萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)與探究過程分析轉(zhuǎn)-展示頁
2025-05-19 20:15本頁面
【正文】 并且在 2~3 與 5~6 之間會(huì)有短暫停頓的狀態(tài)，這就是 留 。在哥白尼體系中，太陽是宇宙的中心，六大行星以勻速圓周軌道繞日旋轉(zhuǎn)，越靠近太陽的行星 旋轉(zhuǎn)速度越大。 圖 5 三、 日心說 是如何解釋行星的視運(yùn)動(dòng)的 哥白尼建立日心說源于對(duì)托勒密本均輪龐雜體系的強(qiáng)烈不滿，他實(shí)際上只是改變地心說兩個(gè)假設(shè)前提中的一個(gè)，或者說只是稍稍改變了描述的參考系 (即換一個(gè)角度來思考 )，結(jié)果情況大變。把這樣一個(gè)限于觀測(cè)手段的粗糙而有缺陷的觀念體系簡(jiǎn)單地說成是唯心或反動(dòng)的，是有違于科學(xué)史實(shí)的。由于不同行星有不同的退行狀況，故僅有一個(gè)本輪是難以將本均輪軌道運(yùn)動(dòng)疊加與實(shí)際情況相彌合，為此托勒密需要根據(jù)不同行星情況，疊套一個(gè)又一個(gè)的本輪，從而這個(gè)體系日趨復(fù)雜。托勒密的偉大之處在于他試圖以地心說為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出能對(duì)行星在天球上十分復(fù)雜的視軌跡作出大致合理的解釋模型，這就是通常所說的本輪與均輪模型，如圖 4所示。恒星在黃道面上 C點(diǎn)，地球在三個(gè)月內(nèi)公轉(zhuǎn)位置從 B到 B/，此段時(shí)間恒星的視差角為θ，設(shè)恒星與太陽的距離為 r，地太距離為一個(gè)天文單位( 1011m)，而 3600= 106 弧秒 (1 弧秒 =1/3600 度 )，則有∶ θ / 106=1 天文單位 /2π r， ∴θ = 105 天文單位 /r=1PC/r， ∴ 1PC= 105 天文單位 = 1016m= 光年， 圖 3 而 1百萬秒差距 =106 PC= 106 光年。恒星視差與其距離的關(guān)系可以給出天文與宇宙學(xué)一個(gè)十分重要的概念 秒差距 (PC)。人類歷史上一個(gè)最偉大科學(xué)探索篇章以及由此引發(fā)的日心說與地心說爭(zhēng)議，乃至引力定律的發(fā)現(xiàn)就是從試圖揭示行星視運(yùn)動(dòng)這一普通天文現(xiàn)象的成因而發(fā)端的。行星的視運(yùn)動(dòng)情況可由兩方面加以綜合分析：一方面由于地球每天自西向東的自轉(zhuǎn)，我們所看到的恒星、行星、太陽、月亮有自東向西的周日運(yùn)動(dòng)；另一方面由于地球每年相對(duì)太陽的由東向西的公轉(zhuǎn)，太陽在遙遠(yuǎn)的恒星背景上有位于黃道面上的向東的周年運(yùn)動(dòng)，較近的恒星也呈現(xiàn)小橢圓狀的周年運(yùn)動(dòng)，而九大行星幾乎都在接近同一 平面的近圓軌道，朝同一方向作繞太陽的公轉(zhuǎn)，因而從地球上看，相對(duì)于自東向西遙遠(yuǎn)星空背景而言，其視運(yùn)動(dòng)軌跡均離黃道不遠(yuǎn)，且應(yīng)呈現(xiàn)與太陽視運(yùn)動(dòng)方向一致的自西向東 (稱作順行 )運(yùn)動(dòng)。 黃極 天極 黃道 天赤道 圖 1 圖 2 地球觀測(cè)者所見的行星在天球上位置的移動(dòng)。 赤道面與黃道面有 23027/的交角，兩者相 交的兩點(diǎn)稱作春分點(diǎn)與秋分點(diǎn)。為定量表示天體投影在天球上位置和運(yùn)動(dòng)，需要建立以地球?yàn)橹行牡膮⒖枷?，常用的坐?biāo)系有： (1)赤道坐標(biāo)系：地球赤道平面延伸后與天球相交的大圓稱作天赤道，地軸(自轉(zhuǎn)軸 )延伸線與天球相交兩點(diǎn)稱作北南天極，過天極的大圓稱為赤經(jīng)圈，與天赤道平行小圓稱作赤緯圈。由于天體與觀察者距離遠(yuǎn)大于地球的移動(dòng)距離，可將其視作散布于以觀察者 (地球 )為中心的一個(gè)圓球面上。 本 專題將著重探討以下幾個(gè)問題： (1)如何正確評(píng)價(jià) 地心說 與 日心說 的作用 ?