從托勒密到開普勒2

5.1從托勒密到開普勒第5章萬有引力與航天11.了解“地心說”、“日心說”的建立及其發(fā)展過程與科學(xué)家們的杰出工作。2.理解行星運動的規(guī)律：“開普勒行星運動三大定律”。2

夜晚，仰望蒼穹，繁星閃爍，美麗的月亮把我們帶入了無限的遐想之中，這浩瀚無垠的宇宙中有著無數(shù)的大小不一、形態(tài)各異的天體，它們的神秘始終讓我們渴望去了解，并不斷地去探索。3

讓我們跨越千年時空，重溫古人對宇宙認識的發(fā)展歷程。天體究竟做怎樣的運動呢？4一.托勒密集古代天文學(xué)研究之大成托勒密托勒密（C.Ptolemaeus,約90—168），集古代天文學(xué)、地理學(xué)、數(shù)學(xué)研究之大成的古希臘學(xué)者。5托勒密的宇宙模型中間:地球九重天:月球水星金星太陽火星木星土星恒星天原動天6地心說

地球是宇宙的中心,地球是靜止不動的，太陽、月亮以及其他行星都繞地球運動,代表人物是托勒密。托勒密的理論在天文學(xué)研究上有一定的積極意義。如“天球”球殼對恒星進行定位的坐標(biāo)系，至今仍在天文觀測中應(yīng)用。7

托勒密的宇宙模型是以地球為參考系對天體運動的直接觀測結(jié)果的客觀描述。因此為了描述天體的運動，其模型中竟用了80多個輪子，重重疊疊，令人頭暈?zāi)垦！?“地心說”占較長時間統(tǒng)治地位的原因是它比較符合人們的日常經(jīng)驗,如:太陽從東邊升起,從西邊落下，同時它也符合當(dāng)時在政治上占統(tǒng)治地位的宗教精神。

托勒密構(gòu)筑的宇宙“地心體系”九重天模型，當(dāng)時被奉為“金科玉律”，一直傳到15世紀?！暗匦恼f”為什么能夠占據(jù)較長的統(tǒng)治時間呢?9

十六世紀“日心說”創(chuàng)立之前的一千多年中，“地心說”一直占統(tǒng)治地位，并長期為教會所利用，宣稱恒星天上面是最高天，也就是天神的住所。由于這一學(xué)說沒有反映行星運動的本質(zhì)，經(jīng)不起長時間的觀測檢驗，后來被哥白尼的“日心說”推翻。二.哥白尼迎來了科學(xué)的春天10太陽“日心說”模型哥白尼11哥白尼的研究方法長期的觀測哥白尼的新宇宙觀大膽的猜測反復(fù)的計算

太陽是不動的，且位于宇宙的中心，包括地球在內(nèi)的所有行星都圍繞太陽做勻速圓周運動。日心說：12哥白尼的研究成就

在其巨著《天體運行論》中，完整地提出了宇宙的日心體系學(xué)說，即太陽系模型。他根據(jù)觀測資料運用日心體系模型算出了每顆行星繞太陽運行的周期，且在歷史上第一次算出了每顆行星到太陽的距離，從而也第一次給出了宇宙大小的尺度。13“日心說”對天體的描述大為簡化，同時打破了過去認為其他天體和地球截然有別的界限，是一次真正的科學(xué)革命。這種學(xué)說和宗教的主張是相反的。為宣傳和捍衛(wèi)這個學(xué)說，意大利學(xué)者布魯諾被宗教裁判活活燒死，伽利略受到殘酷的迫害。后人把歷史上這次勇敢的壯舉形容為：“哥白尼攔住了太陽，推動了地球。”14哥白尼“日心說”在歷史上的影響

哥白尼“日心說”引起了天文學(xué)上的一次革命，有力地推動了歐洲文藝復(fù)興時期思想解放的浪潮，迎來了近代科學(xué)的春天，從此“自然科學(xué)便開始從神學(xué)中解放出來?！?5為什么“日心說”能戰(zhàn)勝“地心說”?“日心說”之所以能夠戰(zhàn)勝“地心說”是因為很多“地心說”不能解釋的現(xiàn)象“日心說”則能說明，就是說“日心說”比“地心說”更科學(xué)，更接近事實。例如：若地球不運動，則晝夜交替是太陽繞地球運動形成的，那么每天的情況就應(yīng)相同，事實上，每天白天的長短不同，冷暖不同，而“日心說”則能說明這種情況：白晝是地球自轉(zhuǎn)形成的，而四季是地球繞太陽公轉(zhuǎn)形成的。16“日心說”的觀點絕對正確嗎？問題與思考17三.開普勒提出行星運動三定律1.古人為什么認為天體運動是勻速圓周運動？原因:無論“地心說”也好,“日心說”也好,古人認為天體的運動都是很神圣的,認為天體的運動必然是最完美,最和諧的勻速圓周運動,天體的運動和地面上的運動遵循的規(guī)律也應(yīng)不同。182.開普勒對天體做勻速圓周運動產(chǎn)生懷疑的原因開普勒用天體做勻速圓周運動的觀點所得的結(jié)論和第谷所觀測的數(shù)據(jù)存在至少8′的角度誤差,但當(dāng)時公認觀測數(shù)據(jù)的誤差不超過2′,也就是說,這6′的誤差產(chǎn)生的原因可能是對天體運動的認識觀點存在問題,因此產(chǎn)生了對天體運動是勻速圓周運動這一觀點的懷疑。19開普勒（德國）四年多的刻苦計算↓第谷（丹麥）二十年的精心觀測↓8分的誤差

