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(共33张PPT)
自远古以来，当人们仰望星空时，天空中壮丽璀璨的景象便吸引了他们的注意。智慧的头脑开始探索星体运动的奥秘。到了 17 世纪，牛顿以他伟大的工作把天空中的现象与地面上的现象统一起来，成功地解释了天体运行的规律。
课程导入
01
探索历程
“天圆如张盖,地方如棋局”
中国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“天圆地方”之类的想法。
01
探索历程
“天之包地,犹壳之裹黄”
张衡
浑天仪
天是一个圆球，地则位于这个圆球的中间—-比盖天说合理
02
地心说
托勒密
提出
地球是宇宙的中心,并且静止不动,一切行星围绕地球做圆周运动。
02
地心说
行星逆行
但是随着新的天文观测事实的出现，随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多。
地心说可以解释和预言大量的天文现象
02
地心说的不足
行星逆行
地心说可以解释和预言大量的天文现象
02
地心说的不足
托勒密
提出
地心说的描述过于复杂，能否换一个角度来考虑天体的运动？
03
日心说
波兰天文学家哥白尼经过近四十年的观测和计算，于1543年出版了“天体运行论”正式提出“日心说”。哥白尼以及日心说，建立了全新的模型，问题一下变得简单。
日心说开启了现代天文学的时代。解放后的天文学家，在新的模型的基础上展开工作，让整个天文学都获得了长足的进步。
哥白尼
03
日心说
同样是描述行星的运动，这两种学说的区别体现在哪里呢？
04
天才的观测家
哥白尼之后，第谷连续20年对行星的位置进行了较仔细的测量，大大提高了测量的精确程度。
在第谷之前，人们测量天体位置的误差大约是10 ′，第谷把这个不确定性减小到2′。他的观测数据为哥白尼的学说提供了有力支持。
第谷
05
真理超出期望
地心说
日心说
古人都把天体的运动看的很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的匀速圆周运动。
05
真理超出期望
开普勒总结了第谷的全部观测资料，他得到的结果与第谷的观察数据相差8ˊ，而当时第谷公认的误差为2ˊ ，他得到的结果与第谷的观察数据相不一致。
开普勒经过20年的研究和四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最终发现行星运行轨道是椭圆并由此发现了行星运动三大定律
开普勒
01
开普勒第一定律
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
a
F
F
地球
太阳
认识椭圆：做一做
把白纸铺在木板上，然后按上图钉。把细绳的两端系在图钉上，用一支铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态。铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫作椭圆的焦点。
保持绳长不变，当两焦点不断靠近时，椭圆形状如何变化 焦点重合时，半长轴转变为什么？
认识椭圆
a
F2
F1
地球
太阳
焦 点： F1和F2
半长轴：OA和OB
半短轴：OC和OD
01
开普勒第一定律
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
a
F
F
地球
太阳
说明：
1.太阳并不是位于椭圆中心，而是位于焦点处。
2.不同行星轨道不同，但所有轨道的有一个焦点重合。
开普勒第一定律也常说成轨道定律
02
开普勒第二定律
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面积相等。
开普勒第二定律也常说成面积定律
02
开普勒第二定律
在相等的时间内，面积SA＝SB，这说明离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大;离太阳越远，行星速率越小。
同一行星在近日点时速度最大，在远日点时速度最小。
思考
你认为春夏两季的时间长还是秋冬两季的时间长？
春夏两季（186天）比
秋冬两季（179天）要长。
03
开普勒第三定律
行星 轨道半长轴 a(106km) 公转周期T(年)
水星 57.9 0.241
金星 108.2 0.615
地球 149.6 1.00
火星 227.9 1.88
木星 778.3 11.86
土星 1427.0 29.46
天王星 2882.3 84.00
海王星 4523.9 164.80
03
开普勒第三定律
行星 轨道半长轴 a2 公转周期T
水星 3352.41 0.241
金星 11707.24 0.615
地球 22380.16 1.00
火星 51938.41 1.88
木星 605750.89 11.86
土星 2036329 29.46
天王星 8307653.29 84.00
海王星 20465671.21 164.80
03
开普勒第三定律
行星 轨道半长轴 a1.5 公转周期T
水星 3352.41 0.241
金星 11707.24 0.615
地球 22380.16 1.00
火星 51938.41 1.88
木星 605750.89 11.86
土星 2036329 29.46
天王星 8307653.29 84.00
海王星 20465671.21 164.80
03
开普勒第三定律
所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。
思考：k可能跟谁有关 行星？太阳？
开普勒第三定律也常说成周期定律
03
开普勒第三定律
行星/卫星 半长轴（106km） 周期（天） k（m /s ）
水星 57 87.97
金星 108 225
地球 149 365
火星 228 687
木星 778 4333
土星 1426 10759
天王星 2870 30660
海王星 4498 60148
月球 0.3844 27.3
同步卫星 0.0424 1
3.36×1018
3.36×1018
3.36×1018
3.36×1018
3.36×1018
3.36×1018
3.37×1018
3.37×1018
1.03×1013
1.03×1013
k值与环绕天体无关，由中心天体决定。
03
开普勒第三定律
开普勒第三定律也适用于太阳系以外的其他环绕系统， 不同的环绕系统， k值不同。
太阳系中行星
所有绕恒星运动的行星
绕地球运动的卫星
04
高中阶段的近似
实际上，行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们可按圆轨道处理。
04
高中阶段的近似
1、行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心上；
2、行星做匀速圆周运动；
3、所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。
a
F
F
r
课堂小结
日心说
地心说
轨道定律
面积定律
周期定律
补充
太阳系
思考：“日心说”的观点绝对正确吗？
补充
太阳系简介

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