自然科学概要（第二版）（微课版）课件 3.1开普勒定律及波德定则.pptx

1开普勒定律及波德定则CONTENTS第3章近代天文学及其发展2天体系统

3.1课程标准1.知识目标了解第谷、开普勒、提丢斯、波德、赫歇尔、皮亚杰的简介；理解并掌握开普勒的三个定律。理解波德定则的意义。2.能力目标具备批判性思维的初步能力。3.素质能力弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。

第一节开普勒定律和波德定则开普勒定律一、开普勒三定律1.第谷的心愿第谷(1546—1601)是丹麦天文学家。1563年观察木星和土星接近时，这两颗星接近的时间比预计相差了一个月，于是立志要制作一幅有1000颗星的星图。在完成了750颗星的观测记录后，感觉身体不适，想找一个徒弟继承自己的事业，完成1000颗星的星图。1600年第谷与开普勒相遇，并邀请他作为自己的助手。次年第谷逝世。开普勒接替了他的工作，完成了他的心愿。第谷(1546—1601)

2.理论与数据的8′误差

开普勒(1571—1630)是一位德国天文学家和数学家。在整理第谷遗留下的大量资料时发现，第谷对火星运动的观测值与由哥白尼学说推算出来的数值有约为0.133°，即约8′误差。开普勒坚信第谷观测值的可靠性，怀疑“日心说”的圆形轨道有问题。他试着用椭圆轨道代替圆形轨道，这样推算出的火星轨道位置与第谷观测值基本吻合。开普勒(1571—1630)

3.开普勒定律

（1）轨道定律对火星的轨道来说，第谷发现椭圆形完全适合这里的要求，模型和观测值基本吻合。于是得出了“开普勒第一定律”：行星的运动轨道不是传统认为的正圆形，是椭圆形；而太阳处于椭圆焦点之一的位置上。轨道定律把“日心说”中的圆形轨道修正为椭圆形轨道。椭圆轨道示意图

（2）面积定律

开普勒研究椭圆轨道，发现火星运行速度是不均匀的，当它离太阳较近时运动得较快（近日点），离太阳远时运动得较慢（远日点），但从任何一点开始，行星和太阳连线扫过的面积与时间成正比。这也可以表述为，相等时间间隔内，行星和太阳的连线在任何地点沿轨道所扫过的面积相等。这就是开普勒第二定律（面积定律）。面积定律把“日心说”中的匀速运动修正为变速运动。地球一年间公转速度的快慢不同，从春分到秋分的夏半年有186天多，从秋分到春分的冬半年约179天。二者相差约一周。面积定律示意图

（3）周期定律

开普勒确信行星运动周期与它们轨道大小之间应该是“和谐”的。当时人们不知道行星与太阳之间的实际距离，只知道它们距太阳的相对远近。开普勒以日地平均距离为1个天文单位；以地球绕太阳运动周期为1年。把各个行星的公转周期（T）及它们与太阳的平均距离（R）排列成一个表，以探讨它们之间的数量关系。经过10年的艰苦研究，发现了行星运动的第三定律，即周期定律：行星公转周期(T)的平方等于轨道半长轴(R)的立方：T2=KR3。周期定律数据链星名公转周期轨道直径周期平方半径立方水星0.2410.3870.0580.058金星0.6150.7230.3780.376地球1.0001.0001.0001.000火星1.8811.5243.543.54小行星2.8木星11.8625.203140.7140.8土星29.4589.539867.7867.9

4.鲁道夫星表

1597年，第谷应德国国王鲁道夫二世之邀，离开丹麦前往德国，在布拉格定居，认识了开普勒，建立了新的天文台。开普勒晚年没有辜负第谷的嘱托，致力于完成1000颗星《鲁道夫星表》的编制。星表在1627年印制，这是天文史上值得称赞的一部星表，它的完备和准确度远胜过前人。由此表可以知道各行星的位置，其精确程度是空前的。这是开普勒当时最受人钦佩的功绩。鲁道夫星图（局部）

5.意义

首先，开普勒定律在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神。对天体遵循完美的均匀运动、圆形轨道（柏拉图原理）这一观念，从未有人敢怀疑，开普勒毅然否定了它，这是非常大胆的创见。其次，开普勒定律彻底摧毁了托勒密的本轮—均轮系统，把哥白尼体系从本轮的桎梏下解放出来，为它带来充分的完整和严谨。第三，开普勒