开普勒三大定律

开普勒三大定律都是研究天体运动中行星运动规律的定律，该定律是牛顿发现万有引力定律的基石。

开普勒定律是开普勒发现的关于行星运动的定律，他于1609年在他出版的《新天文学》上发表了关于行星运动的两条定律。后于1618年，开普勒发现了第三条运动定律。

开普勒三大定律内容

（1）开普勒第一定律

所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。这就是开普勒第一定律，又称椭圆轨道定律。

（2）开普勒第二定律

对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。这就是开普勒第二定律，又称面积定律。

（3）开普勒第三定律

所以行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。这就是开普勒第三定律，又称周期定律。

若用a表示椭圆轨道的半长轴，T表示公转周期，则有：

其中，k是一个与行星无关的常量。

开普勒研究开普勒三大规律的背景

对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点。在当时的研究中，基本上学术界公认的天体运动模式为标准的圆周运动。

开普勒很幸运地能够得到著名丹麦天文学家第谷·布拉赫20多年所观察与收集的非常精确的天文资料。在前人第谷遗留下来的数据资料中，火星运动情况的资料是最丰富的，而哥白尼的理论在火星轨道上的偏离也是最大的。

王尚老师辅导书物理自诊断每道题都有视频讲解，哪道题不会扫题旁二维码即可看视频，学习更高效，考试分数更高。欢迎添加微信teacherws咨询。刚开始研究时，开普勒用正圆编制火星的运行表，发现火星运行情况总是出轨。

开普勒便将正圆改为偏心圆，在进行了无数次的试验后，他找到了与事实较为符合的方案。可是，依照这个方法来预测卫星的位置，却跟第谷的数据不符，产生了8分的误差。

这8分的误差相当于秒针0.02秒瞬间转过的角度。

开普勒坚信第谷的实验数据是可信的（这也是开普勒三大定律发现的基石），那错误出在什么地方呢？正是这个不容忽略的8分使开普勒走上了天文学改革的道路。

他敏感的意识到：火星的轨道并不是一个标准的圆周。这是天文学上一个重大的发现，就像是牛顿被苹果砸到而思索出万有引力一样。

他对“完美”的神运动（匀速圆周运动）发起质疑，开普勒将火星轨道确定为椭圆，经过近6年的大量计算，开普勒得出了第一定律和第二定律。

又经过10年的大量计算，开普勒得出了第三定律。这些论点，大大地动摇了当时的天文学与物理学。

开普勒用三角定点法测出地球的轨道也是椭圆，断定它运动的线速度跟它与太阳的距离有关。

后来，英国物理学家牛顿利用他的第二定律和万有引力定律，在数学上严格地证明开普勒定律，也让人们从数学的角度了解到了其中的物理意义。

开普勒定律发现背景

开普勒定律wuli.in是开普勒发现的关于行星运动的定律。他于1609年在他出版的《新天文学》上发表了关于行星运动的两条定律，又于1618年，发现了第三条定律。 开普勒很幸运地能够得到著名丹麦天文学家第谷·布拉赫20多年所观察与收集的非常精确的天文资料。大约于1605年，根据布拉赫的行星位置资料，沿用哥白尼的匀速圆周运动理论，通过4年的计算发现第谷观测到的数据与计算有8’的误差，开普勒坚信第谷的数据是正确的，从而他对“完美”的神运动（匀速圆周运动）发起质疑，经过近6年的大量计算，开普勒得出了第一定律和第二定律，又经过10年的大量计算，得出了第三定律。

开普勒的定律给予亚里士多德派与托勒密派在天文学与物理学上极大的挑战。他主张地球是不断地移动的；行星轨道不是周转圆（epicycle）的，而是椭圆形的；行星公转的速度不等恒。

这些论点，大大地动摇了当时的天文学与物理学。经过了几乎一世纪披星戴月，废寝忘食的研究，物理学家终于能够用物理理论解释其中的道理。

牛顿利用他的第二定律和万有引力定律，在数学上严格地证明开普勒定律，也让人们了解其中的物理意义。推荐查看文章：牛顿发现万有引力的过程

http://gaozhongwuli.com/zt/wyyl/480430.html

开普勒三大定律学习问题与王尚老师回复

学生问题：与开普勒名字接近的物理学家是谁？

王尚老师：开普勒、多普勒与普朗克这三个人的名字容易混淆。三者对物理学的发展贡献分别介绍如下：开普勒是提出天体运动中的三大定律，多普勒研究的是波动的传播规律，接受者的接收到的频率与波源的移动速度有关系，普朗克贡献之一是普朗克常量，光子的能量等于普朗克常量与频率的乘积。推荐查看《物理自诊断》专题15例1，例2；

学生问题：什么时候用开普勒定律解题？

王尚老师：我的个人经验是，如果题目只是涉及到了周期和半径的关系，优先考虑开普勒定律，比用万有引力推导要简单。另外，就是如果某行星或航天器做椭圆运动，这时候圆周运动公式都不成立，只能用开普勒定律求解了。推荐查看物理自诊断的万有引力专题，有相关的例题。

参考文献

万有引力定律

http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43180.html

多普勒效应

http://bk.gaozhongwuli.com/index.php/archives/7066

德布罗意波

http://gaozhongwuli.com/zongjie/x35/481800.html

开普勒定律内容

http://blog.teacherws.com/wen/14385.html

伽利略http://gaozhongwuli.com/baike/001/20.html

作者：王尚，苏阳。校正：齐思源。版权归属高中物理网（gaozhongwuli.com），严禁转载。

扫码关注王尚老师微信公众号teacherws，免费获取物理教学视频资料。