第六章 萬有引力與航天,仰望星空 我仰望星空， 我仰望星空 它是那樣寥廓而深邃； 它是那樣自由而寧靜； 那無窮的真理， 那博大的胸懷， 讓我苦苦地求索、追隨。 讓我的心靈棲息、依偎。 我仰望星空， 我仰望星空， 它是那樣莊嚴(yán)而圣潔； 它是那樣壯麗而光輝； 那凜然的正義， 那永恒的熾熱， 讓我充滿熱愛、 讓我心中燃起希望的烈 感到敬畏。 焰、響起春雷。 溫家寶,6-1 行星的運(yùn)動(dòng),太陽系示意圖,6.1 行星的運(yùn)動(dòng),1.地心說的代表人物和主要觀點(diǎn),一、關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的兩種對立觀點(diǎn),2.日心說的代表人物和主要觀點(diǎn),地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古希臘學(xué)者歐多克斯在公元前三世紀(jì)提出，后來經(jīng)托勒密（90-168）進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。,1、地心說(Geocentric Universe),地心說-托勒密建立和完善。,地心說的建立與發(fā)展,基本觀點(diǎn)： 1.地球是球體。 2.地球是靜止不動(dòng)的，而且處于宇宙的中心,從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星,再外面是鑲嵌著所有恒星的天球恒星天。最外面，是推動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)天。 3.所有日月星辰都圍繞地球勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。,托 勒 密,地 心 說,地球是宇宙的中心,并且靜止不動(dòng),一切行星圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),火星逆行,復(fù)雜:火星的逆行,隨著天文觀測不斷進(jìn)步，“地心說”暴露出許多問題。 在公元前300多年的赫拉克里特和阿里斯塔克斯就已經(jīng)提到過太陽是宇宙的中心，地球圍繞太陽運(yùn)動(dòng)。 波蘭天文學(xué)家哥白尼(1473-1543)經(jīng)過近四十年的觀測和計(jì)算，于1543年出版了“天體運(yùn)行論”正式提出“日心說”。,2、日心說(heliocentric theory),太陽是宇宙的中心,并且靜止不動(dòng),一切行星都圍繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)。,哥白尼-日心說,哥白尼,基本觀點(diǎn)： （1）太陽是不動(dòng)的，而且在宇宙中心，水星、金星、火星、木星、土星和地球一樣，都在圓形軌道上勻速率地繞著太陽公轉(zhuǎn)。 （2）月球是地球的衛(wèi)星，它在以地球?yàn)橹行牡膱A軌道上每月繞地球轉(zhuǎn)一周，并隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)。 （3）地球每天自轉(zhuǎn)一周，天穹實(shí)際上不轉(zhuǎn)動(dòng)，只是由于地球的自轉(zhuǎn)才是我們看到了日月星辰每天東升西落的現(xiàn)象。,哥白尼-日心說,日 心 說,太陽是宇宙的中心,并且靜止不動(dòng),一切行星都圍繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)。,哥白尼,第谷的天文學(xué)觀測,哥白尼的宇宙體系動(dòng)搖了基督教宇宙體系的根基，但它并沒有在天文測算的精確度上有多大的提高。近代早期最重要的觀測工作是由丹麥的第谷（1546-1601）進(jìn)行的。,大家都認(rèn)為行星運(yùn)動(dòng)繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道是圓形,真的是圓？,那么每個(gè)季節(jié)應(yīng)該有相同的天數(shù),秋冬兩季比春夏兩季時(shí)間短,春92天,夏94天,秋89天,冬90天,實(shí)際情況,德國的物理學(xué)家開普勒繼承和總結(jié)了他的導(dǎo)師 第谷的全部觀測資料及觀測數(shù)據(jù)，也是以行星 繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的模型來思考和計(jì)算的 ，因?yàn)椴还苁恰暗匦恼f”還是“日心說”，都 把天體運(yùn)動(dòng)看得很神圣，認(rèn)為天體運(yùn)動(dòng)必然是 最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。但結(jié)果總是 與第谷的觀測數(shù)據(jù)有8的角度誤差.當(dāng)時(shí)公認(rèn) 的第谷的觀測誤差不超過2,開普勒想，天體 運(yùn)動(dòng)很可能不是勻速圓周運(yùn)動(dòng).在這個(gè)大膽思 路下，開普勒又經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算，先后 否定了19種設(shè)想，最后終于計(jì)算出行星是繞太 陽運(yùn)動(dòng)的，并且運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，證明了哥白 尼的“日心說”是正確的.并總結(jié)為行星運(yùn)動(dòng) 三定律。