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第六章万有引力与航天,仰望星空我仰望星空，我仰望星空它是那样寥廓而深邃；它是那样自由而宁静；那无穷的真理，那博大的胸怀，让我苦苦地求索、追随。让我的心灵栖息、依偎。我仰望星空，我仰望星空，它是那样庄严而圣洁；它是那样壮丽而光辉；那凛然的正义，那永恒的炽热，让我充满热爱、让我心中燃起希望的烈感到敬畏。焰、响起春雷。温家宝,6-1行星的运动,太阳系示意图,6.1行星的运动,1.地心说的代表人物和主要观点,一、关于天体运动的两种对立观点,2.日心说的代表人物和主要观点,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（90-168）进一步发展而逐渐建立和完善起来。,1、地心说(GeocentricUniverse),地心说-托勒密建立和完善。,地心说的建立与发展,基本观点：1.地球是球体。2.地球是静止不动的，而且处于宇宙的中心,从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,再外面是镶嵌着所有恒星的天球恒星天。最外面，是推动天体运动的原动天。3.所有日月星辰都围绕地球匀速转动。,托勒密,地心说,地球是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星围绕地球做圆周运动,火星逆行,复杂:火星的逆行,随着天文观测不断进步，“地心说”暴露出许多问题。在公元前300多年的赫拉克里特和阿里斯塔克斯就已经提到过太阳是宇宙的中心，地球围绕太阳运动。波兰天文学家哥白尼(1473-1543)经过近四十年的观测和计算，于1543年出版了“天体运行论”正式提出“日心说”。,2、日心说(heliocentrictheory),太阳是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳做圆周运动。,哥白尼-日心说,哥白尼,基本观点：（1）太阳是不动的，而且在宇宙中心，水星、金星、火星、木星、土星和地球一样，都在圆形轨道上匀速率地绕着太阳公转。（2）月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球转一周，并随地球绕太阳公转。（3）地球每天自转一周，天穹实际上不转动，只是由于地球的自转才是我们看到了日月星辰每天东升西落的现象。,哥白尼-日心说,日心说,太阳是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星都围绕太阳做圆周运动。,哥白尼,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（1546-1601）进行的。,大家都认为行星运动绕太阳运动的轨道是圆形,真的是圆？,那么每个季节应该有相同的天数,秋冬两季比春夏两季时间短,春92天,夏94天,秋89天,冬90天,实际情况,德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，因为不管是“地心说”还是“日心说”，都把天体运动看得很神圣，认为天体运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。但结果总是与第谷的观测数据有8的角度误差.当时公认的第谷的观测误差不超过2,开普勒想，天体运动很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律。,开普勒的天文学观测,第谷（丹麦）,开普勒（德国）,假设地球绕太阳的运动是一个椭圆运动,太阳在焦点上,根据曲线运动的特点，得在秋分到冬至再到春分的时间比从春分到夏至再到秋分的时间短，所以秋冬两季比春夏两季要短。,开普勒,开普勒第一定律,所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上,3、开普勒三定律,椭圆,开普勒,开普勒第二定律,对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积,3、开普勒三定律,开普勒,开普勒第三定律,所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值（k）都相等,3、开普勒三定律,3.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3610183.3710183.3710181.0310131.031013,动手算一算,动手计算后，你得到了什么？,所有行星的半长轴的三次方与周期的平方的比值都相等，月球、卫星的比值也相等,K值与环绕天体无关，与中心天体有关,开普勒第三定律,1.a指椭圆轨道的半长轴，T指行星运动的公转周期（绕中心天体运行一周的时间）,2.k是一个常数，对于绕同一中心天体运动的行星来说，k的大小与行星无关，只与中心天体有关,公式表述：,开普勒第一定律（轨道定律）,所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的其中一个焦点上。,开普勒第二定律（面积定律）,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。即近日点速率最大，远日点速率最小。,开普勒第三定律（周期定律）,所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与周期的平方成正比。,即有:a13：a23=T12：T22,注意:k的大小与行星无关，只与太阳有关。,或:a3/T2=k,3、开普勒三定律,在中学阶段，我们将椭圆轨道按照圆形轨道处理，则开普勒定律描述为：,1.行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心,1.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,2.对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积,3.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,2.对于某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变，即行星做匀速圆周运动,3.