否定19種假設(shè)↓行星軌道為橢圓若是勻速圓周運動……怎么回事呢……潛心研究20

哥白尼的宇宙體系動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）進行的。第谷21

開普勒研究了第谷連續(xù)20年的觀測數(shù)據(jù)，希望進一步解釋哥白尼的行星圓形軌道模型。但他失敗了。因為他得到的結(jié)果與第谷的觀測數(shù)據(jù)至少有8′的誤差,開普勒相信這不是第谷的粗心，而是哥白尼的理論還需要進一步完善。從此他開始研究行星的非勻速圓周運動。經(jīng)過多年的埋頭計算，數(shù)十次地否定自己的設(shè)想，開普勒最終發(fā)現(xiàn)了更精確的行星運動規(guī)律，并先后提出了行星運動的三大定律。開普勒(1571-1630)是德國近代著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家

22開普勒三定律１.第一定律（軌道定律）：所有行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處于所有橢圓的一個公共焦點上。23２.第二定律（面積定律）：對于每一顆行星而言，太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。離太陽近時速度快，離太陽遠時速度慢。24３.第三定律（周期定律）：所有行星軌道的半長軸的立方與公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。比值k是與行星無關(guān)而只與太陽有關(guān)的常量。25需要注意：1.開普勒定律不僅適用于行星，也適用于衛(wèi)星，只不過此時比值k

是由行星質(zhì)量所決定的另一恒量。2.行星的軌道都跟圓近似，因此計算時可以認為行星做勻速圓周運動。3.開普勒定律是總結(jié)行星運動的觀察結(jié)果而歸納出來的規(guī)律，它們每一條都是經(jīng)驗定律，都是從觀察行星運動所取得的資料中總結(jié)出來的。26例1.關(guān)于行星的運動，以下說法正確的是（）A.行星軌道的半長軸越長，自轉(zhuǎn)周期就越大B.行星軌道的半長軸越長，公轉(zhuǎn)周期就越大C.水星的半長軸最短，公轉(zhuǎn)周期最大D.海王星離太陽“最遠”，繞太陽運動的公轉(zhuǎn)周期最長BD271.關(guān)于“日心說”被人們接受的原因是()A.太陽總是從東面升起B(yǎng).地球是繞太陽運轉(zhuǎn)的C.以地球為中心來研究天體的運動有很多無法解決的問題D.以太陽為中心，許多問題都可以解決，行星運動的描述也變得簡單了D282.關(guān)于地球和太陽，下列說法中正確的是()

A.地球是圍繞太陽運轉(zhuǎn)的B.太陽總是從東面升起，從西面落下，所以太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)C.由于地心說符合人們的日常經(jīng)驗，所以地心說是正確的D.地球是繞太陽做勻速圓周運動的A

293.關(guān)于公式下列說法中不正確的是()A.此公式是哥白尼通過天文觀測結(jié)果歸納總結(jié)出來的B.此公式是開普勒通過研究第谷的觀測資料歸納總結(jié)出來的C.此公式可以推廣到繞地球運轉(zhuǎn)的所有衛(wèi)星，但k值不同于繞太陽運轉(zhuǎn)的行星D.一般計算中，如果可以把行星的橢圓軌道近似看成圓，則a就是這個圓的半徑A

304.關(guān)于公式中的常量k，下列說法中正確的是()

A.此公式只適用于繞太陽運轉(zhuǎn)的所有行星B.公式可推廣到宇宙中不同星體圍繞同一星球運轉(zhuǎn)的情形下C.對繞太陽運轉(zhuǎn)的行星而言，k值既與各行星有關(guān)還跟太陽有關(guān)D.對繞地球運轉(zhuǎn)的所有衛(wèi)星而言，k值與衛(wèi)星無關(guān)BD

315.(2012·寶雞高一檢測)如圖所示是行星m繞恒星M運動的示意圖，下列說法正確的是（）A.速度最大點是B點