,開普勒的天文學(xué)觀測,第 谷（丹麥）,開普勒（德國）,假設(shè)地球繞太陽的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)橢圓運(yùn)動(dòng),太陽在焦點(diǎn)上,根據(jù)曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，得在秋分到冬至再到春分的時(shí)間比從春分到夏至再到秋分的時(shí)間短，所以秋冬兩季比春夏兩季要短。,開普勒,開普勒第一定律,所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,3、開普勒三定律,橢圓,開普勒,開普勒第二定律,對于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積,3、開普勒三定律,開普勒,開普勒第三定律,所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值（k）都相等,3、開普勒三定律,3.361018 3.361018 3.361018 3.361018 3.361018 3.361018 3.371018 3.371018 1.031013 1.031013,動(dòng)手算一算,動(dòng)手計(jì)算后，你得到了什么？,所有行星的半長軸的三次方與周期的平方的比值都相等，月球、衛(wèi)星的比值也相等,K值與環(huán)繞天體無關(guān)，與中心天體有關(guān),開普勒第三定律,1. a 指橢圓軌道的半長軸，T指行星運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期（繞中心天體運(yùn)行一周的時(shí)間）,2. k 是一個(gè)常數(shù)，對于繞同一中心天體運(yùn)動(dòng)的行星來說，k的大小與行星無關(guān)，只與中心天體有關(guān),公式表述：,開普勒第一定律（軌道定律）,所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)，太陽是在這些橢圓的其中一個(gè)焦點(diǎn)上。,開普勒第二定律（面積定律）,太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。即近日點(diǎn)速率最大，遠(yuǎn)日點(diǎn)速率最小。,開普勒第三定律（周期定律）,所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方與周期的平方成正比。,即有: a13：a23=T12：T22,注意: k的大小與行星無關(guān)，只與太陽有關(guān)。,或: a3/T2=k,3、開普勒三定律,在中學(xué)階段，我們將橢圓軌道按照圓形軌道處理，則開普勒定律描述為：,1.行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽處在圓心,1.所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,2. 對于每一個(gè)行星而言，太陽和行星的聯(lián)線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積,3.所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等,2.對于某一行星來說，它繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度（或線速度）不變，即行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng),3.所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等 即R/T=k,2、金星與地球都在繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn),那么金星上的一天肯定比24小時(shí)短嗎?,1、海王星離太陽“最遠(yuǎn)”，繞太陽運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期最長，對嗎？,觀察八大行星圖后請思考:,1、開普勒第一定律（軌道定律）,所有行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。,2、開普勒第二定律（面積定律）,對任意一個(gè)行星來說，它與太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。,3、開普勒第三定律（周期定律）,所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等,k 的大小與行星無關(guān)，只與太陽質(zhì)量有關(guān)。,小結(jié),a,1、關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的下列說法中正確的是（ ） A、所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)。 B、行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)太陽位于行星軌道的中心處。 C、離太陽越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越長。 D、所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期 的二次方的比值都相等。,D,2、地球繞太陽的運(yùn)行軌道是橢圓，因而地球與太陽之間的距離隨季節(jié)變化。冬至這天地球離太陽最近，夏至最遠(yuǎn)。下列關(guān)于地球在這兩天繞太陽公轉(zhuǎn)速度大小的說法中，正確的是 （ ） A地球公轉(zhuǎn)速度是不變的 B冬至這天地球公轉(zhuǎn)速度大 C夏至這天地球公轉(zhuǎn)速度大 D無法確定,B,3、關(guān)于開普勒定律，下列說法正確的是（ ） A.