行星运动_百度百科
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《行星运动》
将引领读者去认识那些伟大人物的非凡成就，去了解宇宙运行的奥秘，同时读者还将有机会欣赏到难得一见的。
行星运动相关定律
行星运动内容简介
《行星运动》内容简介：人类从很早就开始了对宇宙星空的探索，古埃及和古巴比伦文明视星星为神灵，他们极力通过星星的运动去揣测神的旨意，中国人和玛雅人还根据星星的运动制订了历法。几千年来，人类一直试图揭开宇宙的奥秘：为什么星星会动？它们如何运动？？宇宙的尽头？在揭开奥秘的辛苦探索中，我们知道了约翰·开普勒、埃德蒙·哈雷、艾萨克·牛顿和阿尔伯特·爱因斯坦等众多的名字，也知道了在太阳系以外还有无数的恒星和行星。《行星运动》将引领你去认识那些伟大人物的非凡成就，去了解宇宙运行的奥秘，同时你还将有机会欣赏到难得一见的。
行星运动作者简介
作者：（美国）P.安德鲁·卡拉姆博士 （美国）本·P. 译者：
P.安德鲁·卡拉姆，拥有美国俄亥俄州大学环境科学博士学位，并集科学家、作家和教育工作者等角色于一身。他在多种和通讯上发表了100多篇文章和社论，还撰写了200多篇科学性文章并出版了多部作品。
本·P.斯坦恩，曾在工作过16年，是一位专职科普作家。他的许多作品刊登在《大英百科全书》（Encyclopedia Britannica）、《科技新时代》（Popular Science）、《新科学家》（NewScientists）和电子杂志《沙龙》（Salon）等多家杂志上。
行星运动图书目录
1 10亿英里之外一击入球
2 最早的天文学家
3 更好的定律
4 行星运动定律
5 不仅仅是行星
6 其他的恒星系
7 宇宙的其他部分
．豆瓣[引用日期]
清除历史记录关闭学者：行星围绕太阳的运动 根本不需要什么万有引力|行星|苹果|相对论_新浪科技_新浪网
学者：行星围绕太阳的运动 根本不需要什么万有引力
学者：行星围绕太阳的运动 根本不需要什么万有引力
　　在人类两项划时代的科学理论中，都有它的身影。人们称它为万有引力，牛顿认为它几乎无处不在，爱因斯坦却认为它并不存在。那么——
　　苹果因为引力落地？ 这会不会是错觉
时空弯曲与光线的引力偏折。（图片来源：科技日报）
　　本报记者 徐 玢
　　从牛顿时代开始，引力便出现在科学研究的各种场合。而最近，它帮助人类“看”到了银河系外的行星。美国俄克拉荷马大学的天文学家近日发表论文称，他们利用美国国家航空航天局钱德拉X射线卫星的数据以及微引力透镜效应，在一个距离我们38亿光年的星系中找到了一批行星，这是人类第一次发现银河系外行星。
　　引力不是物质之间剪不断的相互吸引吗？它为何能帮助科学家“看见”行星？它的本质到底是什么？
　　让苹果落地，也让行星绕转太阳
　　提起引力，人们总会想起苹果落地的故事。故事说的是坐在苹果树下的牛顿正为行星运动问题苦思冥想时，一个苹果落在他面前，使他顿悟到使苹果落到地面的重力，正是使月球围绕地球运行的力；地球不仅吸引着苹果，也吸引着地球表面上的一切物体，包括遥远的星星。
　　如今，这个故事的真实性颇受争议，而且已经无从考证。不过可以确定的是，引力的提出过程，并不是灵感式的顿悟那样简单。
　　早在十七世纪初，开普勒根据前人第谷·布拉赫的观测数据，总结出太阳系行星运行规律，并提出行星运动三大定律。这三大定律分别涉及太阳系行星的轨道形状、运行速度以及运行周期，对行星运动的轨道规律进行了说明。
　　开普勒的行星运动三定律真正使太阳成为太阳系行星轨道的中心，也让科学家开始思考，为什么行星会围绕着太阳运动？是什么支配着它们的运动？
　　牛顿从十七世纪六十年代开始思考这一问题。他从开普勒第三定律推算出，行星保持围绕太阳运动所需要的力与它们到太阳距离的平方成正比。这便是万有引力的雏形。
　　但系统地提出万有引力，要等到1687年。在这20年间，牛顿对行星椭圆轨道以及与距离平方成反比的力之间的相互关系进行了深入研究，并对引力的普遍性进行了思考。
