开普勒与伽利略
试述哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿的主要科学贡献
1、试述哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿的主要科学贡献。
哥白尼：哥白尼在他的不朽著作《天体运行论》中，系统阐述了日心说的内容，主要包括以下五个方面：第一，地球是在不断运动的。
第二，宇宙的中心不是地球而是太阳。
第三，确定了各个行星在太阳系中的排列次序。
第四。
关于地球和月亮的关系，他指明月亮是地球的卫星，不能把月球同地球分开。
第五．还解释了对地动说的种种疑问。
（比如火星、木星、土星所以发生“逆行”，是因为地球的运转速度比它们快，当地球和它们处在太阳同侧，并超过它们时，所以行星的逆行是相对运动的结果。
从地球上看，它们就好像在“逆行”，它们的“逆行”每年在一定时候都要发生一次。
）其中，他的日心说更详细的说明了几个问题：所有天球都围绕太阳旋转、地球绕它的轴自转、地球旋转的轨道是黄道/黄道带、地球与太阳的距离比地球与恒星的距离小得多、行星的逆行是相对运动的结果。
解决了行星逆行的原因；外行星本轮上的向径等问题。
根据哥白尼体系，宇宙不是以地球为中心的，地球和别的行星一样，围绕太阳而运行，唯有太阳才固定在体系的中心。
这一简单而基本的发现，使人们对宇宙的看法从神秘原始的见解进入到现代的思考，并引起了思想上的革命。
人们开始摆脱对权威的迷信，只有事实才是知识的泉源，实践才是检验真理的标准。
哥白尼原理的现代表述应当是：宇宙中任一局部观测者所处的位置都不会是特殊的。
也就是说，宇宙没有中心。
这一原理已为当前的宇宙观测所证实，在大尺度结构上宇宙是均匀的和各向同性的。
当前，暗物质和暗能量的发现，是哥白尼原理的另一种体现，宇宙不仅不以我们为中心，而且构成宇宙的物质的绝大多数也与构成我们自身的物质不同，这可算天体物理学中最令人向往的发现了。
哥白尼运用科学方法所得到的、具有革命内容的《天体运行论》向自然事物方面的教会权威给予了公开挑战。
从此，不仅铺平了通向近代天文学的道路。
整个自然科学也开始从神学中解放出来，借以宣布其独立，开辟了自然科学的新时代。
高中物理行星的运动开普勒三大定律知识点总结
高中物理行星的运动开普勒三大定律知识点总结地心说与日心说地心说认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他的行星都绕地球做圆周运动，地心说的代表人物是古希腊的科学家和哲学家亚里士多德。
日心说认为太阳是宇宙的中心，是静止不动的，地球等一切的行星都绕太阳做圆周运动。
日心说的代表人物是阿里斯塔克、哥白尼、布鲁诺、伽利略、第谷和开普勒。
阿里斯塔克是第一个提出日心说的天文学家；哥白尼在《天体运动论》一书中，对日心说提出更具体的论述和数学论据；布鲁诺、伽利略是为之奋斗的人；开普勒是提出行星围绕恒星做椭圆运动的运动规律的人。
乔尔丹诺．布鲁诺，文艺复兴时期意大利思想家、自然科学家、哲学家和文学家。
作为思想自由的象征，他鼓舞了16世纪欧洲的自由运动，成为西方思想史上重要人物之一。
他勇敢地捍卫和发展了哥白尼的太阳中心说，并把它传遍欧洲，被世人誉为是反教会、反经院哲学的无畏战士，是捍卫真理的殉葬者。
由于批判经院哲学和神学，反对地心说，宣传日心说和宇宙观、宗教哲学，1592年被捕入狱，最后被宗教裁判所判为“异端”烧死在罗马鲜花广场。
伽利略。
意大利数学家、物理学家、天文学家，科学革命的先驱。
伽利略发明了摆针和温度计，在科学上为人类作出过巨大贡献，是近代实验科学的奠基人之一。
历史上他首先在科学实验的基础上融汇贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。
伽利略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。
从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说。