(2)開普勒是如何導(dǎo)出行星三定律的 ?(3)牛頓如何從開普勒三定律推導(dǎo)出引力的平方反比定律 (圓軌道、橢圓軌道 )?(4)牛頓是如何解決引力定律的普適性的 ? 一、行星視運(yùn)動(dòng)及其天文觀測(cè)常識(shí) 討論開普勒三定律與萬有引力定律離不開人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的天文觀測(cè)，這其中涉及我們不十分熟悉的天文知識(shí)。因此萬有引力定律的教學(xué)絕不能僅限于具體知識(shí)的講解、記憶與實(shí)際的(習(xí)題 )應(yīng)用，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)人類對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)以及建立萬有引力定律的探究過程，把教學(xué)重點(diǎn)放在 引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)萬有引力定律發(fā)現(xiàn)過程中的思路和方法 上。李政道先生在回答是什么使他走上獻(xiàn)身物理學(xué)研究的道路時(shí)曾說過，是物理學(xué)中那些具有普適性的物理法則和概念深深打動(dòng)了他，激發(fā)了他深入探究的興趣。萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)與探究過程分析 轉(zhuǎn) 各位朋友，圖片的插入以后完成，不好意思！ 萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)與探究過程分析 兼論如何在教學(xué)中展示知識(shí)形成過程 北京教育學(xué)院吳劍平 引言 物理學(xué)的發(fā)端始于人類對(duì)理解星體運(yùn)行的追求。三百多年前，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)堪稱人類文明與理性探索進(jìn)程中最壯麗的詩篇，其所體現(xiàn)出的科學(xué)智慧的震撼力，至今仍為世人所嘆服。萬有引力定律就是這樣一條具有簡(jiǎn)約性和普適性的自然法則，它第一次把看似毫不相關(guān)的地上與天上運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，第一次揭示大自然的對(duì)稱和諧與物理規(guī)律表達(dá)簡(jiǎn)潔而含蓄的內(nèi)在美，并作為牛頓的 從運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象研究自然力 的又一個(gè)科學(xué) 思辨范例，而不斷為歷代科學(xué)家所效仿。然而，除了教材與教參已有的介紹外，我們對(duì)物理學(xué)史上這段輝煌史實(shí)真正了解多少 ?我們能否把握整個(gè)發(fā)現(xiàn)過程中的探索脈絡(luò)，并將從中領(lǐng)悟到的思想精髓介紹給學(xué)生 ?由此看來，要教好新教材中的萬有引力定律一章，適當(dāng)擴(kuò)展相應(yīng)的知識(shí)背景，了解有關(guān)牛頓引力理論的現(xiàn)代評(píng)述，就顯得十分必要了。 研究天體位置和運(yùn)動(dòng)而引進(jìn)的假想圓球。 實(shí)際應(yīng)上是將天體投影到半徑任取 (可視作無窮大 )的天球面上。 (2)黃道坐標(biāo)系：以地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面稱為黃道面，其與天球相交的大圓稱作黃道，地球軌道面的法線與天球交點(diǎn)稱為北南黃極，該坐標(biāo)系同樣劃分有黃經(jīng)圈與黃緯圈。如圖 1所示。行星既有相對(duì)于恒星的視運(yùn)動(dòng)，又有相對(duì)于太陽的視運(yùn)動(dòng)，是從地球角度描述行星的出沒規(guī)律。但實(shí)際觀察到的行星運(yùn)動(dòng)卻是時(shí)而順行，時(shí)而逆行，有時(shí)甚至短
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