　　1687年，《自然哲学的科学原理》出版。在这一科学巨著中，牛顿提出了三大运动定律和万有引力定律。他认为，两个物体之间存在相互的吸引力，这就是万有引力。这个力的大小与两个物体质量的乘积成正比，与物体间距离的平方成反比。从万有引力定律，可以推导出开普勒三定律。这说明行星正是在星体之间的万有引力支配下运动。
　　万有引力的提出，揭开了日月星辰运行的内在奥秘。它成为人类理解和认识世界的重要基石。牛顿本人用万有引力定律对潮汐、行星岁差等现象进行了解释，牛顿的好友哈雷利用它预言了哈雷彗星的回归周期，法国天文学家勒维耶则由万有引力推算出了海王星的存在。对航空航天事业发挥重要作用的第一、第二、第三宇宙速度的推算，也都有着万有引力定律的身影。
　　值得一提的是，在牛顿的万有引力公式中，有一个万有引力常数G。直到万有引力问世一百多年后，它才由英国科学家卡文迪许用一个设计精妙的扭秤测出，使万有引力定律更趋完善。
　　用微引力透镜寻找行星示意图。（图片来源：科技日报）
　　本质上不存在，只是时空的错觉
　　虽然一度被认为是极其精确、完美的理论，牛顿的万有引力理论也有它的局限。比如，它无法解释引力的本质是什么。还有一些自然现象，牛顿的万有引力也无法解释。
　　天文观测早已发现，水星轨道的近日点以十分缓慢的速度围绕太阳发生位移，这被称为水星近日点进动。根据万有引力定律可以计算出这种进动的速度，然而它与实际观测得到的精确数值之间存在差异，每一百年的差异值为43角秒。为了弥补这一差异，科学家做了各种尝试，比如假定水星附近还有一颗会影响其轨道的“火神星”，或者对引力的平方反比关系进行修正，又或者采纳电磁理论来进行解释。这些尝试无一得到证实，直到爱因斯坦出现。
　　1905年，爱因斯坦以光速不变原理为基础，完成了狭义相对论的创建，预言物体在高速运动情况下，会出现牛顿经典物理学中没有的相对论效应。10年后，划时代的广义相对论问世，目标直指引力的来源和本质。
　　与牛顿的理论不同，在广义相对论中，时间和空间不再是相对独立的存在。考量物体运动的场景，不再是三维空间，而是时间与空间相互联系的四维空间——时空。物体的运动反过来又会对时空发生影响。
　　这两种空间很不同。牛顿的三维空间是欧几里得平直空间，牛顿经典物理学的所有理论都建立在这个基础之上。爱因斯坦的四维时空则可能不是平直的——它可能是以球面为代表的正曲率空间，也可能是以马鞍面为代表的负曲率空间，只有在曲率为零时它简化为平直空间。而时空的曲率，由其中的物质决定。
　　爱因斯坦写下的广义相对论场方程正说明了这种关系：物质的能量、动量会使时空弯曲。而其运动方程则说明了在这样的时空中物质的运动规律。
　　在弯曲时空中，很多规则都发生了变化。比如，两点之间最短的线不再是直线，而是一条叫做测地线的曲线。对此，最直观的例子是，从北京飞往美国洛杉矶距离最短的航线，并非向东直接穿过太平洋，而是先向东北方向飞行然后向东南方向折回进入美国大陆的一条曲线。其中的原因在于，飞机是沿着三维球面飞行，两地之间的最短线路是通过两地和地心做出的一段大圆弧，曲折的航线是它在二维地图上的投影。
　　弯曲时空中的物质运动也与我们的直观认识不同。从爱因斯坦的运动方程，可以求解出不受外力的自由质点在弯曲空间的轨迹，它是四维时空中的一条螺旋状曲线。如果把它投影到三维空间中，恰好是行星在太阳引力作用下的椭圆轨道。也就是说，行星围绕太阳的运动，不过是它在四维时空中的惯性运动，根本不需要什么万有引力。
　　爱因斯坦创建广义相对论的动因之一，是引力无法纳入狭义相对论的理论框架。而在他的新理论中，引力的归宿居然是不存在！
　　人们常用床单来类比这种情况。如果不考虑物质对时空的影响，那么我们的时空就如同一张绷平的床单。在床单的中央放置一个铅球，床单会凹陷下去，就好像广义相对论中由于物质而弯曲的时空。如果把一个小球放在凹陷的床单上，它会向铅球的方向滚过去，似乎受到铅球的吸引力。而实际上，小球的运动只是由于空间的几何效应。牛顿认为几乎无处不在的引力，本质上是不存在的。
　　构建最精密望远镜，寻找遥远行星
