2013年湖北高考物理復(fù)習(xí)：行星運(yùn)動(dòng)第一定律的由來

湖北
2013年高考物理復(fù)習(xí)：行星運(yùn)動(dòng)第一定律的由來

普勒來到第谷身邊以后，師徒倆朝夕相處，形影不離，結(jié)成了忘年交，次年第谷逝世，開普勒接替了他的工作，并繼承了他的宮廷數(shù)學(xué)家的職務(wù)．

開普勒認(rèn)真地研究了第谷多年的大量記錄．開普勒計(jì)算出來的火星位置和第谷的數(shù)據(jù)之間相差8 ' ，這個(gè)角度約相當(dāng)于手表上的秒針在。

時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度．會(huì)不會(huì)是第谷觀測失誤了呢？不會(huì)！開普勒完全信賴第谷，即使是這樣微小的數(shù)值，第谷也不會(huì)弄錯(cuò)的．經(jīng)過多年的數(shù)學(xué)計(jì)算，開普勒發(fā)現(xiàn)：第谷精確的觀察數(shù)據(jù)與當(dāng)時(shí)所認(rèn)為的天體沿圓周勻速運(yùn)動(dòng)的軌道學(xué)說不相符．

最終開普勒認(rèn)識(shí)到了行星軌道不是圓而是橢圓．他在1609 年發(fā)表的《 新天文學(xué)》 中提出了他的前兩個(gè)行星運(yùn)動(dòng)定律：行星運(yùn)動(dòng)第一定律認(rèn)為每顆行星都在一個(gè)橢圓形的軌道上繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，而太陽位于這個(gè)橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上；
行星運(yùn)動(dòng)第二定律認(rèn)為行星運(yùn)行離太陽越近運(yùn)行越快，行星與太陽之間的連線在相等時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等．

10 年后，開普勒發(fā)表了他的行星運(yùn)動(dòng)第三定律：行星距離太陽越遠(yuǎn)，它的運(yùn)轉(zhuǎn)周期越長；
運(yùn)轉(zhuǎn)周期的平方與到太陽之間距離的立方成正比．他在1619 年出版的《 宇宙的和諧論》 一書中詳細(xì)闡述了這條定律．至此．開普勒三定律便完整地提出來了．

開普勒定律對(duì)行星繞太陽運(yùn)動(dòng)作了一個(gè)基本完整、正確的描述，解決了天文學(xué)的一個(gè)基本問題．從此，天文學(xué)成為一門精確的科學(xué)，開普勒被人們尊稱為“天空的立法者”．他的三大定律，為牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系的建立提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的因果追蹤

關(guān)于物體的運(yùn)動(dòng)是否發(fā)生變化，亞里士多德曾斷言：“物體只有在一個(gè)不斷作用者的直接接觸下，才能保持運(yùn)動(dòng)，一旦推動(dòng)者停止作用，或兩者脫離接觸，物體就會(huì)停止下來．”亞里士多德對(duì)拋射體的解釋是：“在拋射體的后面形成了虛空區(qū)域，由于自然界懼怕虛空，于是就有空氣立即填補(bǔ)了這一虛空區(qū)域，因而形成了推力．" 6 世紀(jì)希臘有一位學(xué)者對(duì)亞里士多德的運(yùn)動(dòng)學(xué)說持批判態(tài)度，他叫菲洛彭諾斯．他認(rèn)為拋體本身具有某種動(dòng)力，推動(dòng)物體前進(jìn)，直到耗盡才趨于停止，這種看法后來發(fā)展為“沖力理論”．

巴黎大學(xué)校長布里丹也是批判亞里士多德運(yùn)動(dòng)學(xué)說的先行者．伽利略也不認(rèn)可亞里士多德把運(yùn)動(dòng)分成自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)．伽利略領(lǐng)悟到，將人們引人歧途的是摩擦力或空氣、水等媒質(zhì)的阻力，這是人們?cè)谌粘Ｓ^一察物體運(yùn)動(dòng)時(shí)難以完全避免的? 他通過一個(gè)經(jīng)典的斜面實(shí)驗(yàn)引出了物體的“慣性”，運(yùn)卸并不需要力的維持．

一在《 關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》 一書中他精彩描述了這樣的力學(xué)實(shí)驗(yàn)情景．“在一只做勻速直線運(yùn)動(dòng)的密封船艙里，一切力學(xué)現(xiàn)象都和船靜止時(shí)一樣：小瓶里的水照樣一滴一滴地垂直掉下來；
盆里的魚照樣自由地游動(dòng)；
小蟲子照樣向各個(gè)方向自由地飛翔；
人在船上用同樣的力氣往各個(gè)方向跳，都會(huì)跳得同樣遠(yuǎn)．”可見，我們用任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都無法判斷和確定船的狀態(tài)是靜止的還是勻速的．如果力學(xué)定律在某個(gè)參考系（指慣性參考系）中是成立的，那么相對(duì)于該參考系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系中，它也同樣成立．在描述力學(xué)過程方面，各個(gè)慣性參考系都是等效的．這就是著名的伽利略相對(duì)性原理．

但伽利略認(rèn)為等速圓周運(yùn)動(dòng)也是慣性運(yùn)動(dòng)，行星正是由于沿圓周軌道做等速運(yùn)動(dòng)才能永恒地運(yùn)轉(zhuǎn)．他的直線運(yùn)動(dòng)實(shí)際上只限于沿著水平面的運(yùn)動(dòng)，所以并沒有正確她.