經(jīng)典力學的建立ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-08 12:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 為 《 魯?shù)婪蛱煳谋?》 ， 以表達第谷對奧地利國王魯?shù)婪虻闹鲋?。 開普勒在編制天文表的同時 ， 利用第谷觀察行星運動記下的數(shù)據(jù) ， 研究火星的運動 。 經(jīng)過反復的假設(shè) 、 計算論證 ， 終于發(fā)現(xiàn)火星繞日運行的軌道是一個橢圓 。 不久他把這個發(fā)現(xiàn)推廣到所有當時已知的行星 。 1609年 ， 開普勒出版了 《 新天文學 》一書 ， 提出了著名的開普勒第一和第二定律 。 （二） 開普勒的工作 開普勒第一定律指出太陽系中所有行星繞日運動的軌道都是一個橢圓 。 太陽位于這些橢圓的一個焦點上 。 第二定律指出行星運動時 ， 連接太陽和行星的矢徑在相等的時間內(nèi)掃過的面積都相等 。 十年之后 ， 即 1619年 ， 開普勒在 《 宇宙諧和論 》一書中又提出了第三個定律 行星公轉(zhuǎn)周期的平方跟它們軌道的長軸的立方成正比 。 約翰 ?開普勒 （ Johanns Kepler,15711630） ，德國近代著名的天文學家 、 數(shù)學家 、 物理學家和哲學家 。 他以數(shù)學的和諧性探索宇宙 ， 在天文學方面做出了巨大的貢獻 。 開普勒是繼哥白尼之后第一個站出來捍衛(wèi)太陽中心說 、 并在天文學方面有突破性成就的人物 ， 被后世的科學史家稱為“ 天上的立法者 ” 。 1571年 12月 27日 ， 開普勒出生在德國威爾的一個貧民家庭 。 他是一個早產(chǎn)兒 ， 體質(zhì)很差 。 他在童年時代遭遇了很大的不幸 ， 四歲時患上了天花和猩紅熱 ， 雖僥幸死里逃生 ， 身體卻受到了嚴重的摧殘 ， 視力很差 ， 一只手半殘 。但開普勒有一種頑強的進取精神 ， 堅持努力學習 ， 成績一直名列前茅 。 1587年 ， 開普勒進入蒂賓根大學 。 大學畢業(yè)后 ， 開普勒獲得了天文學碩士的學位 ， 被聘請到格拉茨新教神學院擔任教師 。 后來 ， 開普勒離開神學院前往布拉格 ， 與卓越的天文觀察家第谷一起專心地從事天文觀測工作 。 第谷死后 ， 開普勒接替了他的職位 ， 被聘為皇帝的數(shù)學家 。 1630年 11月 15日 ， 開普勒在一家客棧里悄悄地離開了世界 。 他死時 ， 除一些書籍和手稿之外 ， 身上僅剩下了 7分尼 （ 1馬克等于 100分尼 ） 。 （三） 萬有引力定律的建立 開普勒三定律問世后 ， 人們又關(guān)心著一個新的課題：是什么原因使天體具有這樣一個和諧的結(jié)構(gòu) ？ 英國的胡克 (Robert Hooke, 16351703)、 倫恩和年青的天文學家哈雷 (Edmund Halley, 16561742)在引力問題的研究上都作出過重要貢獻 。 1674年 ， 胡克在一次演講中提出引力隨離吸引中心的距離而變化 。 1680年初 ， 在給牛頓的信中正式提出了引力與距離平方成反比的觀點 ， 但他并沒有將自己的引力思想如牛頓所作的那樣用數(shù)學式子表示出來 ， 并用太陽 、 地球 、 月亮 、 行星和地球上物體的運動實例來加以驗證 。 因此 ， 把發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的殊榮讓給了牛頓 ， 但胡克的某些想法對牛頓完成萬有引力的研究是起著積極的啟示作用的 。 羅伯特 ? 胡克 （ Robert Hooke 16351703） 是 17世紀英國最杰出的科學家之一 。 他在力學 、 光學 、天文學等諸多方面都有重大成就 。 他所設(shè)計和發(fā)明的科學儀器在當時是無與倫比的 。 他本人被譽為是英國皇家學會的 “ 雙眼和雙手 ” 。 哈雷 （ Edmund Halley,1656～ 1742） 英國天文學家 、 數(shù)學家 。 1656年 11月 8日生于倫敦附近的哈格斯頓 。 1676年在牛津大學四年級時放棄獲得學位的機會去南太平洋圣赫勒納島建立南半球第一座天文臺 ， 在那里測編了第一個南天恒星表 （ 341顆 ） ， 并于 1678年發(fā)表 ，當年被選為皇有學會會員 。 他還分析了 1337～ 1698年觀測到的 24顆彗星軌道記錄 ， 指出 1531年 、 1607年 、 1682年以近似軌道三次出現(xiàn)的彗星是同一顆 ， 并預(yù)言 1758年它會再度重現(xiàn) ， 并在后來得到證實 ，后世稱它為哈雷慧星 。 1705年發(fā)表了 《 彗星天文學論說 》 。 1720年任格林尼治天文臺第二任臺長 。 1742年 1月 14日在格林尼治去世 。 哈雷和倫恩在 1679年按照圓形軌道和開普勒第三定律以及圓周運動的向心力公式 ， 導出了作用于行星的引力與它們到太陽距離的平方成反比 。 但他們還無法證明行星在橢圓軌道下也是如此 。 哈雷為此專程于 1684年去劍橋向牛頓求教 ， 并于當年年底得到牛頓的證明結(jié)果 。 哈雷非常高興 ， 鼓勵并資助牛頓出版他的名著 《 自然哲學的數(shù)學原理 》 。 牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律是他在自然科學中最輝煌的成就 。他認為太陽吸引行星 ， 行星吸引行星 ， 以及吸引地面上一切物體的力都是具有相同性質(zhì)的力 ， 還用微積分證明了開普勒定律中太陽對行星的作用力是吸引力 ， 證明了任何一曲線運動的質(zhì)點 ， 若是半徑指向靜止或勻速直線運動的點 ， 且繞此點掃過與時間成正比的面積 ， 則此質(zhì)點必受指向該點的向心力的作用 ，如果環(huán)繞的周期之平方與半徑的立方成正比 ， 則向心力與半徑的平方成反比 。 牛頓的萬有引力定律公布后 ， 一開始并沒有被許多科學家所接受 。 在天文觀察中發(fā)現(xiàn) ， 行星的運行軌道跟用牛頓萬有引力定律計算得到的數(shù)值總有些差距 ， 特別是哈雷發(fā)現(xiàn) ， 多年來木星一直在有規(guī)則地加速 ， 土星則在減速 。 這個現(xiàn)象能用萬有引力定律解釋嗎 ？ 。 （四） 牛頓引力理論的檢驗 后經(jīng)許多科學家努力 ， 才搞清這個問題 ， 原來并非總是木星在加速 ， 土星在減速 ， 而是經(jīng)過很長一段時間后情況剛好倒過來 。 1784年拉普拉斯通過用萬有引力定律計算 ， 指出這是木星和土星的相互作用 ， 產(chǎn)生了 930年這樣長的周期性擾動 。由于拉普拉斯這一成就 ， 使萬有引力定律得到了有力的驗證 ，也使牛頓力學擺脫了最嚴重的危機 。 1844年 ， 亞當斯研究當時太陽系中最邊緣的天王星的觀測資料時 ， 發(fā)現(xiàn)觀測位置和用萬有引力定律計算得到的位置有偏差 。 亞當斯想到這
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