　　有了广义相对论，水星近日点进动问题迎刃而解。爱因斯坦计算出的水星近日点进动速度与观测完美吻合。在发表广义相对论时，爱因斯坦还预言，由于时空弯曲，从太阳表面飞出的光子会发生频率红移，遥远恒星的光在通过太阳附近时会发生偏折。这些预言被之后的观测逐一证实，印证着广义相对论在描述世界方面的精确性。尤其是光线的引力偏折。虽然牛顿引力理论也能计算出光线的偏折角度，但和水星近日点进动问题一样，计算结果偏差太大。
　　引力透镜效应正是光线引力偏折的表现。星系等大质量天体（透镜天体）会使它附近的时空弯曲，当后方背景天体的光线从这弯曲的时空通过时，光线便会发生偏折，就好像光线通过透镜时那样。根据背景天体、透镜天体、观测者三者的不同位置关系，最终会在观测者眼中形成多个像或者环状像。1987年，美国天文学家杰奎琳·休伊特第一次观测到了引力透镜形成的环状像——爱因斯坦环。如今，人类已经看到很多类似的引力透镜图像。
　　引力透镜对光线偏折的角度，取决于透镜天体的质量。如果透镜天体的质量不够大，比如只是一颗恒星，情况会怎样？这便是能帮助天文学家找到行星的微引力透镜效应。
　　计算显示，恒星质量的透镜天体产生的爱因斯坦环非常小，即使最先进的望远镜也无法分辨它。人们看到的，不过是因为微引力透镜效应变得更亮一点的背景天体。而且微引力透镜形成的像不过存在最多几年时间，相比引力透镜像动辄上百万年的存在时间，可谓转瞬即逝。
　　虽然观测困难，天文学家却发现微引力透镜在寻找地外行星方面可以大显身手。当恒星质量级天体从背景天体前通过时，微引力透镜会让背景天体在短暂的时间内看起来更亮，反映在光度变化曲线上是一个凸起的波峰。但如果观测到的光度变化曲线上出现不止一个波峰，那么说明恒星的附近还有其他小质量天体，比如行星。利用这种特征，可以判断地外行星的存在，分析它的质量以及与恒星距离等参数，即使望远镜中从没出现过这颗行星。
　　如果把微引力透镜比作一台望远镜，它的优势非常明显，比如让人们得以探索更遥远的行星世界。2003年，两个研究小组第一次用这种办法找到了地外行星，距离地球16000光年。在最新的发现中，天文学家创新性地使用了微引力透镜方法，把人类寻找行星的范围，延展到银河系外。
　　简单说来，在最新研究中，天文学家综合利用了引力透镜与微引力透镜效应来寻找行星——星系的引力透镜效应使后方背景天体形成了多个虚像，星系中的恒星和行星产生的微引力透镜效应，使这些虚像的光度和谱线频率发生着变化。观测和模拟结果显示，在距离地球38亿光年的RX J星系中央，栖息着一群行星，质量介于月球和木星质量之间。用微引力透镜造成的这台“望远镜”，精度超过地球上以及天空中精度最高的观测仪器，让人类首次在其他星系找到行星存在的证据。
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提供最新的科学家新闻，精彩的震撼图片在物理学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是[ ]
A卡文迪许通过实验测出了引力常量? B伽利略发现了行星三条运动的规律 C牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因? D赫兹最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场
木星绕太阳运动的轨道是椭圆，那么木星在椭圆轨道上运行的速度的大小是[ ]
A恒定不变的 B近日点大、远日点小 C近日点小，远日点大 D无法判定
关于环绕地球运动的卫星，下列说法正确的是[ ]
A分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期 B沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率 C在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同 D沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合
以下说法正确的是[ ]
