行星的运动-万有引力与航天

壮丽星空,哈雷彗星,银河系,仙女座星系,月亮是地球的卫星,一.人类认识行星运动的历史：,1、托勒密（公元90168）希腊人地心说2、哥白尼（公元14731574）波兰日心说3、布鲁诺（公元15481600）意大利日心说（被教皇焚烧）4、第谷（公元15461601）丹麦20年观测5、开普勒（15711630）德国8年得出第一、二定律，9年得出第三定律6、伽利略（15641642）意大利。1609望远镜（被教皇囚禁）7、牛顿（16421727）英国1687万有引力定律8、卡文迪许（17311810）1798测定引力常数9、爱因斯坦（18791955）德国相对论,1.古人对地球的认识：,2、地心说:,托勒密于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即“地心说”.地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其他的行星都绕地球运动地心说直到16世纪才被哥白尼推翻.,托勒密（古希腊）,（符合人们的直接经验）,3、日心说:,哥白尼在16世纪提出了日心说日心说认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动1543年哥白尼的天体运行论出版，书中详细描述了日心说理论.,假使有一知半解的人,并无数学知识,而根据圣经这一段或那一段妄肆批评或者驳斥我的著作,我不但不预备答复他们,而且还要轻视这样无知的见解.,哥白尼(波兰）,“日心说”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。后人把历史上这桩勇敢的壮举形容为：对天体的描述大为简化，同时使人们的世界观发生了重大变革。,“哥白尼拦住了太阳，推动了地球。”,哥白尼,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。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。,为科学真理献身的布鲁诺,乔尔丹诺布鲁诺（GiordanoBruno）是举世闻名的文艺复兴时期的思想家。他宣传哥白尼的日心说，宣传进步的宇宙观，反对地心说，反对宗教哲学，引起了罗马宗教裁判所的恐惧和仇恨。1592年，布鲁诺在威尼斯被捕入狱，在被囚禁的八年中，布鲁诺始终坚持自己的学说，最后被宗教裁判所判为“异端”烧死在罗马鲜花广场。,把人们观察天体位置的误差从减小到,第谷（丹麦伟大天文学家第谷）,1576年,在丹麦国王的资助下,建立天文台.被称为“星学之王”.,圆,椭圆,连续年对行星的观察,4、第谷长期不懈观察:,开普勒（德国）,在天文学史上，开普勒享有“天空立法者”的盛誉。开普勒观念的基础是日心说。1609年和1619年发表了行星运动的三个定律。,5、精确计算和分析:,开普勒,开普勒第一定律,轨道定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上,二.开普勒行星运动定律:,用图钉和细绳画椭圆,半短轴b,开普勒,开普勒第二定律,速率定律：对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积,开普勒行星运动定律,离太阳近时速度快,离太阳远时速度慢,八大行星轨道数据表,K=a3/T2(1024km3/年2）,3.34,3.35,3.35,3.35,3.35,3.35,3.35,3.35,开普勒,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,开普勒行星运动定律,探究K值的决定因素：,K是一个只与中心天体质量有关的物理量,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是做匀速圆周运动（3）开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结归纳出来的规律，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,三：中学对行星运动的简化：,1.多数大行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。2.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。3.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：总体来说，就是把行星的运动看作为匀速圆周运动处理，对应的半长轴即为圆的半径。,简化模型：,1、关于行星的运动,下列说法正确的是()A、行星轨道的半长轴越长,自转的周期就越大B、行星轨道的半长轴越长,公转的周期就越大C、行星轨道的半长轴越短,公转的周期就越大D、“海王星”离太阳最远,绕太阳运动的公转周期最长,BD,四.课堂练习：,2、地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆。天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗彗星每隔一定时间就会出现。哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为“哈雷彗星”。哈雷彗星最近出现的时间是1986年，请你根据开普勒行星运动第三定律估算，它下次飞近地球将在那一年？,答案：2062年,例3:某行星绕太阳沿椭圆轨道运行，它的近日点A到太阳的距离为r，远日点B到太阳的距离为R。若行星经过近日点时的速度为vA，求该行星经过远日点时的速度vB的大小。,例4:一种通信卫星要“静止”在地面上空的某一点,因此它的运行周期必须与地球自转周期相同.请你估算:通信卫星离地心的距离大约是月心离地心距离的几分之一?,一、地心说与日心说,地球是中心太阳是中心宇宙无限,（科学精神推动了认识发展）,二、行星运动定律,1、轨道定律：椭圆,2、速率定律：,3、周期定律：,R3/T2