运动周运动怎么回事呢潜心研究潜心研究二、行星运动规律二、行星运动规律 第谷的天文学观测第谷的天文学观测 哥白尼哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，此后此后丹麦丹麦天文学家天文学家第谷第谷.布拉赫布拉赫（1546-1601）全身心投入到行星位全身心投入到行星位置的测量中，他的观测为哥白尼学说提供了关键性的支持。置的测量中，他的观测为哥白尼学说提供了关键性的支持。 德国德国天文学家天文学家开普勒开普勒（1571-1630）最初研究）最初研究第谷第谷所记录所记录的数据时，以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思

8、考问题，的数据时，以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考问题，但所得结果与第谷的观测数据至少有但所得结果与第谷的观测数据至少有8分的角度误差分的角度误差，当时公认当时公认的第谷的观测误差不超过的第谷的观测误差不超过2分分。后来开普勒又仔细研究了第谷的后来开普勒又仔细研究了第谷的观测资料，观测资料，发现发现8分分的角度误差是的角度误差是因为因为假设了假设了行星绕太阳做匀速行星绕太阳做匀速圆周运动所造成的。经过四年多的刻苦计算圆周运动所造成的。经过四年多的刻苦计算，他，他先后否定了先后否定了19种设想，最后终于发现了天体运行的规律种设想，最后终于发现了天体运行的规律开普勒三大定律。开普勒三大定律。

9、 开普勒开普勒-揭示行星运动规律揭示行星运动规律开普勒开普勒几何定律几何定律开普勒第一定律开普勒第一定律开普勒开普勒面积定律面积定律 对任意一个行星对任意一个行星来说来说，它，它与与太阳的太阳的连连线在相等的时间内扫过相等的面积线在相等的时间内扫过相等的面积。开普勒第二定律开普勒第二定律开普勒开普勒周期定律周期定律 所有行星的轨道的半长轴的三次方所有行星的轨道的半长轴的三次方跟跟它的它的公转周期的二次方的比值都相等公转周期的二次方的比值都相等。开普勒第三定律开普勒第三定律开普勒第三定律开普勒第三定律kTa231. a 指椭圆轨道的半长轴，指椭圆轨道的半长轴，T指行星指行星公转公转的的周期周期。

10、2. k 是一个是一个对所有行星都相同的对所有行星都相同的常数常数。对于对于绕同一中心天体运动的行星来说，绕同一中心天体运动的行星来说，k的大小的大小与行星无关，只与中心天体有关与行星无关，只与中心天体有关。a公式表述：公式表述：1.行星绕太阳运动的轨道近似为圆，太阳处于圆心。行星绕太阳运动的轨道近似为圆，太阳处于圆心。2.行星绕太阳做匀速圆周运动行星绕太阳做匀速圆周运动3.所有行星轨道半径的三次方与它的公转周期的二所有行星轨道半径的三次方与它的公转周期的二次方的比值都相等，即次方的比值都相等，即32rkT例例1.1.有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的有两个人造地球卫星，它们绕地球运转的轨道

11、半径之比是轨道半径之比是1 1：2 2，则它们绕地球运转的周，则它们绕地球运转的周期之比为期之比为 。例例2.2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确关于行星绕太阳运动的下列说法中正确（ ）A.A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动B.B.行星轨道的半长轴越长，自转周期越大行星轨道的半长轴越长，自转周期越大 C.C.行星轨道的半长轴越长，公转周期越大行星轨道的半长轴越长，公转周期越大D.D.水星离太阳水星离太阳“最近最近”，公转周期最短，公转周期最短1、【解】： 设两人造地球卫星的轨道半径分别为设两人造地球卫星的轨道半径分别为r1、r2，周期，周期分别为分别

12、为T1、T2，且，且r1 ：r2 1 ：2，则根据开普勒第，则根据开普勒第三定律三定律所以所以31133221122 2TrTr2、C D例例3.飞船沿半径飞船沿半径r的圆周绕地球运动，其周期为的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上某一点如果飞船要返回地面，可在轨道上某一点B处，将处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在A点相切，点相切，如图所示，已知地球半径为如图所示，已知地球半径为R。求：。求：（1）比较飞船沿椭圆轨道运动时经过）比较飞船沿椭圆轨道运动时经过A、B两点的两点的线速度大小。线速度大小。（2）求飞船由）求飞船由A点到点到B所需要的时间所需要的时间RrRrA