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,*,大学物理教研室,单击此处编辑母版标题样式,从哥白尼到开普勒,近代科学的诞生从天文学的突破开始,德国哲学家康德说：有两样东西，我们越是持久和深沉地思考着，就越有新奇和强烈的赞叹与敬畏充溢我们的心灵，这就是我们,头顶的星空和我们内心的道德律。,对天空的向往,北宋词人辛弃疾,:,可怜今夕月,向何处,去悠悠,?,是别有人间,那边才见,光影东头,?,是天外,空汗漫,但长风浩浩送中秋,?,飞镜无根谁系？嫦娥不嫁谁留,?,1.,古埃及的宇宙结构,恒星是镶嵌在俯趴于地,球上方的女神身上，天空是,天神,Nut,，,大地是地神,Geb,天神和地神白天是分开的，,一直到晚上才重聚。,一、古代天西方文学发展历程,基督徒的,创世记,起初上帝创造天地，在六个晨昏，分别造光分昼夜、造空气分天地、植物、日月星辰、鱼和鸟、畜类，并照着自己的形像和样式造人；天地万物都造齐后，上帝赐福安息的第七日为“圣日”。,3.,亚里士多德,“,水晶球,”,模型,亚里士多德“地心说” ：,地球是宇宙中心,绝对静止不动的,;,由,55,个水晶球组成；,天体的运动由神力驱使,;,“水晶球”模型,Ptolemy,(,约,85-,约,165),公元,140,年托勒密在总结前人工作的基础上系统地确立了,地心说,。认为：,大地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。,4.,托勒密,“,地心说,”,体系,托勒密是,公元,2,世纪古希腊天文学家、地理学家、数学家，著有,天文学大成,、,地理学,。,宇宙有“九重天”，有九,个运转着的同心的晶莹球壳。,第一到第三重天,月亮天、,水星天和金星天；,太阳居于第四重天球上，,它是宇宙的主宰，以巨大的,光辉照亮宇宙；,第五到第七重天火星天、,木星天和土星天；,恒星天：全部恒星象宝石一般镶嵌在这层天上；,最高天：即“原动天”，那里是神灵居住的天堂。,托勒密把每个行星的运动描述成沿一个本轮小圆回转，本轮中心又绕一个以地球为中心的均轮运行。,托勒密天体机械模型,这样,“地心说” 从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，同时也符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，对人们的思想和科学发展的禁锢达千年之久。,于是一场科学革命必须,也只能从这矛盾最尖锐的地方发生。,二、向地心说挑战,哥白尼创立日心说,Copernicus （1473-1543）,1.,哥白尼生平简介,哥白尼,是波兰人的后裔，出生在靠近波兰国界的普鲁士的托恩,（,Thorn,）。,早年在波兰克拉科夫大学学习天文学，后到意大利学习基督教义、医学与法学。,年回波兰后，,从事三重职业达十三年之久：履行教会职务、行医和研究天文学。,2.,哥白尼的基本观点,（,1,）太阳是宇宙的中心,行星围绕着太阳运转；,（,2,）地球作为一颗行星绕着太阳运转,它本身还在自转；,（,3,）月亮是地球的卫星,地球带着月亮一起绕太阳运转；,（,4,）恒星在远离太阳的一个天球面上静止不动。,3.,日心说提出的科学、历史和哲学根源,科学根源：,托勒密模型的预告有时很不准确，并且,随着天文学观察数据越来越多，为了给予解释，托勒密的地心说不断修补，越来越复杂，难以使人信服。,历史根源：,哥白尼在意大利留学十年中，开阔了眼界，阅读了大量天文学书籍，受到文艺复兴运动影响，思想解放，投身科学革命。,赞成,毕达哥拉斯学派,“宇宙是和谐的，可以由简单的数学,关系来表达宇宙规律”,。,“太阳在宇宙正中坐在其宝座上,在这壮丽的神殿里，有谁能将这发光体放在一个更好地的位置上以让它同时普照全宇宙？”,柏拉图高度赞美太阳，给予太阳“宇宙正中”的位置。,哲学根源：,4.,对火星逆行的解释是,哥白尼理论的一个胜利,托勒密的行星轨迹,5.,布鲁诺的殉难是哥白尼日心说经受的第一次考验,Bruno,（1548-1600）,论无限、宇宙及世界,宣扬：,1.,宇宙没有中心，且在空,间上是无限的；,2.,宇宙在时间上是永恒的，,其中存在,“,世界,”,的产生和消亡,;,3.,宇宙万物处在变化之中，,但都由,“,物质,”,组成,.,在真理面前我半步也不会退让,三、开普勒行星三定律,1.,第谷,布拉赫,的贡献,丹麦天文学家第谷，靠自己设计的天文仪器，把天文观测的精度提高到了,1,，相当于满月直径视角的,1/30,。积累了大量太阳、月亮和其他行星运动的精确数据，提出：,“日心说和地心说都有缺陷”,TychoBrahe,( 1546-1601 ),第谷在天文台工作,第谷用过的望远镜,2.,开普勒,开普勒从第谷处获得了大量精确的天文学数据,.,16091619,年，他先后提出了行星运动三定律。,Kepler,（,1571-1630,）,3.,开普勒行星三定律,（,1,）椭圆定律：,每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上,;,开普勒第一定律,开普勒第二定律,（,2,）等面积定律：,在行星与太阳间作一条直线，则此直线在行星运动的过程中，在相同的时间内扫过的面积相等,;,（,3,）和谐定律：,行星运动周期,T,的平方正比于行星与太阳平均距离,R,的三次方，记为：,通常我们把地球与太阳的平均距离,-,日地距离,-,作为一个天文距离单位，记为,AU,1,AU=,m,周期,以年为单位，则比例常数,k,的值为,例：,已知火星离太阳的平均距离为,R=,1.5AU,求：火星绕太阳运行的周期,解,:,由开普勒第三定律 有,:,y,故火星绕太阳运行的周期,为,1.8,年,.,水,星,金,星,地,球,火,星,木,星,土,星,T,0.241,0.615,1,1.881,11.862,29.457,R,0387,0.723,1,1.524,5.203,9.539,T,2,0.058,0.378,1,3.54,140.7,867.7,R,3,0.05796,0.3779,1,3.54,140.85,867.85,开普勒已经认识到：他的定律强烈地暗示了太阳对行星有一种吸引力，这个力随距离之增大而减弱。这样才能理解例如为什么水星（离太阳最近）的运动速度比金星的快，因而周期最短的事实。但这是什么样的力呢？开普勒还想不出来，揭示这一自然奥秘的任务是后来牛顿完成的，但开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。,从开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，,成为近代科学的开路先锋。,埃拉托色尼测量地球圆周长,公元前,3,世纪埃及人,Eratosthenes,在,“,阿斯旺,”,小镇发现夏至日正午的阳光悬在头顶,:,物体没有影子，阳光直接射入深水井中。,在以后几年里的同一天、同一时间，他在亚历山大测量了同一地点的物体的影子。他发现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直方向偏离大约,7.2,度角。,“阿斯旺”小镇和亚历山大的距离是当时,5000,个希腊运动场的周长，而地球的圆周为,360,度，如果两座城市成,7.2,度角，就是,7.2/360,的圆周，就因此地球周长就是,(360/7.2)5000=25,万个希腊运动场的周长。,链接,
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