高中物理：备课资料（1 行星的运动）人教版必修2.doc

备课资料
一、行星新定义
2006年8月25日,来自全球的2500名科学家和天文学家经过激烈的争论后,在国际天文学联合会大会上投票决定,不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星,而将其列入矮行星.对此许多人感到不解,为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级”？
“行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的漫游者.近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星.19世纪后,天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星”变成了9颗.此后,“九大行星”成为家喻户晓的说法.

不过,新的天文发现不断使九大行星的传统观念受到质疑.天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处.冥王星所处的轨道在海王星之外,属于太阳系外围的柯伊伯带,这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方.20世纪90年代以来,天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体.
比如,美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体.
布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大的挑战,国际天文学联合会大会通过的新行星定义,意在弥合传统的行星概念与新发现的差距.
大会通过的决议规定,“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体.在太阳系传统的“九大行星”中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求.冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交,不符合新的行星定义,因此被降级为“矮行星”.
二、开普勒在天文学上的贡献
开普勒（JohannesKepler,1574—1630），德国天文学家，幼年体弱多病，12岁时入修道院学习.1587年进入蒂宾根大学,在校中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林,在他的影响下,开普勒很快成为哥白尼学说的忠实维护者.1591年获得文学硕士学位,后来想当路德教派牧师而学神学.因得到大学的有力推荐,中止了神学教程,去奥地利格拉茨的路德派高中任数学教师,开始研究天文学.1596年出版《宇宙的神秘》一书受到第谷的赏识,应邀到布拉格附近的天文台做研究工作.1600年,到布拉格成为第谷的助手,次年第谷去世,开普勒成为第谷事业的继承人.
开普勒视力不佳,但还是进行了不少观测工作.1604年9月30日在蛇夫应附近出现一颗新星,最亮时比木星还亮.开普勒对这颗新星进行了17个月的观测并发表了观测结果,历史上称它为开普勒新星(这是一颗银河系内的超新星).1607年,他观测了一颗大彗星,就是后来的哈雷彗星.
开普勒对光学很有研究,1604年发表《对威蒂略的补充,天文光学说明》.1611年出版《光学》一书,这是一本阐述近代望远镜理论的著作,他把伽利略望远镜的凹透镜目镜改成小凸透镜,这种望远镜被称为开普勒望远镜.开普勒还发现大气折射的近似定律,用很简单的方法计算大气折射,并且说明在天顶大气折射为零.他最先认为大气有重量,并且正确地说明月全食时月亮呈红色是由于一部分太阳光被地球大气折射后投射到月亮上而造成的.开普勒用很长时间对第谷遗留下来的观测资料进行分析,他在分析火星的公转时发现,无论按哥白尼的方法还是按托勒密或第谷的方法,算出的轨道都不能同第谷的观测资料相吻合,他坚信观测的结果,于是他想到火星可能不是做当时人们认为的匀速圆周运动.他改用各种不同的几何曲线来表示火星的运动轨迹,终于发现了“火星沿椭圆轨道绕太阳运行，太阳处于焦点之一的位置”这一定律.接着他又发现虽然火星运行的速度是不均匀的,在近日点时快,远日点时慢,但是,从任何一点开始,在单位时间内,半径扫过的面积却是不变的,这样就得出了关于行星运动的第二条定律:“行星的半径在相等的时间内扫过相等的面积.”这两条定律,刊布于1609年出版的《新天文学》一书,书中他还指出,这两条定律同样适用于其他行星如月球的运动.
1612年,开普勒的保护人鲁道夫二世被迫退位,因此他也离开布拉格,去奥地利的林茨.当地专门为他设立了一个数学家的职务.经过长期繁复的计算和无数次失败,他终于发现了行星运动的第三条定律:“行星公转周期的平方跟轨道半长轴的立方的比值是一常数.”这一结果发表在1619年出版的《宇宙和谐论》中.行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石,并导致数十年后万有引力定律的发现.
三、八颗行星的基本数据
行星名半径/km质量/地球质量自转周期/s公转周期/s特点水星24400.05545.07×1067.60×106八颗行星中运动最快的行星金星60500.8152.10×1071.94×107除太阳和月亮外,是全天候最亮的星,比天狼星还亮;自转方向与其他行星相反地球63781.0008.64×1043.16×107距太阳1.5