A牛顿在他的传世巨作《自然哲学的数学原理》中提出了万有引力定律，并给出了引力常量的数值 B历史上经过长期争论，“日心说”战胜了“地心说”，可见“日心说”观点是正确的 C对开普勒第三定律a3/T2=k，k的大小与行星有关 D万有引力定律把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来
日，科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空，使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展。假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行，已知地球半径为6.4×106m，利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×107m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期，以下数据中最接近其运行周期的是[ ]
A0.6小时 B1.6小时 C4.0小时 D24小时
下列叙述中符合物理学史实的是[ ]
A查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子 B开普勒在前人观察研究的基础上总结出了行星运动的三大定律 C奥斯特发现了电流的磁效应并总结出了电磁感应定律 D爱因斯坦为了解释光电效应的实验规律提出了光子说
关于天体的运动，以下说法正确的是[ ]
A天体的运动与地面上物体的运动遵循不同的规律 B开普勒第一定律描述天体的运动是匀速圆周运动 C太阳从东边升起，从西边落下，所以太阳绕地球运动 D太阳系中所有行星都绕太阳运动
根据开普勒行星运动定律，下述说法正确的是[ ]
A所有行星绕太阳的运动都是严格的匀速圆周运动 B某个行星绕太阳运动时，在远日点的速度大于在近日点的速度 C在太阳的各个行星中，离太阳越远周期越长 D行星绕太阳运动的公转周期与行星到太阳的距离的二次方成正比
在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步。在对以下几位科学家所作科学贡献的叙述中，说法正确的是
A笛卡尔通过实验测出了引力常量 B牛顿提出的万有引力定律奠定了天体力学的基础 C伽利略发现了行星运动的规律 D开普勒研制了第一架天文望远镜
下列说法正确的是[ ]
A牛顿第一定律不是实验定律，因此是不可以通过实验来验证的 B天文学家开普勒对前人关于天体运动的研究提出开普勒三大定律 C伽利略认为力是维持物体运动的原因 D牛顿通过实验测出了引力常量G
下一知识点 : 太阳与行星间的引力
行星的运动行星的运动 -
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行星的运动 -
作者：佚名 教案来源：网络 点击数： &&&
行星的运动 -
文 章来源 莲山 课 件 w w w.5Y k J. c oM
知识目标　　通过学习物理学史的知识，使学生了解地心说（托勒密）和日心说（哥白尼）分别以不同的参照物观察天体运动的观点；通过学习开普勒对行星运动的描述，了解牛顿是通过总结前人的经验的基础上提出了万有引力定律．
能力目标　　通过学生的阅读使学生知道开普勒对行星运动的描述；
情感目标　　使学生在了解地心说和日心说两种不同的观点，也使学生懂得科学的道路并不是平坦的光明大道，也是要通过斗争，甚至会付出生命的代价；
说明：　　1、日心、地心学说及两者之间的争论有许多内容可向学生介绍，教材为了简单明了地简述开普勒关于行星运动的规律，没有过多地叙述这些内容.中可根据学生的实际情况加以补充.　　2、这一节的教学除向学生介绍日心、地心学说之争外，还要注意向学生说明古时候人们总是认为天体做匀速圆周运动是由于它遵循的运动规律与地面上物体运动的规律不同.　　3.学习这一节的主要目的是为了下一节推导万有引力定律做铺垫，因此教材中没有过重地讲述开普勒的三大定律，而是将三大定律的内容综合在一起加以说明，节后也没有安排练习.希望老师能合理地安排这一节的教学.
