高一必修2物理行星的運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)整理
(一)科學(xué)家對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究過程
思考1：在古代，人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)有哪幾種學(xué)說?
思考2：如何客觀的評(píng)價(jià)這兩種學(xué)說?
這兩種學(xué)說都不完善，因?yàn)樘�，地球等天體都是運(yùn)動(dòng)的，太陽只是太陽系的中心天體，不是宇宙的中心。鑒于當(dāng)時(shí)對(duì)自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)能力，日心說比地心說更先進(jìn)，日心說更能完美的解釋天體的運(yùn)動(dòng)。
思考3：之后的科學(xué)家做了哪些努力?
導(dǎo)師丹麥天文學(xué)家第谷(1546-1601)是富二代，喜歡觀察星系，丹麥國(guó)王就把一個(gè)小島給他，配上先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。對(duì)行星進(jìn)行了多年的觀測(cè)記錄，最后收了一個(gè)徒弟叫德國(guó)天文學(xué)家開普勒(1571-1630)用了20年的時(shí)間研究了他的導(dǎo)師丹麥天文學(xué)家第谷(1546-1601)的行星觀測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)如果假設(shè)行星的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所得數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)至少有8分的角度誤差。當(dāng)時(shí)公認(rèn)的第谷的觀測(cè)誤差不超過2分,開普勒想,這不容忽視的8分也許是因?yàn)槿藗冋J(rèn)為行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所造成的.只有假設(shè)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道不是圓,而是橢圓,才能解釋這種差別.后來開普勒又仔細(xì)研究了第谷的觀測(cè)資料,經(jīng)過四年多的刻苦計(jì)算先后否定了19種設(shè)想,最后終于發(fā)現(xiàn)了天體運(yùn)行的規(guī)律開普勒三大定律。
(二)開普勒三定律
思考1：開普勒第一定律的內(nèi)容是?橢圓的焦點(diǎn)是什么?開普勒第一定律的意義是什么?
定義：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，也叫軌道定律。
開一意義：
1.第一定律解決了行星軌道問題,不是圓而是橢圓,行星與太陽的距離在不斷變化,有時(shí)遠(yuǎn)離,有時(shí)靠近太陽,所以行星的運(yùn)動(dòng)就不是哥白尼在日心說中所提出的.圓周運(yùn)動(dòng).
2.太陽并不是位于橢圓中心,而是位于焦點(diǎn)處。
3.不同行星軌道不同,但所有軌道的焦點(diǎn)重合。
思考2：開普勒第二定律的內(nèi)容是什么?遠(yuǎn)日點(diǎn)和近日點(diǎn)的速率大小如何?
也叫面積定律。對(duì)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.
行星離太陽比較近時(shí),速度比較快,離太陽比較遠(yuǎn)時(shí),速度比較慢,即在近日點(diǎn)(線)速度大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速度。
(重點(diǎn)難點(diǎn))思考3：開普勒第三定律的內(nèi)容是什么?這個(gè)比值取決于什么?怎樣理解開普勒第三定律?
也叫周期定律。所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等.
注.比值k是一個(gè)對(duì)所有行星都相同的常量,與環(huán)繞天體無關(guān),只與中心天體有關(guān)。
思考4：為了簡(jiǎn)化研究，在中學(xué)階段的學(xué)習(xí)中，行星運(yùn)動(dòng)按什么運(yùn)動(dòng)來處理?這時(shí)候開普勒三大定律變?yōu)槭裁磧?nèi)容?
1.行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道十分接近圓，太陽處在圓心
2.對(duì)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徑的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。
思考5：使用開普勒三定律時(shí)需要注意什么?
(1)開普勒定律適用于所有環(huán)繞天體繞中心天體的運(yùn)動(dòng),不過此時(shí)比值k是由中心天體質(zhì)量所決定的另一恒量.
(2)行星的軌道都跟圓近似,因此計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為行星是做勻速圓周運(yùn)動(dòng).
(3)開普勒定律是總結(jié)行星運(yùn)動(dòng)的觀察結(jié)果而總結(jié)歸納出來的規(guī)律,它們每一條都是經(jīng)驗(yàn)定律,都是從觀察行星運(yùn)動(dòng)所取得的資料中總結(jié)出來的。
思考6：為什么一年之內(nèi)秋冬兩季比春夏兩季少幾天?
地球繞日運(yùn)行時(shí)，對(duì)北半球的觀察者而言，在冬天經(jīng)過近日點(diǎn)，夏天經(jīng)過遠(yuǎn)日點(diǎn)，有開普勒第二定律知道，地球在冬天比在夏天運(yùn)動(dòng)的快一些，因此，地球軌道上相當(dāng)于春夏的部分比秋冬的部分要長(zhǎng)一些，一年之內(nèi)，春夏兩季共186天，秋冬兩季只有179天。
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