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第四章 萬有引力定律及航天
第3節 人類對太空規定不懈探索
神秘的宇宙
俯瞰美麗的地球
1、了解“地心說”和“日心說”的內容及意義，大體了解人類認識宇宙的過程。
2、了解開普勒行星運動定律的建立過程。
3、認識發現萬有引力定律的過程和重要意義。
4、大體了解人類航天事業的發展。
一、古希臘人的探索
畢達哥拉斯：認為宇宙中所有天體的形狀都是球形
遠古
亞里士多德：地球在宇宙的中心靜止不動，其他星體繞地球轉動
阿波羅尼奧斯：行星沿某一圓周運動，該圓周的圓心沿另個一圓周繞地球運動。
公元前262-前190
公元90--168
托勒密
地心說
托勒密于公元二世紀，提出了自己的宇宙結構學說，即“地心說”。
地心說認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，太陽、月亮及其他的行星都繞地球運動。
（符合人們的直接經驗）
托勒密
畢達哥拉斯：認為宇宙中所有天體的形狀都是球形
遠古
亞里士多德：地球在宇宙的中心靜止不動，其他星體繞地球轉動
阿波羅尼奧斯：行星沿某一圓周運動，該圓周的圓心沿另個一圓周繞地球運動。
公元前262-前190
公元90--168
托勒密地心說
1543
哥白尼
二、文藝復興的撞擊
尼古拉·哥白尼
【波蘭】 （1473—1543）
天文學家、數學家、教會法博士、神父。
1543 年，波蘭天文學家哥白尼臨終時，向世人公開了他幾十年來研究的成果《天體運行論》，正式提出了“日心說” 。
哥白尼認為：太陽是宇宙的中心，水星、金星、地球、火星、木星及土星都繞太陽做勻速圓周運動，月球是地球的衛星。
哥白尼的“日心說”可以簡潔地描述行星運動，并能更清楚地解釋諸多天文現象。
1、16 世紀中期，文藝復興的浪潮沖擊了自中世紀以來長期禁錮人們思想的枷鎖。
第谷·布拉赫
【波蘭】 （T. Brahe，1546—1601）
杰出的天文觀測家，“星學之王”
2.當時尚未發明望遠鏡，第谷·布拉赫通過自制的觀測儀器對星體進行認真系統的觀測，使當時的測量誤差從 10′降低到 2′。
他的測量結果表明，托勒密與哥白尼的理論計算結果都與觀測數據不相符。
3.開普勒研究了第谷連續 20 年的觀測數據，希望進一步解釋哥白尼的行星圓形軌道，卻以失敗而告終，因為他得到的結果與第谷的觀測數據至少有 8′ 的誤差。
開普勒相信這不是第谷的粗心造成的，而是哥白尼的理論還需要進一步完善。
從此，他開始研究行星的非勻速、非圓周運動。經過多年的埋頭計算，開普勒最終發現了更為精確的行星運動規律，并先后提出了三大定律。
約翰尼斯·開普勒
【德國】 （Johannes Kepler，1571—1630）
天文學家、數學家與占星家
軌道定律
半徑定律
周期定律
探索天體為什么會這樣運動，古人是怎么探索的？
亞里士多德
天體由“以太”組成，它們圍繞地球做勻速圓周運動。
開普勒（德國）
太陽的磁力使天體運動，并且磁力隨距離的增大而減弱。
笛卡爾
“以太”運載著行星在巨大的漩渦中運行。
胡克、哈雷等人
天體受到向心力的作用做圓周運動。
三、牛頓的大綜合
艾薩克·牛頓
【英國】（1643—1727）
爵士，英國皇家學會會長，著名的物理學家、數學家，百科全書式的“全才”
牛頓證明了物體圍繞中心運動時需要向心力；由于物體沿橢圓軌道運動，向心力與質點到中心距離的平方成反比；沿軌道運行的每個質點既是被吸引的物體，也是具有吸引力的中心，繼而推廣到宇宙中的物體都在彼此吸引。牛頓將地球對物體的引力擴展到月球，認為地球引力與太陽對行星的作用力、行星對衛星的作用力是性質相同的力。在此基礎上，牛頓最終給出了具有科學革命價值的萬有引力定律。
牛頓的萬有引力定律是物理學的第一次大綜合，它將地上的力學與天上的力學統一起來，形成了以牛頓三大運動定律為基礎的力學體系。
萬有引力定律：
四、人類“飛天”夢的實現
在牛頓力學的基礎上，人類對太空的探索取得了豐碩的成果，實現了自古便有的“飛天”夢。
1、1957 年 10 月 4 日，蘇聯的人造地球衛星上天，震驚了世界。
2、我國在 1970 年發射了第一顆人造地球衛星“東方紅一號” ，成為世界上第五個發射人造地球衛星的國家。
3、1961 年 4 月 12 日，世界上第一艘載人宇宙飛船發射升空，蘇聯宇航員加加林成功完成了人類第一次環繞地球的飛行。
4、1969 年 7 月 20 日，美國的“阿波羅十一號”宇宙飛船將人類送上了月球。當時，上億人通過電視注視著走出登月艙的阿姆斯特朗。他在月球上邁出的一小步，卻是人類邁出的一大步，實現了人類的“飛天”夢。
5、1971年4月19日，蘇聯“禮炮一號”空間站成為人類進入太空的第一個空間站。
6、1971年12月2日，蘇聯“火星三號”探測器在火星表面著陸。
7、1981年4月12日，美國的第一架航天飛機“哥倫比亞號”成功發射。
8、2003年10月15日，“神舟五號”載人飛船成功發射，中國成為世界上第三個獨立掌握載人航天技術的國家。
嫦娥工程

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