1、3.1 天体运动天体运动PLANETARY MOTION_第三章第三章 万有引力定律万有引力定律宇宙的起源:目前学术界影响较大的是“大爆炸宇宙大爆炸宇宙论论”“大爆炸宇宙大爆炸宇宙论论”是1927年由比利比利时时数学家勒梅特提出的，他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里，在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片，形成了今天的宇宙。宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点，而它周围却是一片空白，但是人类至今还不能确定范围，也无法验证把宇宙压缩在一个极小空间内的假设，这还只是一种臆测y c。对于宇宙，人类的认识是有限的，还有许多对于宇宙，人类的认识是有限的，还有
2、许多是未知的。那么，人类是如何开始认识宇宙是未知的。那么，人类是如何开始认识宇宙的呢？的呢？远远的街灯明了，远远的街灯明了，好像闪着无数的明星。好像闪着无数的明星。天上的明星现了，天上的明星现了，好像点着无数的街灯。好像点着无数的街灯。我想那缥渺的空中，定然有美丽的街市。我想那缥渺的空中，定然有美丽的街市。500米口径球面射电望远镜米口径球面射电望远镜 500米口径球面射电望远镜（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，简称FAST）采用我国科学家独创的设计和我国贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件，建设一个约30个足球场大的高灵敏度的巨
3、型射电望远镜。FAST的反射面总面积约25万平方米，用于汇聚无线电波、供馈源接收机接收。FAST有望在2016年9月建成，建成后将成为世界级射电天文研究中心。一、恒星：恒星是由非固态、液态、气态的第四态等离子体组成的，是能自己发光的球状或类球状天体。由于恒星离我们太远，不借助于特殊工具和方法，很难发现它们在天上的位置变化，因此古代人把它们认为是固定不动的星体，我们所处的太阳系的主星太阳就是一颗恒星。二、行星 行星通常指自身不发光，环绕着恒星的天体。其公转方向常与所绕恒星的自转方向相同。一般来说行星需具有一定质量，行星的质量要足够的大且近似于圆球状，自身不能像恒星那样发生核聚变反应。三、卫星 卫
4、星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造，以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。八大行星八大行星 八大行星是太阳系的八个行星，按照离太阳的距离从近到远，它们依次为水星（）、金星（）、地球（）、火星（）、木星（）、土星（）、天王星（）、海王星（）。八大行星自转方向多数也和公转方向一致。只有金星和天王星两个例外。金星自转方向与公转方向相反。而天王星是在轨道上横滚的。而曾经被认为是“九大行星”之一的冥王星于2006年8月24日被定义为“矮行星”。古人是如何认识宇宙的呢？古人是如何认识宇宙
5、的呢？（1）“天圆地方”说：（2）“浑天”说：（3）地心说：（4）日心说：古人对地球的认识古人根据有限范围内的观察（如日月星辰东升西落、远处天壤相古人根据有限范围内的观察（如日月星辰东升西落、远处天壤相接等），得出接等），得出“天圆地方天圆地方”之类的想法。之类的想法。天圆地方中国古人的中国古人的“天圆地方天圆地方”说说。东汉时期的天文学家张衡提出“浑天”说，认为天就像一个大鸡蛋，地球就是其中的蛋黄。浑天说：托托 勒勒 密（古希腊）密（古希腊）代表人物代表人物：古希腊学者托勒密托勒密基本论点：基本论点：地球地球是宇宙的中心，是静止静止不动的。太阳、月亮及其他行星都绕地球运动，并且作匀速圆周运动
6、。特点：特点：符合当时人们的日常生活经验。符合宗教神学的教义。代表作代表作：天文学大成地心模型地心模型托勒密如果地心说成立：1.太阳绕地球转一圈的时间为24小时。2.每天的日照时间一样，不会有一年四季之分。地心说模型地心说模型哥哥 白白 尼尼(波兰）波兰）代表人物代表人物：波兰天文学家哥白尼哥白尼基本论点：基本论点：太阳太阳是宇宙的中心，所有的行星都在绕太阳做匀速圆周运动匀速圆周运动。地球是绕太阳旋转的普通行星，月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球做匀速圆周匀速圆周运动运动，同时还跟地球一起绕太阳运动。与日地日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多。天穹不转动天穹不转动，因为地
7、球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象。代表作代表作：天球运行论哥白尼的日心说也有缺点和错误：1.日心说认为太阳是宇宙的中心，实际上太阳只是太阳系的中心天体，并不是宇宙的中心。2.日心说认为行星运行的轨道是圆，其实是椭圆。日心说也有缺陷，那么，天体运动到底遵循什么样的运动规律呢？第谷第谷把全身心都投入到把全身心都投入到行星位置的测量中。经过行星位置的测量中。经过20余年余年的观测，获得了大的观测，获得了大量的精确资料。但是，他量的精确资料。但是，他用圆形轨道进行验证，没用圆形轨道进行验证，没有得到理想的结果。有得到理想的结果。第第 谷谷（丹麦1546-1601）日心说进一步完善日心
