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(共25張PPT)
從托勒密到開普勒
關(guān)于萬有引力定律，你已經(jīng)了解哪些內(nèi)容？
萬有引力定律是人類心智所能到達(dá)的最深遠(yuǎn)的推廣......
理查德·費(fèi)曼
“Two things fill the heart with renewed and increasing awe and reverence the more often and the more steadily that they are meditated on:the starry skies above me and the moral law inside me.”
有兩種東西，我對它們的思考越是深沉和持久，他們在我心靈中喚起的贊嘆和敬畏就會越歷久彌新，一是我們頭頂浩瀚燦爛的星空，一是我們心中崇高的的道德法則。
伊曼努爾·康德
一、歷史的足跡
觀點(diǎn)：地球是宇宙的中心，太陽、月亮及所有的行星都是繞地球轉(zhuǎn)動的。
代表人物：克羅狄斯·托勒密（約90年-168年）
1
地心說(Geocentric Universe)
火星逆行
資 料
一、歷史的足跡
本輪和均輪
行星逆行
缺失了簡潔美！
資料
一、歷史的足跡
觀點(diǎn)：太陽是宇宙的中心，靜止不動的，地球和其它行星都是繞太陽做勻速圓周運(yùn)動。
代表人物：尼古拉·哥白尼（1473年-1543年）
一、歷史的足跡
2
日心說(Geocentric Universe)
托勒密（約90年-168年）
哥白尼（1473年-1543年）
地心說為何統(tǒng)治這么久？
為何過了一千多年，才有人真正站出來挑戰(zhàn)地心說？
一、歷史的足跡
資料
一、歷史的足跡
天圓地方
遠(yuǎn)古
140
托勒密
地心說
1543
哥白尼
日心說
1546
第谷
出生
1600
開普勒
任第谷助手
開普勒：德國天文學(xué)家，數(shù)學(xué)天才
在按照勻速圓周運(yùn)動的觀念對行星軌道的計算中，開普勒無數(shù)次嘗試的結(jié)果，都與第谷的觀測數(shù)據(jù)相差8弧分（約0.133°）的微小誤差。
二、地球是不是繞太陽做勻速圓周運(yùn)動？
第谷·布拉赫（1546年-1601年）
約翰尼斯·開普勒
冬半年快
90天
88天
93天
94天
如果地球做勻速圓周運(yùn)動，那四季的時間應(yīng)該有什么特點(diǎn)？
冬至
a
F
秋分
春分
夏至
某年的24節(jié)氣時段
夏半年慢
二、地球是不是繞太陽做勻速圓周運(yùn)動？
1 開普勒第一定律（軌道定律）
三、開普勒三大定律
所有的行星圍繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點(diǎn)上。
橢圓是平面內(nèi)到定點(diǎn)F1、F2的距離之和等于常數(shù)（大于|F1F2|）的動點(diǎn)M的軌跡，F(xiàn)1、F2稱為橢圓的兩個焦點(diǎn)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：|MF1|+|MF2|=2a（2a>|F1F2|）
補(bǔ)充:橢圓的定義
a
F
F
所有的行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個公共焦點(diǎn)上。
1 開普勒第一定律（軌道定律）
三、開普勒三大定律
2 開普勒第二定律（面積定律）
資料
近日點(diǎn)速率最大，遠(yuǎn)日點(diǎn)速率最小
對于每一顆行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。
三、開普勒三大定律
行星 水星 金星 地球 火星 木星
公轉(zhuǎn)周期T（年） 0.241 0.615 1 1.881 11.862
到太陽距離 a（×106km） 57.9 108.2 149.6 227.9 778
尋找行星繞太陽運(yùn)動的周期與距離關(guān)系
→T∝a3/2→T2∝a3→a3/T2=k
T∝a1.5
周期T
所有行星軌道的半長軸的立方與公轉(zhuǎn)周期的平方的比都相等。即：
3 開普勒第三定律（周期定律）
三、開普勒三大定律
地球繞太陽運(yùn)動和月球繞地球運(yùn)動的兩個運(yùn)動，k值相同嗎？
行星 半長軸(×106km) 公轉(zhuǎn)周期(天) K值
水星 57.9 87.9
金星 108.2 224.7
地球 149.6 365.0
火星 227.9 693.5
木星 778.0 4307.0
土星 1472.0 10767.5
天王星 2870.0 30660.0
海王星 4496.0 60152.0
同步衛(wèi)星 0.0424 1.0
月球 0.3844 27.3
3.30×1018
3.40×1018
3.69×1018
3.37×1018
3.36×1018
1.02×1013
1.02×1013
比值k是與行星無關(guān)而只與中心天體有關(guān)的恒量．
開普勒定律不僅適用于行星繞太陽運(yùn)動，同時也適用于所有的天體運(yùn)動．
結(jié)論: k值與中心天體有關(guān)，而與環(huán)繞天體無關(guān)。
3.36×1018
3.36×1018
3.37×1018
第谷·布拉赫（1546年-1601年）
開普勒（1572年-1630年）
太陽系八大行星軌道示意圖
近似處理
1.所有的行星繞太陽運(yùn)動的軌道都是圓，太陽處在所有圓的公共圓心上。
2.行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動。
3.所有行星軌道的半徑r的立方與周期T的平方的比都相等。
課堂小結(jié)
資料
思考
行星為什么會做這樣的運(yùn)動？

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