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    開普勒三大定律

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    開普勒三大定律都是研究天體運動中行星運動規律的定律,該定律是牛頓發現萬有引力定律的基石。

    開普勒定律是開普勒發現的關于行星運動的定律,他于1609年在他出版的《新天文學》上發表了關于行星運動的兩條定律。后于1618年,開普勒發現了第三條運動定律。

    開普勒三大定律

    開普勒三大定律內容

    (1)開普勒第一定律

    所有的行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在所有橢圓的一個焦點上。這就是開普勒第一定律,又稱橢圓軌道定律。

    (2)開普勒第二定律

    對于每一個行星而言,太陽和行星的連線在相等的時間內掃過相等的面積。這就是開普勒第二定律,又稱面積定律。

    (3)開普勒第三定律

    所以行星軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。這就是開普勒第三定律,又稱周期定律。

    若用a表示橢圓軌道的半長軸,T表示公轉周期,則有:

    開普勒定律公式描述

    其中,k是一個與行星無關的常量。

    開普勒研究開普勒三大規律的背景

    對火星軌道的研究是開普勒重新研究天體運動的起點。在當時的研究中,基本上學術界公認的天體運動模式為標準的圓周運動。

    開普勒很幸運地能夠得到著名丹麥天文學家第谷·布拉赫20多年所觀察與收集的非常精確的天文資料。在前人第谷遺留下來的數據資料中,火星運動情況的資料是最豐富的,而哥白尼的理論在火星軌道上的偏離也是最大的。

    王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高。歡迎添加微信teacherws咨詢。剛開始研究時,開普勒用正圓編制火星的運行表,發現火星運行情況總是出軌。

    開普勒便將正圓改為偏心圓,在進行了無數次的試驗后,他找到了與事實較為符合的方案。可是,依照這個方法來預測衛星的位置,卻跟第谷的數據不符,產生了8分的誤差。

    這8分的誤差相當于秒針0.02秒瞬間轉過的角度。

    開普勒堅信第谷的實驗數據是可信的(這也是開普勒三大定律發現的基石),那錯誤出在什么地方呢?正是這個不容忽略的8分使開普勒走上了天文學改革的道路。

    他敏感的意識到:火星的軌道并不是一個標準的圓周。這是天文學上一個重大的發現,就像是牛頓被蘋果砸到而思索出萬有引力一樣。

    他對“完美”的神運動(勻速圓周運動)發起質疑,開普勒將火星軌道確定為橢圓,經過近6年的大量計算,開普勒得出了第一定律和第二定律。

    又經過10年的大量計算,開普勒得出了第三定律。這些論點,大大地動搖了當時的天文學與物理學。

    開普勒用三角定點法測出地球的軌道也是橢圓,斷定它運動的線速度跟它與太陽的距離有關。

    后來,英國物理學家牛頓利用他的第二定律和萬有引力定律,在數學上嚴格地證明開普勒定律,也讓人們從數學的角度了解到了其中的物理意義。

    開普勒定律發現背景

    開普勒定律wuli.in是開普勒發現的關于行星運動的定律。他于1609年在他出版的《新天文學》上發表了關于行星運動的兩條定律,又于1618年,發現了第三條定律。 開普勒很幸運地能夠得到著名丹麥天文學家第谷·布拉赫20多年所觀察與收集的非常精確的天文資料。大約于1605年,根據布拉赫的行星位置資料,沿用哥白尼的勻速圓周運動理論,通過4年的計算發現第谷觀測到的數據與計算有8’的誤差,開普勒堅信第谷的數據是正確的,從而他對“完美”的神運動(勻速圓周運動)發起質疑,經過近6年的大量計算,開普勒得出了第一定律和第二定律,又經過10年的大量計算,得出了第三定律。

    開普勒的定律給予亞里士多德派與托勒密派在天文學與物理學上極大的挑戰。他主張地球是不斷地移動的;行星軌道不是周轉圓(epicycle)的,而是橢圓形的;行星公轉的速度不等恒。

    這些論點,大大地動搖了當時的天文學與物理學。經過了幾乎一世紀披星戴月,廢寢忘食的研究,物理學家終于能夠用物理理論解釋其中的道理。

    牛頓利用他的第二定律和萬有引力定律,在數學上嚴格地證明開普勒定律,也讓人們了解其中的物理意義。推薦查看文章:牛頓發現萬有引力的過程

    http://www.q6113.com/zt/wyyl/480430.html

    開普勒三大定律學習問題與王尚老師回復

    王尚老師物理答疑

    學生問題:與開普勒名字接近的物理學家是誰?

    王尚老師:開普勒、多普勒與普朗克這三個人的名字容易混淆。三者對物理學的發展貢獻分別介紹如下:開普勒是提出天體運動中的三大定律,多普勒研究的是波動的傳播規律,接受者的接收到的頻率與波源的移動速度有關系,普朗克貢獻之一是普朗克常量,光子的能量等于普朗克常量與頻率的乘積。推薦查看《物理自診斷》專題15例1,例2;

    學生問題:什么時候用開普勒定律解題?

    王尚老師:我的個人經驗是,如果題目只是涉及到了周期和半徑的關系,優先考慮開普勒定律,比用萬有引力推導要簡單。另外,就是如果某行星或航天器做橢圓運動,這時候圓周運動公式都不成立,只能用開普勒定律求解了。推薦查看物理自診斷的萬有引力專題,有相關的例題。

    參考文獻

    萬有引力定律http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/43180.html

    多普勒效應http://bk.www.q6113.com/index.php/archives/7066

    德布羅意波http://www.q6113.com/zongjie/x35/481800.html

    開普勒定律內容http://blog.teacherws.com/wen/14385.html

    伽利略http://www.q6113.com/baike/001/20.html

    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

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