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即R/T=k,2、金星与地球都在绕太阳运转,那么金星上的一天肯定比24小时短吗?,1、海王星离太阳“最远”，绕太阳运动的公转周期最长，对吗？,观察八大行星图后请思考:,1、开普勒第一定律（轨道定律）,所有行星绕太阳的运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。,2、开普勒第二定律（面积定律）,对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。,3、开普勒第三定律（周期定律）,所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等,k的大小与行星无关，只与太阳质量有关。,小结,a,1、关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（）A、所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动。B、行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处。C、离太阳越近的行星运动周期越长。D、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。,D,2、地球绕太阳的运行轨道是椭圆，因而地球与太阳之间的距离随季节变化。冬至这天地球离太阳最近，夏至最远。下列关于地球在这两天绕太阳公转速度大小的说法中，正确的是（）A地球公转速度是不变的B冬至这天地球公转速度大C夏至这天地球公转速度大D无法确定,B,3、关于开普勒定律，下列说法正确的是（）A.开普勒定律是根据长时间连续不断的、对行星位置观测记录的大量数据，进行计算分析后获得的结论B.根据开普勒第二定律，行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度随行星与太阳之间距离的变化而变化，距离小时速度大，距离大时速度小C.行星绕太阳运动的轨道，可以近似看做为圆，即可以认为行星绕太阳做匀速圆周运动D.开普勒定律，只适用于太阳系，对其他恒星系不适用；行星的卫星（包括人造卫星）绕行星的运动，是不遵循开普勒定律的,ABC,4、关于行星的运动说法正确的是（）A、行星半长轴越长，自转周期越大B、行星半长轴越长，公转周期越大C、水星半长轴最短，公转周期最大D、冥王星半长轴最长，公转周期最大,BD,5、行星绕恒星的运动轨道如果是圆形，那么运行周期T的平方与轨道半径r的三次方的比为常数，设T2/r3=k,则常数k的大小()A.只与恒星的质量有关B.与恒星的质量及行星的的质量有关C.只与行星的质量有关D.与恒星的质量及行星的的速度有关,小结：R3/T2=k，无论是对于不同行星绕太阳转还是对于不同卫星绕同一个行星转，都是合适的，只是k值不同，k与行星或卫星无关，仅与中心天体有关。,A,6、神舟六号沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示，如果地球半径为R0，求飞船由A点到B点所需的时间。,7、已知木星绕太阳的公转周期是地球绕太阳公转周期的12倍，则木星轨道半长轴是地球轨道半长轴的多少倍？,根据开普勒第三定律有,八大行星轨道数据表,一、形似沙漏的五彩星云这是一团距离地球3000光年的星云，学名为Mz3。与其它星云有所不同的是：该星云看上去就像是一只“沙漏”，中间窄，两头宽(平常发现的其它星云通常为圆形)。星云两头不时冒出泡泡。这种现象令天文学家惊奇不已。,“最酷最炫”的太空图片1,二、让无数人倾倒的狮子座流星雨11月显身的狮子座流星雨让无数人为之倾倒。这次流星雨多而密，天文迷借此机会许完了整个世际的心愿。,“最酷最炫”的太空图片2,三、绚烂、神秘的极光由于太阳活动频繁，美国北部几个州的居民难得地见到了平常只出现在南北极的美丽极光。极光绚烂、神秘，那些希望远离人类喧嚣的天文迷恨不得乘极光离开地球。,“最酷最炫”的太空图片3,四、怒气冲冲的太阳千万别去惹“太阳公公”，他烦着呢。太阳风暴平均11年爆发一次，太阳释放出能量最旺的耀斑，太阳风暴图片的确很美，但千万别跑到操场上看太阳、找耀斑，因为“太阳公公”怒气未消，他灼热的“目光”会让你的眼睛很受伤。,“最酷最炫”的太空图片,五、饱经风霜的“爱神”小行星既然被取名为“Eros”，“爱神”小行星在人们的心中是一个漂亮、干净的形象。但登陆“爱神”的Shoemaker号探测器发回的照片却告诉我们，情况并非如此。照片显示，行星表面布满了坑洞这些坑洞是由火山爆发以及小行星相撞形成。,“最酷最炫”的太空图片,六、火星上的日出美景来看看日出美景。这可不是普通的日出景色，而是火星上的日出景色。天文艺术家利用电脑软件和有关数据创作了这幅图片，图中显示的是“火星大峡谷”的3D外形结构，有人认为“火星大峡谷”是由冰川或水流腐蚀形成。,“最酷最炫”的太空图片,七、并不那么明亮的慧星今年九月，深空一号探测器成功接近这颗叫做“Borrelly”的彗星，并拍得数十张彗核图片。通过对照片的分析，天文学家们初步得出结论：慧星比人类想象中要暗淡得多，可能是太阳系中最暗的星。,“最酷最炫”的太空图片,八、让人看了做恶梦的“鬼头星云”该图是哈勃望远镜拍摄的“鬼头星云”照片。NGC2080是“鬼头星云”的学术名，它位于剑鱼座30星云南方的一条恒星诞生区。“鬼头星云”的颜色和形状十分怪异，就象“双目炯炯”的“鬼头”。天文学家认为，从“鬼头”中散发出来的红光和蓝光其实是邻近的恒星对氢气加热而形成，绿光来自灼热的氧气，中心的白色区域是三种颜色光的组合。两只“鬼眼”是温度极高的氢气和氧气区。,“最酷最炫”的太空图片,九、笼罩在沙尘阴霾中的火星这是两幅摄于不同时间的火星图片。左边的一幅摄于今年七月火星离地球最近时，当时火星正对着太阳，星球被照得通亮，山脉沟壑清晰可见；右边的一幅摄于今年九月初，那时，火星上的沙尘暴已经肆虐了近两个月，整个火星笼罩在一片沙尘阴霾之中。幸亏地球上没有出现这样的沙尘暴！,“最酷最炫”的太空图片,十、经历暴风雨的木星看这幅由木星探测器发回地球的照片：木星上正经历暴风雨。在图片中，暴风雨地点被标以较醒目的颜色；插入的黑白小图则表明木星上还有闪电。,“最酷最炫”的太空图片,
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