4.3人类对太空的不懈追求-2021-2022学年高一物理备课必备课件（鲁科版2019必修第二册）

第3节 人类对太空的不懈追求 高中物理必修二 第四章 万有引力定律及航天 周而复始，宁静永恒 人类观察星空，为了耕作，为了远行，为了信仰，为了探索大自然的奥秘。 宇宙浩瀚 但人类从不曾停下探索的脚步…… 一、古希腊人的探索 毕达哥拉斯 （Pythagoras，约公元前 580—约前 500）, 数学家、哲学家。 宇宙中所有天体的形状都应该是球形。 地球在宇宙的中心静止不动，其他星体绕地球转动， 亚里士多德（Aristotle公元前384～前322）,世界古代史上伟大的哲学家、科学家和教育家 阿波罗尼奥斯 （Apollonius，约公元前 262—前 190）数学家 行星沿某一圆周（本轮）运动，该圆周的圆心沿另一圆周（均轮）绕地球运动。因此，以地球为中心看行星 时，行星会时而顺行，时而逆行，其亮度也会因与地球 距离的改变而改变。 地心说 公元 140 年前后，托勒密对前人的观测成果和理论进行总结，提出了地心体系。 古希腊人的探索 克罗狄斯·托勒密 数学家，天文学家，地理学家和占星家 （C. Ptolemaeus，约公元 90—168） 托勒密的地心体系可以解释已知天体的运动，在很长的历史时期人们都利用这一模型预测天体的位置。 中国古代天象观测的成就 中国是天文学发展最早的国家之一。自远古始，人们就对天文现象进行观察，积累了丰富的天文学知识，形成了系统、独特的天文学体系。中国古代天文学在历法体系、天文观测等许多领域长期处于世界领先地位。 殷代的甲骨文中记载的“七日己巳夕，有新大星并火”，是最早的关于新星的记录； 《汉书·五行志》中记载的“日出黄，有黑气，大如钱，居日中央”，对太阳黑子的大小和位置等作了确切的描述； 《春秋》记载的“秋七月，有星孛入于北斗”，已经把彗星视为天体。从春秋战国到清末，哈雷彗星出现多次，我国皆有详细记载。 哈雷彗星 中国古代的星图在世界上也非常著名，唐代绘制的敦煌星图绘有 1 350 颗星，是世界上现存最早且星数最多的星图。我国古代对行星、恒星、流星雨等天象都有系统观测。这些全面且独特的天文观测成果对世界天文学的发展起到了不可或缺的作用。 中国古代的星图 二、文艺复兴的撞击 16 世纪中期，文艺复兴的浪潮冲击了自中世纪以来长期禁锢人们思想的枷锁。 尼古拉·哥白尼 【波兰】 （1473—1543） 天文学家、数学家、教会法博士、神父。 1543 年，波兰天文学家哥白尼临终时，向世人公开了他几十年来研究的成果《天体运行论》，正式提出了“日心说” 。 哥白尼认为：太阳是宇宙的中心，水星、金星、地球、火星、木星及土星都绕太阳做匀速圆周运动，月球是地球的卫星。 哥白尼的“日心说”可以简洁地描述行星运动，并能更清楚地解释诸多天文现象。 第谷·布拉赫 【波兰】 （T. Brahe，1546—1601） 杰出的天文观测家，“星学之王” 当时尚未发明望远镜，他通过自制的观测仪器（图 4-24）对星体进行认真系统的观测，使当时的测量误差从 10′降低到 2′。 他的测量结果表明，托勒密与哥白尼的理论计算结果都与观测数据不相符。 约翰尼斯·开普勒 【德国】 （Johannes Kepler，1571—1630） 天文学家、数学家与占星家 开普勒研究了第谷连续 20 年的观测数据，希望进一步解释哥白尼的行星圆形轨道，却以失败而告终，因为他得到的结果与第谷的观测数据至少有 8′ 的误差。 开普勒相信这不是第谷的粗心造成的，而是哥白尼的理论还需要进一步完善。 从此，他开始研究行星的非匀速、非圆周运动。经过多年的埋头计算，开普勒最终发现了更为精确的行星运动规律，并先后提出了三大定律。 轨道定律 半径定律 周期定律 三、牛顿的大综合 人们在研究天体怎样运动的同时，还在探索天体为什么会这样运动。 亚里士多德 天体由“以太”元素组成，它们本来就应围绕地球做匀速圆周运动。 开普勒 太阳的磁力使天体运动，并且天体所受太阳的磁力随距离的增加而减弱。 笛卡儿 是“以太”运载着行星在巨大的旋涡中运行。 胡克、哈雷等 天体受到遵循平方反比定律的向心力作用，才进行圆周运动。 牛顿 在前人研究的基础上，运用开普勒行星运动定律和自己的研究成果，逐步建立了万有引力定律，并将主要研究成果写入他的著作《自然哲学的数学原理》 艾萨克·牛顿 【英国】（1643—1727） 爵士，英国皇家学会会长，著名的物理学家、数学家，百科全书式的“全才”， 牛顿证明了物体围绕中心运动时需要向心力；由于物体沿椭圆轨道运动，向心力与质点到中心距离的平方成反比；沿轨道运行的每个质点既是被吸引的物体，也是具有吸引力的中心，继而推广到宇宙中的物体