开普勒第三定律 课题

《开普勒第三定律 课题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、开普勒第三定律作者：闫柯李明河一、开普勒第三定律内容所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。（Kepler'sthirdlawofplanetarymotion：Theorbitsofalltheplanetsofthesemi-majoraxisofthreepowersanditsorbitalperiodoftwotimeratiosareequal.）二、表达形式若用代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，则　　比值k是一个与行星无关的常量,只与中心天体质量有关,M相同则K值相同.三、推导过程把星球作的运动看成匀速圆周运动。这时，万有引力提供向心力。用质量

2、、角速度、轨道半径表示出向心力，这样就可以写出一个方程.再将方程中的角速度用周期、圆周率表示。再用绕同一中心天体运的星体列一个方程，两式相比就可证明开普勒第三定律：万有引力F=GMm/（R2）………………①　　向心力F=mv2/R………………②①=②，求出v2=GM/R…………………③　　又T2=（2πR/v）2………………④　　将③代入④即可　　R3/T2=K=GM/4π2=R3/T2　　R为运行轨道半径　　T=行星公转周期　　K=常数=GM/4π2这种方法只局限于匀速圆周运动的轨道模型，但现实中的星体运动的轨道都为椭圆，于是便有以下推导：行星绕太阳运动椭圆轨道的面积，根据椭圆的性质则

3、椭圆的面积（a为长轴，b为短轴）由于单位时间内极径所扫过的面积 则周期   ① 根据椭圆的性质和开普勒第一定律，半长轴  ②①式得 ②式代入①式得      ③ 根据椭圆的性质，椭圆的半短轴，则 ④式④代入③式得C，由此式可知绕同一中心天体运行的人造星体轨道半长轴的三次方跟它们的公转周期的二次方的比值由中心天体的质量所决定。四、公式适用条件开普勒定律是关于行星环绕太阳的运动，而牛顿定律更广义的是关于粒子因万有引力相互吸引而产生的运动。在只有两个粒子，其中一个粒子超轻于另外一个粒子，这些特别状况下，轻的粒子会环绕重的粒子移动，就好似行星根据开普勒定律环绕太阳的移动。然而牛顿定律还容许其它解

4、答，行星轨道可以呈抛物线运动或双曲线运动。这是开普勒定律无法预测到的。在一个粒子并不超轻于另外一个粒子的状况下，依照广义二体问题的解答，每一个粒子环绕它们的共同质心移动。这也是开普勒定律无法预测到的。五、发现过程被称为“星子之王”的第谷·布拉赫在天体观测方面获得不少成就，死后留下20多年的观测资料和一份精密星表。他的助手开普勒利用了这些观测资料和星表，进行新星表编制。然而工作伊始便遇到了困难，按照正圆轨道来编制火星运行表一直行不通，火星这个“狡猾家伙”总不听指挥，老爱越轨。经过一次次分析计算，开普勒发现，如果火星轨道不是正圆，而是椭圆，那么矛盾不就烟消云散了吗。经过长期细致而复杂计算以后

5、，他终于发现：行星在通过太阳的平面内沿椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上。这就是行星运动第一定律，又叫“轨道定律”。　　当开普勒继续研究时，“诡谲多端”的火星又将他骗了。原来，开普勒和前人都把行星运动当作等速来研究的。他按照这一方法苦苦计算了1年，却仍得不到结果。开普勒用正圆编制火星的运行表，发现火星老是出轨。他便将正圆改为偏心圆。在进行了无数次的试验后，他找到了与事实较为符合的方案。可是，依照这个方法来预测卫星的位置，却跟第谷的数据不符，产生了8分的误差。这8分的误差相当于秒针0.02秒瞬间转过的角度。开普勒知道第谷的实验数据是可信的，那错误出在什么地方呢？正是这个不容忽略的8分使

6、开普勒走上了天文学改革的道路。他敏感的意识到火星的轨道并不是一个圆周。随后，在进行了多次实验后，开普勒将火星轨道确定为椭圆，并用三角定点法测出地球的轨道也是椭圆，断定它运动的线速度跟它与太阳的距离有关。后来他发现，在椭圆轨道上运行的行星速度不是常数，而是在相等时间内，行星与太阳的联线所扫过的面积相等。这就是行星运动第二定律，又叫“面积定律”。开普勒又经过9年努力，找到了行星运动第三定律：太阳系内所有行星公转周期的平方同行星轨道半长径的立方之比为一常数，这一定律也叫“调和定律”。六、定律意义首先，开普勒定律在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神。远在哥白尼创立日心宇宙体系之前，许多学者对于天

7、动地静的观念就提出过不同见解。但对天体遵循完美的均匀圆周运动这一观念，从未有人敢怀疑。开普勒却毅然否定了它。这是个非常大胆的创见。哥白尼知道几个圆合并起来就可以产生椭圆，但他从来没有用椭圆来描述过天体的轨道。正如开普勒所说，“哥白尼没有觉察到他伸手可得的财富”。　　其次，开普勒定律彻底摧毁了托勒密的本轮系，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。哥白尼抛弃古希腊人的一个先入之见，即天与地的本质差别，获得一个简单