開普勒定律是根據(jù)長時(shí)間連續(xù)不斷的、對行星位置觀測記錄的大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算分析后獲得的結(jié)論 B.根據(jù)開普勒第二定律，行星在橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)的過程中，其速度隨行星與太陽之間距離的變化而變化，距離小時(shí)速度大，距離大時(shí)速度小 C.行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道，可以近似看做為圓，即可以認(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng) D.開普勒定律，只適用于太陽系，對其他恒星系不適用；行星的衛(wèi)星（包括人造衛(wèi)星）繞行星的運(yùn)動(dòng)，是不遵循開普勒定律的,ABC,4、關(guān)于行星的運(yùn)動(dòng)說法正確的是（ ） A、行星半長軸越長，自轉(zhuǎn)周期越大 B、行星半長軸越長，公轉(zhuǎn)周期越大 C、水星半長軸最短，公轉(zhuǎn)周期最大 D、冥王星半長軸最長，公轉(zhuǎn)周期最大,BD,5、行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)軌道如果是圓形，那么運(yùn)行周期T的平方與軌道半徑r的三次方的比為常數(shù)，設(shè)T2/r3=k,則常數(shù)k的大小( ) A . 只與恒星的質(zhì)量有關(guān) B. 與恒星的質(zhì)量及行星的的質(zhì)量有關(guān) C. 只與行星的質(zhì)量有關(guān) D. 與恒星的質(zhì)量及行星的的速度有關(guān),小結(jié)： R3/T2=k，無論是對于不同行星繞太陽轉(zhuǎn)還是 對于不同衛(wèi)星繞同一個(gè)行星轉(zhuǎn)，都是合適的， 只是k值不同，k與行星或衛(wèi)星無關(guān)，僅與中 心天體有關(guān)。,A,6、神舟六號沿半徑為R的圓周繞地球運(yùn)動(dòng)，其周期為T，如果飛船要返回地面，可在軌道上的某一點(diǎn)A處，將速率降低到適當(dāng)數(shù)值，從而使飛船沿著以地心為焦點(diǎn)的特殊橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，橢圓和地球表面在B點(diǎn)相切，如圖所示，如果地球半徑為R0，求飛船由A點(diǎn)到B點(diǎn)所需的時(shí)間。,7、已知木星繞太陽的公轉(zhuǎn)周期是地球繞太陽 公轉(zhuǎn)周期的12倍，則木星軌道半長軸是地球 軌道半長軸的多少倍？,根據(jù)開普勒第三定律有,八大行星軌道數(shù)據(jù)表,一、形似沙漏的五彩星云 這是一團(tuán)距離地球3000光年的星云，學(xué)名為Mz3。與其它星云有所不同的是：該星云看上去就像是一只“沙漏”，中間窄，兩頭寬(平常發(fā)現(xiàn)的其它星云通常為圓形)。星云兩頭不時(shí)冒出泡泡。這種現(xiàn)象令天文學(xué)家驚奇不已。,“最酷最炫”的太空圖片1,二、讓無數(shù)人傾倒的獅子座流星雨 11月顯身的獅子座流星雨讓無數(shù)人為之傾倒。這次流星雨多而密，天文迷借此機(jī)會(huì)許完了整個(gè)世際的心愿。,“最酷最炫”的太空圖片2,三、絢爛、神秘的極光 由于太陽活動(dòng)頻繁，美國北部幾個(gè)州的居民難得地見到了平常只出現(xiàn)在南北極的美麗極光。極光絢爛、神秘，那些希望遠(yuǎn)離人類喧囂的天文迷恨不得乘極光離開地球。,“最酷最炫”的太空圖片3,四、怒氣沖沖的太陽 千萬別去惹“太陽公公”，他煩著呢。太陽風(fēng)暴平均11年爆發(fā)一次，太陽釋放出能量最旺的耀斑，太陽風(fēng)暴圖片的確很美，但千萬別跑到操場上看太陽、找耀斑，因?yàn)椤疤柟迸瓪馕聪?，他灼熱的“目光”?huì)讓你的眼睛很受傷。,“最酷最炫”的太空圖片,五、飽經(jīng)風(fēng)霜的“愛神”小行星 既然被取名為“Eros”，“愛神”小行星在人們的心中是一個(gè)漂亮、干凈的形象。但登陸“愛神”的Shoemaker號探測器發(fā)回的照片卻告訴我們，情況并非如此。照片顯示，行星表面布滿了坑洞這些坑洞是由火山爆發(fā)以及小行星相撞形成。,“最酷最炫”的太空圖片,六、火星上的日出美景 來看看日出美景。這可不是普通的日出景色，而是火星上的日出景色。天文藝術(shù)家利用電腦軟件和有關(guān)數(shù)據(jù)創(chuàng)作了這幅圖片，圖中顯示的是“火星大峽谷”的3D外形結(jié)構(gòu)，有人認(rèn)為“火星大峽谷”是由冰川或水流腐蝕形成。,“最酷最炫”的太空圖片,七、并不那么明亮的慧星 今年九月，深空一號探測器成功接近這顆叫做“Borrelly”的彗星，并拍得數(shù)十張彗核圖片。通過對照片的分析，天文學(xué)家們初步得出結(jié)論：慧星比人類想象中要暗淡得多，可能是太陽系中最暗的星。,“最酷最炫”的太空圖片,八、讓人看了做惡夢的“鬼頭星云” 該圖是哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的“鬼頭星云”照片。NGC 2080是“鬼頭星云”的學(xué)術(shù)名，它位于劍魚座30星云南方的一條恒星誕生區(qū)?！肮眍^星云”的顏色和形狀十分怪異，就象“雙目炯炯”的“鬼頭”。天文學(xué)家認(rèn)為，從“鬼頭”中散發(fā)出來的紅光和藍(lán)光其實(shí)是鄰近的恒星對氫氣加熱而形成，綠光來自灼熱的氧氣，中心的白色區(qū)域是三種顏色光的組合。兩只“鬼眼”是溫度極高的氫氣和氧氣區(qū)。,“最酷最炫”的太空圖片