教材分析　　本节教材首先让学生在上课前准备大量的资料并进行阅读，如：第谷在1572年时发现在仙后座中有一颗很亮的新星，从此连续十几个月观察这颗星从明亮到消失的过程，并用仪器定位确证是恒星（后称第谷星，是银河系一颗超新星），打破了历来“恒星不变”的学说．伽利略开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学．为推翻以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、改变与加深人类对物质运动和宇宙的科学认识而奋斗了一生，因此被誉为“近代科学之父”．开普勒幼年时期的不幸，通过自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作．这些物理学家的有关资料可以帮助学生在了解万有引力定律发现的过程中体会科学家们追求真理、实事求是、不畏强权的精神．
教法建议　　具体授课中教师可以用故事的形式讲述．也可通过放资料片和图片的形式讲述．也可大胆的让学生进行发言．　　在讲授“日心说”和“地心说”时，先不要否定“地心说”，让学生了解托勒密巧妙的解释，同时让学生明白哥白尼的理论推翻了统治人类长达一千余年的地球是宇宙中心的“地心说”理论，为宣传和捍卫这一学说，意大利的思想家布鲁诺惨遭烧死，伽利略也为此受到残酷迫害．不必给结论，让学生自行得出结论．
关于开普勒的三大定律
　　例1　月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍，运 行周期约为27天。应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多少高度，人造地球卫星可以随地球一起转动，就像停留在无空中不动一样．
　　分析：月球和人造地球卫星都在环绕地球运动，根据开普勒第三定律，它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的．
　　解：设人造地球卫星运行半径为R，周期为T，根据开普勒第三定律有：
　　同理设月球轨道半径为
　　由以上两式可得：
　　在赤道平面内离地面高度：
　　点评：随地球一起转动，就好像停留在天空中的卫星，通常称之为定点卫星．它们离地面的高度是一个确定 的值，不能随意变动。
利用月相求解月球公转周期
　　例2 若近似认为月球绕地球公转与地球绕日公转的轨道在同一平面内，且都为正圆.又知这两种转动同向，如图所示，月相变化的周期为29.5天（图是相继两次满月，月、地、日相对位置示意图）．
　　解：月球公转（2π+
）用了29.5天．
　　故转过2π只用
　　由地球公转知
　　例3 如图所示，A、B、C是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，下列说法中正确的是哪个？（& ）
　　A．B、C的线速度相等，且大于A的线速度
　　B．B、C的周期相等，且大于A的周期
　　C．B、C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度
　　D．若C的速率增大可追上同一轨道上的B
　　分析：由卫星线速度公式
可以判断出
，因而选项A是错误的．
　　由卫星运行周期公式
，可以判断出
，故选项B是正确的．
　　卫星的向心加速度是万有引力作用于卫星上产生的，由
， 因而选项C是错误的．
　　若使卫星C速率增大，则必然会导致卫星C偏离原轨道，它不可能追上卫星B，故D也是错误的．
　　解：本题正确选项为B。
　　点评：由于人造地球卫星在轨道上运行时，所需要的向心力是由万有引力提供的，若由于某种原因，使卫星的速度增大。则所需要的向心力也必然会增加，而万有引力在轨道不变的时候，是不可能增加的，这样卫星由于所需要的向心力大于外界所提供的向心力而会作离心运动。
探究活动 　　1、观察月亮的运动现象.　　2、观察日出现象.
文 章来源 莲山 课 件 w w w.5Y k J. c oM
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