第三章第一节：天体的运动.ppt

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1、天体天体运动运动PLANETARY MOTION_ _ 地心说地心说(Geocentric Universe)地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古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三世纪提出，后来经托勒密希腊学者欧多克斯在公元前三世纪提出，后来经托勒密（90-168）进一步发展而逐渐建立和完善起来。）进一步发展而逐渐建立和完善起来。托勒密的托勒密的“地心说地心说”体系体系日心说日心说(Solarcentric Universe)哥白尼的哥白尼的“日心说日心说”体系体系约在公元前约在公元前260年，古希腊天文学家阿利斯塔克最早提出年，古希腊天文学

2、家阿利斯塔克最早提出了日心说的观点。但真正发展并完善日心说的，是来自了日心说的观点。但真正发展并完善日心说的，是来自波兰的哥白尼（波兰的哥白尼（1473-1543）。）。第谷的天文学观测第谷的天文学观测哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但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（早期最重要的观测工作是由丹麦的第谷（1546-1601）进行的。进行的。仙后座的新星爆发仙后座的新星爆发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

3、第一个站出来捍）是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为被后世的科学史家称为“天上的立法者天上的立法者”。开普勒第二定律开普勒第二定律开普勒第一定律开普勒第一定律 （轨道定律）（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有椭圆的一个焦点上开普勒第二定律开普勒第二定律 （面积定律）（面积定律）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内扫过相等

4、的面积开普勒第三定律开普勒第三定律 （周期定律）（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的比值都相等k是一个与行星无关的常量是一个与行星无关的常量行星运动的各种动力学解释行星运动的各种动力学解释1717世纪前：行星必然应当做完美的圆周运动世纪前：行星必然应当做完美的圆周运动胡克、哈雷等：胡克、哈雷等：受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨受到了太阳对它的引力，证明了如果行星的轨道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳道是圆形的，其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比的距离的二次方成反比伽利略：伽利略：一

5、切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动做圆周运动开普勒：开普勒：受到了来自太阳的类似与磁力的作用受到了来自太阳的类似与磁力的作用在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动得行星绕太阳运动笛卡儿（法笛卡儿（法)：6.2万有引力定律万有引力定律Law of Universal Gravitation _ _ 万有引力定律的推导万有引力定律的推导事实上，行星运动的椭圆轨道很接近于圆形轨道事实上，行星运动的椭圆轨道很接近于圆形轨道，我们把我们把 行星绕太阳运动的椭圆轨道可以近视看作为一个圆形轨道，行

6、星绕太阳运动的椭圆轨道可以近视看作为一个圆形轨道，这样就简化了问题，易于我们在现有认知水平上来接受这样就简化了问题，易于我们在现有认知水平上来接受.根据匀速圆周运动的条件可知行星必然受到一个太阳给的根据匀速圆周运动的条件可知行星必然受到一个太阳给的 力力.牛顿认为这是太阳对行星的引力，那么，太阳对行星牛顿认为这是太阳对行星的引力，那么，太阳对行星 的引力的引力F应该是行星运动所受的向心力应该是行星运动所受的向心力。可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比跟行星到太阳的距离的二次方成反比.即：即：将上式变换可

7、得到：将上式变换可得到：再根据开普勒第三定律再根据开普勒第三定律再再根据牛顿第三定律，行星吸引太阳的力跟太阳吸引行星根据牛顿第三定律，行星吸引太阳的力跟太阳吸引行星 的力大小相等性质相同，故引力也应当和太阳的质量的力大小相等性质相同，故引力也应当和太阳的质量M成成 正比。因此：正比。因此：写成等式：写成等式：（G是是一个与行星无关的常量）一个与行星无关的常量）“月月地地”检验检验月球绕地球做圆周运动的向心力就是月地之间的引力月球绕地球做圆周运动的向心力就是月地之间的引力,即即:又又因为地球表面的物体所受重力近似等于地球对它的引因为地球表面的物体所受重力近似等于地球对它的引力力,即即:所以所以,

8、万有引力定律万有引力定律1.1.内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的 大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离 的二次方成反比的二次方成反比.2.2.公式：公式：各各物理量的意义及单位物理量的意义及单位引力常量引力常量G(gravitational constant)的物理意义是：在数值的物理意义是：在数值上等于两个质量都是上等于两个质量都是1kg的物体相距的物体相距1m时的相互作用力。时的相互作用力。G6.6710112/kg 3.适用条件适用条件：任何：任何两个质点或者两个均

9、匀球体之间的相互两个质点或者两个均匀球体之间的相互 作用。（两物体为均匀球体时，作用。（两物体为均匀球体时，r为两球心间的距离）为两球心间的距离）4.万有引力定律发现的重要意义万有引力定律发现的重要意义1.开普勒三定律开普勒三定律2.推导万有引力定律的思路及方法推导万有引力定律的思路及方法.3.任何两个物体间存在着相互作用的引力的一般规律：任何两个物体间存在着相互作用的引力的一般规律：即即 其中其中G为万有引力常量，为万有引力常量，r为两物间的距离为两物间的距离.4.万有引力的普遍性：它普遍存在于宇宙中任何有质量的物万有引力的普遍性：它普遍存在于宇宙中任何有质量的物 体之间，不管它们之间是否还有其它作用力。体之间，不管它们之间是否还有其它作用力。5.两个物体间的万有引力是一对作用力和反作用力。两个物体间的万有引力是一对作用力和反作用力。6.万有引力定律只适用于两个质点和质量分布均匀的球体间万有引力定律只适用于两个质点和质量分布均匀的球体间 的相互作用。的相互作用。7.万有引力定律的发现，把地面上的物体和天体的运动规律万有引力定律的发现，把地面上的物体和天体的运动规律 统一起来，打破了天体运动的神秘性统一起来，打破了天体运动的神秘性 小结小结