第七章萬有引力與航天7.1行星的運動美國航天行星運動\美國航天計劃.doc中國航天白皮書中國航天計劃我國古代天文觀

中國古代的宇宙理論主要在周代至?xí)x代歷史時期，天體學(xué)說有所謂論天六家：即蓋天、渾天、宣夜、昕天、穹天、安天。其中主要有三家：即蓋天、渾天、宣夜。昕天基本上屬于蓋天體系，穹天是蓋天說的翻版，安天則是宣夜的發(fā)展。蓋天說出現(xiàn)于周代，主張“天圓如張蓋，地方如棋局”的天圓地方說。渾天說起源于戰(zhàn)國時期，主張大地是個球形，外裹著一個球形的天穹，地球浮于天表內(nèi)的水上。宣夜說認為"天"并沒有一固定的天穹，而只不過是無邊無涯的氣體，日月星辰就在氣體中飄浮游動。宣夜說自然觀的基礎(chǔ)是元氣學(xué)說。戰(zhàn)國時代宇宙無限的猜測。宣夜自然觀的基礎(chǔ)是元氣學(xué)說。二、地心說與日心說之爭主要宇宙學(xué)說主要觀點代表人物爭論結(jié)果主要宇宙學(xué)說主要觀點代表人物爭論結(jié)果地心說地球是宇宙的中心，其它天體都圍繞著地球運動托勒密“日心說”戰(zhàn)勝了“地心說”日心說太陽是靜止不動的，是宇宙的中心，地球和其它天體都圍繞太陽運動。哥白尼托勒密：地心宇宙

托勒密的天體模型之所以能夠流行千年，是有它的優(yōu)點和歷史原因的。它的主要特點是：

1繞著某一中心的勻角速運動，符合當(dāng)時占主導(dǎo)思想的柏拉圖的假設(shè)，也適合于亞里士多德的物理學(xué)，易于被接受。

2用幾種圓周軌道不同的組合預(yù)言了行星的運動位置，與實際相差很小，相比以前的體系有所改進，還能解釋行星的亮度變化。

3地球不動的說法，對當(dāng)時人們的生活是令人安慰的假設(shè)，也符合基督教信仰。哥白尼:擋住了太陽，推動了地球公元1543年，哥白尼發(fā)表了《天體運動論》。他堅信宇宙與自然是美的，而美的東西一定是簡單與和諧的。他提出，行星和地球繞太陽做勻速圓周運動，只有月亮環(huán)繞地球運行。由于地球的自轉(zhuǎn)，我們看到了太陽、月亮和眾星每天由東向西的運動。這個理論也解釋了行星的逆行等許多現(xiàn)象?？茖W(xué)革命：城堡中的天文學(xué)：第谷1.第谷對天文學(xué)的重大貢獻在于他通過長期觀測積累的有關(guān)行星運行的大量數(shù)據(jù)資料，成為那個時代罕見的天文觀測家，獲得“星學(xué)之王”的美稱。2.1572年11月11日夜間，第谷仰望繁星閃爍的天空，突然發(fā)現(xiàn)仙后座中有一顆前所未見的“新星”。第谷在一篇論文中首次發(fā)明了“新星”（Nova）一詞，并指出，星座一成不變的說法是錯誤的。后人為了紀(jì)念他，把這顆新星叫做第谷星。

3.第谷對彗星所作的觀測，是他取得的又一個成就。此外，第谷還發(fā)現(xiàn)了許多新的現(xiàn)象，如黃赤交角的變化，月球運行的二均差，以及歲差的測定等。4.第谷晚年發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)了開普勒，這是他對科學(xué)作出的最大貢獻。開普勒沒有辜負恩師的苦心培育和殷切期望，在科學(xué)陣地上縱橫馳騁，相繼創(chuàng)立了行星運動三定律，在科學(xué)史上做出了不可磨滅的貢獻。開普勒：真理超出期望約翰尼斯．開普勒(JohannesKepler)于1571年12月27日在德國西南部的符騰堡魏爾市出生。到1609年，開普勒發(fā)表了多項有關(guān)行星運動的理論，當(dāng)中包括開普勒第一及第二定律。到1618年，開普勒再次發(fā)表了有關(guān)行星運動的開普勒第三定律的論文。直到1630年因病離世，享年五十八歲。二、開普勒三大定律第一定律（又叫橢圓軌道定律）：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。第二定律（又叫面積定律）：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積。開普勒第三定律（又叫周期定律）：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。太陽系八大行星的平均軌道半徑和周期(1)開普勘定律不僅適用于行星繞大陽運動，也適用于衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，不過比例式中的是不同的，與中心天體有關(guān)。說明(2)開普勒定律是總結(jié)行星運動的現(xiàn)察結(jié)果而總結(jié)歸納出來的規(guī)律。它們每一條都是經(jīng)驗定律，都是從行星運動所取得的資料中總結(jié)出來的規(guī)律。開普勒定律只涉及運動學(xué)，幾何學(xué)方面的內(nèi)容。3)由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，在近似計算中，可以認為，行星都以太陽為圓勻速圓周運動。在這種情況下，若用R代表軌道半徑，T代表公轉(zhuǎn)周期，開普勒第三定律可以用下面的公式表示

(4)開普勒關(guān)于行星運動的確切描述，不僅使人們在解決行星的運動學(xué)問題上有了依據(jù)，更澄清了人們對天體運動神秘，模糊的認識，同時也推動了對天體動力學(xué)問題的研究。為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)課堂練習(xí)1.地心說和日心說都把天體的運動看成很神圣的，認為天體的運動必然是最完美、最和諧的＿＿＿運動，而和＿＿的天文學(xué)家＿＿＿的觀測數(shù)據(jù)不符。

1957年,蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。1962年,美國發(fā)射了第一顆通訊衛(wèi)星,使美國與歐洲第一次同時看到一個電視節(jié)目。1965年,美國發(fā)射同步通訊衛(wèi)星,使全世界每一個角落都可以接受相同的訊息。1984年,我國成功地發(fā)射了第一顆同步通訊衛(wèi)星,標(biāo)志著我國也進入了全球衛(wèi)星通訊的時代。這是一顆地球靜止軌道試驗通信衛(wèi)星。一種通訊衛(wèi)星要“靜止”在地面上空的某一點，它的運行周期必須與地球自轉(zhuǎn)的周期相同。月球環(huán)繞地球運動的軌道半徑約為地球半徑的60倍，運行周期為27天。請你根據(jù)估算：這種通訊衛(wèi)星到地心的距離大約是多少千米？（地球半徑）1勻速圓周，丹麥，第谷。

思路：月球和人造衛(wèi)星都圍繞地球運動，根據(jù)開普勒第三定律，它們運行軌道半徑的三次方根圓周運動周期的二次方的比值相等。

設(shè)人造地球衛(wèi)星運行半徑為R，周期為T；月球的軌道半徑為R‘,周期為T’。根據(jù)開普勒第三定律所以

在赤道平面內(nèi)離地面高度隨地球一起轉(zhuǎn)動的人造衛(wèi)星，好像停留在空中，通常叫定點衛(wèi)星，它們離地面的高度是一個確定的值，不能隨意變動。小結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了開普勒三定律，其中第一定律反映行星的運動軌跡都是橢圓；第二定律描述了行星在近日點的速率大，遠日點的速率?。坏谌山沂玖塑壍腊腴L軸與公轉(zhuǎn)周期的定量關(guān)系。在中學(xué)階段一般采用近似計算，認為行星都是以太陽為中