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(共41张PPT)
行星的运动
新课引入
屈原（公元前340年—公元前278年），在《天问》中提出对日月星辰的探究
重走历史
太阳东升西落
（地球是球体）
星轨的形状
围绕地球做
圆周运动
重走历史
1.地球是球体；
2.地球是静止不动的，
且处于宇宙的中心；
3.所有日月星辰绕地球做
完美的圆周运动。
古希腊，欧多克斯提出
“地心说”
可以解释天体的正常运动
重走历史——“地心说”
行星绕地球做完美的圆周运动
重走历史——“地心说”
亚里士多德，将同心球理论继续完善和改进，最终形成一个共包含49个天球的模型，成为了当时希腊天文学的主导思想。
欧多克斯，提出了同心球理论
用多个同心球叠加运动解释了行星逆行的现象。
不过，随着观测数据的积累，人们发现行星运行的轨迹比想象的更加复杂，同时行星的亮度也会发生变化。这是同心球理论难以解释的。
重走历史——“地心说”
希腊，托勒密
完善“本轮和均轮”模型
重走历史——“地心说”
为了能符合越来越精细的观测数据，“本轮均轮”模型只能不断的增加轮子，最终这个“轮上轮”的总数到达80多个，行星的运动变得错综复杂
重走历史
“简单、对称、统一”是评价物理学理论的最高标准，因此复杂的“本轮均轮”模型难以服众，行星的运动规律应该更简洁
伽利略望远镜的发明，让人们对天体运动有了更准确的观测，更多推翻“地心说”的证据出现了……
重走历史——“日心说”
伽利略通过望远镜观测到木星周围有绕其运动的天体
所有日月星辰都围绕地球转
重走历史——“日心说”
哥白尼通过更先进的望远镜，观测发现许多天体的相对位置有较大的变化，只有太阳的位置几乎不变！
或许太阳
才是宇宙的中心
重走历史——“日心说”
波兰，哥白尼提出“日心说”
1.地球是球体；
2.太阳是不动的，且处于宇宙的中心；
3.地球及其他行星都绕太阳做匀速圆周运动，只有月亮环绕地球运行。
重走历史——“日心说”
重走历史——“日心说”
前方
前方
后方
近大
近大
远小
行星逆行现象
行星亮度变化
重走历史——感悟
地心说 日心说
地球是球体 地球是球体
地球是静止不动的，且处于宇宙的中心 太阳是不动的，且处于宇宙的中心
所有天体都围绕地球做完美的圆周运动 地球及其他行星都
绕太阳做匀速圆周运动，只有月亮环绕地球运行。
参考系的选取对研究物体运动的重要性
坚持简洁对称统一的“匀速圆周运动”
行星运动的规律——开普勒三定律
四季分布均匀
地球绕太阳做匀速圆周运动，且太阳位于宇宙中心
四季是不等长的
矛盾
行星运动的规律——开普勒三定律
太阳在圆心处，
但地球并非做匀速圆周运动
地球做匀速圆周运动，但太阳不在圆心处
行星运动的规律——开普勒三定律
天才的数学家开普勒，在对火星轨道的70余次计算中始终与第谷的观测数据存在至少8′的偏差。他开始怀疑“完美的圆周运动”，并在多年尝试性计算中得到真正的规律。
行星运动的规律——开普勒三定律
开普勒第一定律：（轨道定律）
行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，
太阳处在椭圆的一个焦点上．
什么是椭圆？
行星运动的规律——开普勒三定律
学生活动3：绘制椭圆
行星运动的规律——开普勒三定律
引力场
质量
距离
速率
行星运动的规律——开普勒三定律
这些行星是在做匀速率椭圆运动吗？
行星运动的规律——开普勒三定律
逐帧追踪
行星运动的规律——开普勒三定律
近日点的速率＞远日点的速率
行星运动的规律——开普勒三定律
这些扇形的面积大小有着怎样的关系呢？
行星运动的规律——开普勒三定律
面积会不会
相等呢？
行星运动的规律——开普勒三定律
转化法的思想
不好计算的面积→方便测量的质量
行星运动的规律——开普勒三定律
四块扇形质量几乎相等→面积相等！
行星运动的规律——开普勒三定律
开普勒第二定律：对于任意一个行星而言，它和太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
行星运动的规律——开普勒三定律
行星的运动周期可能与哪些因素有关呢？
行星运动的规律——开普勒三定律
行星的运动周期T与行星本身质量m无关
行星运动的规律——开普勒三定律
行星的运动周期T可能与行星轨道半长轴an存在线性关系
行星运动的规律——开普勒三定律
行星的运动周期T与行星轨道半长轴a2
不是线性关系关系
行星运动的规律——开普勒三定律
究竟行星的运动周期T与行星轨道半长轴a？成线性关系呢？
行星运动的规律——开普勒三定律
行星运动的规律——开普勒三定律
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
行星运动的规律——开普勒三定律
K是与中心天体的质量有关的常数，不是定值
行星运动的规律——开普勒三定律
1.行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，
太阳处在椭圆的一个焦点上．
3.所有行星轨道的半长轴的三次方跟其公转周期的二次方的比都相等
2.对于任意一个行星而言，它和太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。（v近日点＞v远日点）
近似处理
天文台实际测绘的行星轨迹非常接近于圆，我们将椭圆轨道简化成圆轨道。
近似处理
1.行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，
太阳处在椭圆的一个焦点上．
3.所有行星轨道的半长轴的三次方跟其公转周期的二次方的比都相等
2.对于任意一个行星而言，它和太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。（v近日点＞v远日点）
1.行星绕太阳运动的轨道都是圆，
太阳处在圆的圆心上．
2.行星绕太阳做匀速圆周运动
3.所有行星绕太阳运动的r3:T2=k
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