从托勒密到开普勒2

5.1从托勒密到开普勒第5章万有引力与航天11.了解“地心说”、“日心说”的建立及其发展过程与科学家们的杰出工作。2.理解行星运动的规律：“开普勒行星运动三大定律”。2

夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中，这浩瀚无垠的宇宙中有着无数的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终让我们渴望去了解，并不断地去探索。3

让我们跨越千年时空，重温古人对宇宙认识的发展历程。天体究竟做怎样的运动呢？4一.托勒密集古代天文学研究之大成托勒密托勒密（C.Ptolemaeus,约90—168），集古代天文学、地理学、数学研究之大成的古希腊学者。5托勒密的宇宙模型中间:地球九重天:月球水星金星太阳火星木星土星恒星天原动天6地心说

地球是宇宙的中心,地球是静止不动的，太阳、月亮以及其他行星都绕地球运动,代表人物是托勒密。托勒密的理论在天文学研究上有一定的积极意义。如“天球”球壳对恒星进行定位的坐标系，至今仍在天文观测中应用。7

托勒密的宇宙模型是以地球为参考系对天体运动的直接观测结果的客观描述。因此为了描述天体的运动，其模型中竟用了80多个轮子，重重叠叠，令人头晕目眩。8“地心说”占较长时间统治地位的原因是它比较符合人们的日常经验,如:太阳从东边升起,从西边落下，同时它也符合当时在政治上占统治地位的宗教精神。

托勒密构筑的宇宙“地心体系”九重天模型，当时被奉为“金科玉律”，一直传到15世纪。“地心说”为什么能够占据较长的统治时间呢?9

十六世纪“日心说”创立之前的一千多年中，“地心说”一直占统治地位，并长期为教会所利用，宣称恒星天上面是最高天，也就是天神的住所。由于这一学说没有反映行星运动的本质，经不起长时间的观测检验，后来被哥白尼的“日心说”推翻。二.哥白尼迎来了科学的春天10太阳“日心说”模型哥白尼11哥白尼的研究方法长期的观测哥白尼的新宇宙观大胆的猜测反复的计算

太阳是不动的，且位于宇宙的中心，包括地球在内的所有行星都围绕太阳做匀速圆周运动。日心说：12哥白尼的研究成就

在其巨著《天体运行论》中，完整地提出了宇宙的日心体系学说，即太阳系模型。他根据观测资料运用日心体系模型算出了每颗行星绕太阳运行的周期，且在历史上第一次算出了每颗行星到太阳的距离，从而也第一次给出了宇宙大小的尺度。13“日心说”对天体的描述大为简化，同时打破了过去认为其他天体和地球截然有别的界限，是一次真正的科学革命。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活活烧死，伽利略受到残酷的迫害。后人把历史上这次勇敢的壮举形容为：“哥白尼拦住了太阳，推动了地球。”14哥白尼“日心说”在历史上的影响

哥白尼“日心说”引起了天文学上的一次革命，有力地推动了欧洲文艺复兴时期思想解放的浪潮，迎来了近代科学的春天，从此“自然科学便开始从神学中解放出来。”15为什么“日心说”能战胜“地心说”?“日心说”之所以能够战胜“地心说”是因为很多“地心说”不能解释的现象“日心说”则能说明，就是说“日心说”比“地心说”更科学，更接近事实。例如：若地球不运动，则昼夜交替是太阳绕地球运动形成的，那么每天的情况就应相同，事实上，每天白天的长短不同，冷暖不同，而“日心说”则能说明这种情况：白昼是地球自转形成的，而四季是地球绕太阳公转形成的。16“日心说”的观点绝对正确吗？问题与思考17三.开普勒提出行星运动三定律1.古人为什么认为天体运动是匀速圆周运动？原因:无论“地心说”也好,“日心说”也好,古人认为天体的运动都是很神圣的,认为天体的运动必然是最完美,最和谐的匀速圆周运动,天体的运动和地面上的运动遵循的规律也应不同。182.开普勒对天体做匀速圆周运动产生怀疑的原因开普勒用天体做匀速圆周运动的观点所得的结论和第谷所观测的数据存在至少8′的角度误差,但当时公认观测数据的误差不超过2′,也就是说,这6′的误差产生的原因可能是对天体运动的认识观点存在问题,因此产生了对天体运动是匀速圆周运动这一观点的怀疑。19开普勒（德国）四年多的刻苦计算↓第谷（丹麦）二十年的精心观测↓8分的误差

否定19种假设↓行星轨道为椭圆若是匀速圆周运动……怎么回事呢……潜心研究20

哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但它并没有在天文测算的精确度上有多大的提高。近代早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷（1546-1601）进行的。第谷21

开普勒研究了第谷连续20年的观测数据，希望进一步解释哥白尼的行星圆形轨道模型。但他失败了。因为他得到的结果与第谷的观测数据至少有8′的误差,开普勒相信这不是第谷的粗心，而是哥白尼的理论还需要进一步完善。从此他开始研究行星的非匀速圆周运动。经过多年的埋头计算，数十次地否定自己的设想，开普勒最终发现了更精确的行星运动规律，并先后提出了行星运动的三大定律。开普勒(1571-1630)是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家

22开普勒三定律１.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，太阳处于所有椭圆的一个公共焦点上。23２.第二定律（面积定律）：对于每一颗行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。24３.第三定律（周期定律）：所有行星轨道的半长轴的立方与公转周期的平方的比值都相等。比值k是与行星无关而只与太阳有关的常量。25需要注意：1.开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时比值k

是由行星质量所决定的另一恒量。2.行星的轨道都跟圆近似，因此计算时可以认为行星做匀速圆周运动。3.开普勒定律是总结行星运动的观察结果而归纳出来的规律，它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的。26例1.关于行星的运动，以下说法正确的是（）A.行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大B.行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大C.水星的半长轴最短，公转周期最大D.海王星离太阳“最远”，绕太阳运动的公转周期最长BD271.关于“日心说”被人们接受的原因是()A.太阳总是从东面升起B.地球是绕太阳运转的C.以地球为中心来研究天体的运动有很多无法解决的问题D.以太阳为中心，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了D282.关于地球和太阳，下列说法中正确的是()

A.地球是围绕太阳运转的B.太阳总是从东面升起，从西面落下，所以太阳围绕地球运转C.由于地心说符合人们的日常经验，所以地心说是正确的D.地球是绕太阳做匀速圆周运动的A

293.关于公式下列说法中不正确的是()A.此公式是哥白尼通过天文观测结果归纳总结出来的B.此公式是开普勒通过研究第谷的观测资料归纳总结出来的C.此公式可以推广到绕地球运转的所有卫星，但k值不同于绕太阳运转的行星D.一般计算中，如果可以把行星的椭圆轨道近似看成圆，则a就是这个圆的半径A

304.关于公式中的常量k，下列说法中正确的是()

A.此公式只适用于绕太阳运转的所有行星B.公式可推广到宇宙中不同星体围绕同一星球运转的情形下C.对绕太阳运转的行星而言，k值既与各行星有关还跟太阳有关D.对绕地球运转的所有卫星而言，k值与卫星无关BD

315.(2012·宝鸡高一检测)如图所示是行星m绕恒星M运动的示意图，下列说法正确的是（）A.速度最大点是B点