8、说进一步完善日心说的进一步完善日心说的进一步完善第谷死后，他的学生开第谷死后，他的学生开普勒继续对他的观测资普勒继续对他的观测资料进行研究，最终发现，料进行研究，最终发现，发现行星运动的轨道是发现行星运动的轨道是椭圆，最终总结得出了椭圆，最终总结得出了开普勒行星运动三定律。开普勒行星运动三定律。开普勒开普勒（德国人1571-1630）数学补充：什么是椭圆？图钉图钉图钉图钉F1F2POABCDOA=OB-半长轴半长轴OC=OD-半短轴半短轴F1 和F 2 为焦点为焦点F1 F 2为焦距为焦距 所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动绕太阳运动,太阳是在这
9、些椭圆的一个焦点上太阳是在这些椭圆的一个焦点上 第一定律第一定律(轨道定律轨道定律)一一 、开普勒定律、开普勒定律 说明：说明：1.不同的行星，轨不同的行星，轨道不同，半长轴不道不同，半长轴不同。同。2.对不同的行星，对不同的行星，太阳总在他们的焦太阳总在他们的焦点上点上。太阳系模型：对每个行星来说对每个行星来说,太阳和行星的连线在相等太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积的时间内扫过相等的面积.第二定律第二定律(面积定律面积定律)ABCDEKt=t=tABCDEKS=S=S则则 第二定律的推论：第二定律的推论：行星离太阳近时速度快，离太行星离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。阳远时速度
10、慢。V1R1=V2R2 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等的公转周期的二次方的比值都相等kTa233、第三定律：（周期定律）、第三定律：（周期定律）注意：注意：比值比值k是是一个对所有行星都相同的一个对所有行星都相同的常量常量，与与行星无关，是行星无关，是只与太阳只与太阳（中心天体）的（中心天体）的质量质量有有关的恒量。关的恒量。C太阳半长轴a半短轴bAB行星注意：注意：1.多数行星多数行星绕太阳运动的绕太阳运动的轨道十分接近圆轨道十分接近圆，太阳，太阳处在圆心处。所以，中学阶段，我们把行星绕太处在圆心处。所以，中学阶段，我们把行
11、星绕太阳的运动近似当作阳的运动近似当作匀速圆周运动匀速圆周运动处理。处理。2.2.中，中，比值比值k是是一个对所有行星都相同的一个对所有行星都相同的 常量常量，与行星无关，是与行星无关，是只与太阳只与太阳（中心天体）的（中心天体）的质质量量有关的恒量。不同行星的半长轴不同，故公转有关的恒量。不同行星的半长轴不同，故公转周期也不同。周期也不同。3.地球绕太阳转动，月球绕地球转动，他们遵循地球绕太阳转动，月球绕地球转动，他们遵循相同的运动规律，但是，比值相同的运动规律，但是，比值K不同。不同。kTa23 课堂小结课堂小结一、地心说与日心说：一、地心说与日心说：二、行星运动定律二、行星运动定律1、轨
12、道定律：椭圆、轨道定律：椭圆2、面积定律：面积定律：3、周期定律：、周期定律：R 3/T2=k（K是一个只与中心天体质量有关的物理量）是一个只与中心天体质量有关的物理量）V V1 1R R1 1=V=V2 2R R2 2 1.下列说法正确的有下列说法正确的有 ()A 太阳系中的八大行星有一个共同的轨道太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点焦点 B 行星的运动方向总是沿着轨道的切线方行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向向 C 行星的运动方向总是与它和太阳的连线行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直垂直 D 地心说的说法是正确的地心说的说法是正确的 习题巩固习题巩固:AB 2.关于关于行星的运动行
13、星的运动,下列说法正确的有是下列说法正确的有是()A 行星轨道的半长轴越长行星轨道的半长轴越长,自转的周期就越自转的周期就越 大大 B 行星轨道的半长轴越长行星轨道的半长轴越长,公转的周期就越大公转的周期就越大 C 行星轨道的半长轴越短行星轨道的半长轴越短,公转的周期就越大公转的周期就越大 D“海王星海王星”离太阳最远离太阳最远,绕太阳运动的绕太阳运动的公转公转 周期最长周期最长BD3.3.某行星沿椭圆轨道运行，近日点离太阳距离为某行星沿椭圆轨道运行，近日点离太阳距离为a a，远日点离太阳距离为远日点离太阳距离为b b，过近日点时行星的速率为，过近日点时行星的速率为 ，则过远日点时速率为（则过远日点时速率为（）avabvabv abvbav abvabv A.B.C.D.C Cabvbav
