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1、行星的运动行星的运动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、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星天王星、海王星美美丽丽的的家家园园地地球球木星木星壮观的太阳日冕壮观的太阳日冕我们的银河系我们的银河系我国自行开我国自行开发研究并成功飞发研究并成功飞行的载人飞船行的载人飞船“神州号神州号”。我国宇航员我国宇航员乘着飞船遨游太乘着飞船遨游太空！空！ 航天飞机发射瞬间航天飞机发射瞬间一、行星的运动一、行星的运动 首先，我们来了解对太阳、行星运首先，我们来了解对太阳、行星运动的认识过程。动的认识过程。“地心说地心说”和和“日心说日
2、心说”的发展过程。的发展过程。在古代，人们对于天体的运动存在在古代，人们对于天体的运动存在地心说和日心说两种对立的看法。地心说和日心说两种对立的看法。地心说地心说(Geocentric Universe)托勒密的托勒密的“地心说地心说”体体系系地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯在公元前说。它最初由古希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步）进一步发展而逐渐建立和完善起来。发展而逐渐建立和完善起来。(1)内容：内容：认为地球是静止不动的，地球是宇宙认为地球是静止不动的，地球是宇
3、宙的中心，太阳和月亮以及其他行星绕地球的中心，太阳和月亮以及其他行星绕地球转动。转动。(3)地心说为什么统治了人们很长时间地心说为什么统治了人们很长时间?符合人们的日常经验，也符合宗教神符合人们的日常经验，也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法学关于地球是宇宙中心的说法. (2)代表人物：代表人物：托勒密托勒密1. 地心说地心说(4)托勒密的托勒密的“地心说地心说”模型模型 存在的问题存在的问题随着人们对天体运动不断研究，发现随着人们对天体运动不断研究，发现“地心说地心说”所描述的天体运动不仅复杂而且问题很多。若把地球所描述的天体运动不仅复杂而且问题很多。若把地球从天体运动的中心位置移到一个普
4、通的、绕太阳运动从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换个角度来考虑天体运动，许多问题的行星的位置，换个角度来考虑天体运动，许多问题都可解决，行星运动的描述也变得简单了。都可解决，行星运动的描述也变得简单了。随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确，科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，确，科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的用托勒密的“地心说地心说”模型很难得出完美的解答。模型很难得出完美的解答。对行星的运动很难得出完
5、满的解答，所描述的对行星的运动很难得出完满的解答，所描述的行星运动也很复杂。行星运动也很复杂。(3)内容：内容：他假设地球并不是他假设地球并不是宇宙的中心，太阳是静止不动的，宇宙的中心，太阳是静止不动的，地球和其他行星都是围绕着太阳地球和其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动做匀速圆周运动. 2. 日心说日心说(4)代表人物：代表人物：哥白尼哥白尼(1)日心说提出的背景：日心说提出的背景：在当时，哥伦布和在当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体。是一个平台，而是一个球体。(2)哥白尼的推测：哥白尼的推测：是不是地球每
6、天在围绕是不是地球每天在围绕自己的轴线旋转一周自己的轴线旋转一周 (5)哥白尼日心说的进步：哥白尼日心说的进步：行星运动的描行星运动的描述简单了，地心说遇到的问题解决了述简单了，地心说遇到的问题解决了(6)哥白尼日心说为什么在发表一个世纪哥白尼日心说为什么在发表一个世纪中完全被人们所忽视中完全被人们所忽视?在他的著作中，在他的著作中，“日心说日心说”只是一个只是一个“假设假设”；当时的欧洲正处于基督教改革与反当时的欧洲正处于基督教改革与反改革的骚乱中；改革的骚乱中；在哥白尼的著作中有一些在哥白尼的著作中有一些很不精确的数据，根据这些数据得出的计算很不精确的数据，根据这些数据得出的计算结果不能很
7、好地与行星位置的观测结果相符结果不能很好地与行星位置的观测结果相符合。合。日心说相对地心说能更完美地解日心说相对地心说能更完美地解释天体的运动，但这两种学说都不完释天体的运动，但这两种学说都不完善。因为太阳、地球等天体都是运动善。因为太阳、地球等天体都是运动的，鉴于当时对自然科学的认识能力，的，鉴于当时对自然科学的认识能力，日心说比地心说更先进。日心说比地心说更先进。1. 丹麦天文学家第谷的探索丹麦天文学家第谷的探索:在哥白尼之后，第谷连续在哥白尼之后，第谷连续20年对行星的年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。在第谷之前，人们测量
