(教师用书)2013-2014学年高中物理 第六章第1节 开普勒行星运动规律素材 新人教版必修2

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1、开普勒行星运动规律在科学发展史上，人们很早就开始探讨行星的运动问题，形成了许多种学说，其中主要的是地球中心说（简称地心说）和太阳中心说（简称日心说）．并在日心说的基础上，开普勒终于发现了行星运动规律．一、行星运动学说的建立与发展1．地心说的初步形成在人们探讨地球、太阳及行星的运动问题上，古希腊的伟大学者亚里士多德首先提出了地球是宇宙中心的学说．他主张地球是球形的，因为球形是最完美的图形，是唯一能在自身所占据的空间范围内作任何方向的旋转的图形．亚里士多德并进一步列举月食的成因，向北向南微小的迁移所看到的天空等事实来证明地球的球

2、形．亚里士多德还运用他的运动学理论来论证地球的形状只能是球形．并估计了地球的大小．亚里士多德进一步认为，地球是不动的宇宙中心．他解释说，既然地球上所有的重物都要落向地心，那么地球所在的位置必定是宇宙的中心，否则地球就要向宇宙的中心运动了，地球上的各种物体将如何运动也就很难想象了．他认为天体的自然运动是圆周运动．因为地球处于宇宙的中心，所以地球必然是静止不动的．为了解释天体的运动，亚里士多德以地球为中心，把宇宙分为九个等距的层次，分别有月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星和恒天星，第九层是一个原动天，它是第一推动力．从这里

3、可看出，亚里士多德所追求的是一种完美、和谐的理论．因为在他看来，宇宙应当是完美和谐的．他从美的观点出发建立一个宇宙体系，然后再尽量用逻辑来证明．2．日心说的萌芽亚里山大里亚时期的天文学家阿利斯塔克（前310—前230年）被恩格斯称为“古代的哥白尼”．他认为恒星和太阳在空间并不变动其位置；地球以太阳为中心沿着它的周围旋转．他推算出太阳的体积大约是地球体积的250—370倍，他认为，太阳既然是宇宙中最大的一个天体，那么宇宙的中心只能是太阳，这是提出太阳中心说的根据．但遗憾的是，他的日心说思想没有得到进一步的继承与发展．日心说在阿

4、利斯塔克那里，只能是一种天才的猜测、智慧的火花，这颗萌芽却未能长成一棵参天的大树．历史上除亚里士多德，阿利斯塔克外，还有许多学者，提出过相似的各种各样的学说，日地关系的各种可能都有人试探过、讨论过，但各种学说在争论中都未能占优势．73．地心说的建立与发展古希腊天文学家托勒玫一方面继承了亚里士多德的地心说，另一方面把它加以发展和完善．他也认为，地球是宇宙的中央，所有的重物都朝着它运动．他吸收了当时的一些新的思想，用圆周体系来代替天球层体系，从而克服了亚里士多德体系所无法解决的一些困难，把地心说推向了一个新阶段．托勒玫主张地球是

5、静止不动的，并对阿利斯塔克的日心说提出了批评．他从太阳的升落、物体的下落、天上的浮云的飘动、鸟的飞行等观察到的事实来证实他的地球静止的观点．他提出本轮、均轮等重要概念来解释行星视运动的不规则性，使地心说具有更强的生命力．由于托勒玫对地心说的发展与完善，再加上人们认识上的原因以及教会的支持，使地心说在天文学界统治了将近十五个世纪．4．日心说的确立随着科学的不断发展，托勒玫地心说的错误日益暴露出来，这就客观上要求用新的理论体系来代替它．十六世纪中叶，当年阿利斯塔克所埋下的火种，终于通过波兰天文学家哥白尼之手而燃烧成熊熊烈火，从而

6、揭开了近代自然科学的序幕．哥白尼在大学学习期间就对托勒玫的地心说产生了怀疑，他认为地球静止不动的观点是不能成立的，人们总习惯于把自己看作是世界的中心，这也是一种偏见．他说，托勒玫由于没有区别现象和本质，而将假象视为真实．由于感觉不到地球的自转，以致只感觉到太阳每天从东方升起而在西方下落．这正象人们坐在大船上行驶时，往往感觉不到船在运动，而只见到岸上的东西往后移动一样．同样，太阳绕地球转是假象，地球围绕太阳转才是真象．哥白尼为了彻底搞清楚行星的运动问题，他在弗洛恩堡一所教堂的阁楼上对天象进行了三十年艰苦观测．哥白尼当时的天文观

7、测条件很差，弗洛恩堡的纬度偏北，靠近海洋、空气潮湿、仪器简陋等．而且过去的观测资料几经传抄，错误很多，有些数据甚至是伪造的．但哥白尼不畏困难，持之以恒，三十年终于取得了可观的数据，为他创立日心说提供了比较丰富、可靠的观测资料．经过哥白尼一生的努力，终于在1512年写成了初稿，1543年终于出版了天文学的不朽巨著《天体运行论》，这一科学巨著被恩格斯称为“自然科学的独立宣言”，“从此自然科学便开始从神学中解放出来……科学的发展从此便大踏步地前进．”哥白尼在《天体运行论》中，明确地把地球从宇宙中心的位置排除出去，把它降为普通行星的

8、一员．他认为，地球的自身有三种运动，一是自西向东绕轴昼夜自转，二是地球在金星与火星轨道间的黄道上从西向东运行，三是倾斜面的运动，即赤道面或自转轴相对于日——7地联线的运动．哥白尼正是依据地球的这三种运动与各个天体固有的自身运动，简单而统一地解释了从地面上观察到的天体的周日旋转、太阳与月亮运