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3.1 认识天体运动
认识天体运动
物理学的起源可以说是从观测天体运动开始的……
因为天体运动是最简洁、最纯粹的自然运动。
在研究天体运动时人们首先好奇的就是：宇宙的中心是哪里？
而对这一问题的研究，要从两个假说谈起……
从“地心说”到“日心说”
1.地心说
代表人物:
托勒密
观点:
地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮及其它行星都绕地球运动。
从“地心说”到“日心说”
【地心说】
在古代，人们根据日常的观察和经验，提出了“地心说”。他们认为地球是静止不动的，位于宇宙中心，太阳、月亮以及其他行星都绕着地球运动，同时还建立了复杂的圆上加圆的轨道模型来解释观察到的天体运动规律，显得既烦琐又欠精确，如图所示，这种观点经天文学家托勒密发展，成为中世纪在欧洲占统治地位的宇宙观，统治人们思想达一千多年之久。
从“地心说”到“日心说”
2.日心说
代表人物:
观点:
太阳是宇宙的中心，是静止不动的，地球及其它行星都绕太阳运动。
哥白尼
哥 白 尼（1473-1543）
从“地心说”到“日心说”
【日心说】
到了16世纪，波兰天文学家哥白尼主张以简单的几何图形来描述宇宙运行的规律.他经过几十年对天体运动的观测与推算，发现若假设太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳运动(如图所示)，对行星运动的描述将变得更加简明清晰。于是他提出了“日心说”。
从“地心说”到“日心说”
【日心说】
哥白尼“日心说”的提出，不仅在人类认识宇宙的历程中迈出了艰难而又重要的一步，而且冲破了“地心说”对人们思想的禁锢，使人们摆脱对神学和古代经典权威的迷信，以事实作为知识的来源，靠实践判断理论的真伪。
从“地心说”到“日心说”
“地心说”和“日心说”都是一种假说，都是针对某一现象作出的解释。而科学知识的发展就是在面对问题时，人们不断地提出一个又一个的假说，这些假说被人们反复验证、反复修改，最终，解释力最强的假说，就上升为科学知识。
所以说，科学知识不是真理，仅是一种解释力较强的假说，随着人类的进步，科学知识将来是有可能被推翻的。常怀质疑之心，推翻这些知识的，很有可能就是在座的各位同学们。
从“地心说”到“日心说”
两种学说存在局限性
它们都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动，而这和丹麦天文学家第谷的观测数据不符……
开普勒定律
天才的观测家
第谷
成就:
天体位置测量的不确定性从10’减小到2’
开普勒定律
德国天文学家开普勒（1571-1630）应用行星绕太阳做圆周运动的模型描述火星的运动时，发现与其老师第谷（1546-1601）的观测值有8分的误差，他坚信老师数据正确，毅然否定火星做匀速圆周运动，经多种拟合、反复核算，终于发现火星做椭圆运动。
开普勒定律
【数学知识补充】请思考讨论如何利用图钉和细线画椭圆？
(1)取一条长度为2a的细绳。
(2)把它的两端固定在板上的两个定点F、F'
(3)用铅笔尖（M）把细绳拉紧，在板上慢慢移动看看画出的图形
开普勒定律
开普勒第一定律（椭圆定律）：
所有行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上.
开普勒第二定律（面积定律）：
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的相等的面积。
开普勒定律
近日点、远日点分别是行星距离太阳最近、最远的点.
同一行星在近日点时速率最大，在远日点时速率最小.
思考：行星绕太阳的运动在近日点速率大，还是在远日点速率大？
开普勒定律
开普勒第三定律（行星运动定律）：所有行星的轨道半长轴的三次方与它公转周期的二次方之比相等。其表达式为：
其中r是椭圆的半长轴，T是行星的公转周期，比值k是一个。与行星无关而与太阳有关的常量.
开普勒关于行星运动的规律也适用于卫星绕行星的运动，只是值有所不同。
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(2021·南宁市一中高一期中)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，由开普勒行星运动定律可知(　　)
A．太阳位于木星运行轨道的中心
B．木星和火星绕太阳运行速度的大小始终相等
C．木星半长轴的立方与公转周期平方之比等于火星半长轴的立方与公转周期平方之比
D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积
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