8、天体位置的精确程度。在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是误差大约是10 ，第谷把这个不确定性减小到，第谷把这个不确定性减小到2 。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。得出行星绕太阳做匀速圆周运动的模型。其后，许多天文学家对天体运动进行不其后，许多天文学家对天体运动进行不断探索、完善，建立了最初的天体运动理论断探索、完善，建立了最初的天体运动理论. 二、天文学家对天体运动进一步的研究二、天文学家对天体运动进一步的研究2. 德国物理学家开普勒的研究德国物理学家开普勒的研究. 总结了他的导师第谷的全部观测资料，总结了他的导师第谷的全部观测资料，在他最初研究时，他得到的结果与第谷的观在他最初研究时
9、，他得到的结果与第谷的观察数据相差察数据相差8/，而当时第谷公认的误差位，而当时第谷公认的误差位2/,开普勒想开普勒想,这这8/可能就是认为可能就是认为行星绕太阳匀速圆周运动造行星绕太阳匀速圆周运动造成的成的.后来他花了四年时间一后来他花了四年时间一遍一遍地进行数学计算，通遍一遍地进行数学计算，通过计算这一怀疑使他发现了过计算这一怀疑使他发现了行星运动三大定律行星运动三大定律.开普勒三定律开普勒三定律开普勒（开普勒（1571-1630）是继哥白尼之后第）是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家面有突破性成
10、就的人物，被后世的科学史家称为称为“天上的立法者天上的立法者”。开开普普勒勒第第二二定定律律太阳系中各个行星以椭圆轨道运行太阳系中各个行星以椭圆轨道运行的，太阳在这些椭圆的一个焦点上。的，太阳在这些椭圆的一个焦点上。注意：注意：1. 太阳并不是位于椭圆中心，而是太阳并不是位于椭圆中心，而是 位于焦点处。位于焦点处。 2. 不同行星轨道不同，但所有轨道不同行星轨道不同，但所有轨道 的焦点重合。的焦点重合。(1)开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第一定律（轨道定律）活动活动1体会椭圆运动体会椭圆运动太阳和行星的连线在相等时间内扫太阳和行星的连线在相等时间内扫过的面积相等；过的面积相等；(2)开普勒第
11、二定律（面积定律）开普勒第二定律（面积定律）(3)开普勒第三定律（周期定律）开普勒第三定律（周期定律） 所有行星的轨道的所有行星的轨道的半长轴半长轴的三次方跟的三次方跟公公转转周期的二次方的比值都相等。周期的二次方的比值都相等。注意注意: : 比值比值k是一个与行星本身无关的物理量是一个与行星本身无关的物理量行星绕太阳运动都符合：行星绕太阳运动都符合：对于地球和木星，就有：对于地球和木星，就有：对于同一个行星的不同卫星，它们对于同一个行星的不同卫星，它们也符合运动规律：也符合运动规律：月球人造卫星以及其他行星的卫星月球人造卫星以及其他行星的卫星不是绕太阳运动，它们和行星运动比较，不是绕太阳运动
12、，它们和行星运动比较，就有：就有：【例例1 1】太阳系中有八大行星太阳系中有八大行星, 请请你将它们绕太阳运动的周期由小到大你将它们绕太阳运动的周期由小到大依次排序依次排序【例例2 2】两个行星的质量分别是两个行星的质量分别是m1、m2，它们绕太阳运行的轨道半长轴分别，它们绕太阳运行的轨道半长轴分别是是R1和和R2，则它们的公转周期之比为多，则它们的公转周期之比为多少？少？【扩扩】设轨道接近于圆周，两者的设轨道接近于圆周，两者的运动线速度、角速度、向心加速度之比运动线速度、角速度、向心加速度之比为多少？为多少？开普勒关于行星运动的描开普勒关于行星运动的描述为万有引力定律的发现奠定述为万有引力定
13、律的发现奠定了基础。了基础。意意 义义:1. 多数行星绕太阳运动的轨道十分接多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心；近圆，太阳处在圆心；2. 对某一行星来说，它绕太阳做圆周对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度大小）不变，即行运动的角速度（或线速度大小）不变，即行星做匀速圆周运动；星做匀速圆周运动；3. 所有行星轨道半径的三次方跟它的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。公转周期的二次方的比值都相等。四、高中阶段对行星运动的近似化研究四、高中阶段对行星运动的近似化研究【典例典例3 3】宇宙飞船围绕太阳在近宇宙飞船围绕太阳在近似圆形的轨道上运动，若轨道半径是地似圆形的轨道上运动，若轨道半径是地球轨道半径的球轨道半径的9倍，则宇宙飞船绕太阳倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是（运行的周期是（ ）A. 3年年B. 9年年C. 27年年D. 81年年