他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。
因此被誉为“近代力学之父”、“现代科学之父”。
其工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。
1633年以“反对教皇、宣扬邪学”被罗马宗教裁判所判处终生监禁。
天体学家对天体运动的进一步完善哥白尼的宇宙体系动摇了基督教宇宙体系的根基，但他并没有在天文测算的精确度上有多大的提高，近代早起最重要的工作由丹麦的谷底进行的。
万有引力定律的发现过程
万有引力定律的发现过程引言万有引力定律是自然界中描述物体相互之间引力作用的重要基本定律。
它的发现过程历经多位科学家的努力和探索，经过数百年的演化和完善，最终得以确立。
本文将详细介绍万有引力定律的发现过程，从伽利略的实验到牛顿的理论推导，再到爱因斯坦的广义相对论，每一位科学家的贡献都为我们揭示了万有引力定律的奥秘。
伽利略的实验伽利略是现代科学的奠基人之一，他的实验为万有引力定律的发现奠定了基础。
在16世纪末期，伽利略通过斜面实验的方式研究物体的自由落体运动，并提出了匀加速运动的概念。
他发现，不考虑空气阻力的影响，自由落体的加速度是恒定的，与物体的质量无关。
这一发现为后来的万有引力定律提供了重要的实验依据。
开普勒的行星运动定律伽利略的实验结果对开普勒的工作产生了重要影响。
开普勒是17世纪的天文学家，他通过对行星运动的观测数据分析，发现了三个行星运动的定律。
这些定律为日后的万有引力定律的发现提供了理论基础。
第一定律：行星轨道是椭圆开普勒的第一定律指出，行星绕太阳的轨道是一个椭圆，而不是周期为圆的假设。
这一观测结果挑战了当时传统的圆周运动理论，为万有引力定律的发现提供了新的思路。
第二定律：行星面积与时间的关系开普勒的第二定律表明，行星在其椭圆轨道上的面积速率是恒定的。
即行星在相等时间内扫过的面积是相等的。
这一定律揭示了行星运动的动力学规律，为后来的物体运动定律的建立打下了基础。
第三定律：行星轨道周期与半长轴的关系开普勒的第三定律指出，行星运动的周期的平方与行星轨道半长轴的立方成正比。
这个定律揭示了行星运动的周期性规律，为后来牛顿的引力定律提供了重要线索。
牛顿的引力定律牛顿是万有引力定律的创立者，他通过对开普勒定律的理论解释和自己的实验研究，最终发现了万有引力定律。
引力的本质牛顿认为，行星运动背后的原因是物体之间存在着相互吸引的力。
他将这种力称为万有引力，认为它是一种作用在物体之间的长程力，与物体的质量和距离有关。
对天文有贡献的人的故事
对天文有贡献的人的故事在人类对宇宙的探索中，涌现出许多杰出的天文学家，他们以毕生精力，深入宇宙奥秘，对人类的科学认识和文明发展做出了不可磨灭的贡献。
以下是其中几位对天文有着重要贡献的人的故事。
一、哥白尼（Nicolaus Copernicus）哥白尼，这位波兰的天文学家，是日心说的创立者，他对天文学的贡献是无法估量的。
在16世纪，哥白尼提出了日心说，颠覆了长久以来人们所接受的“地心说”观点。
他主张太阳是宇宙的中心，而地球和其他行星则绕着太阳公转。
虽然这一观点在当时引起了极大的争议，但最终，通过开普勒、伽利略等科学家的进一步研究，证明了哥白尼的日心说是正确的。
二、伽利略（Galileo Galilei）伽利略是意大利的物理学家、天文学家和数学家。
他对天文学的贡献主要体现在对望远镜的改进和使用上。
通过自己制作的望远镜，伽利略发现了木星的四大卫星、太阳的黑子以及金星的相位变化等重要天文现象。
这些发现为日心说提供了有力的证据，推动了科学革命的发展。
三、开普勒（Johannes Kepler）开普勒是德国的天文学家和数学家，他为现代天文学发展做出了重要贡献。
开普勒提出了行星运动的三大定律，即轨道定律、面积定律和周期定律。
这些定律为牛顿的万有引力定律奠定了基础。
此外，开普勒还对火星的运动进行了详细的研究，为后来的天文学家提供了重要的参考。
四、哈雷（Edmond Halley）哈雷是英国的天文学家和数学家，他以预测哈雷彗星的出现而闻名于世。
哈雷彗星是唯一一颗能用裸眼直接观测到的彗星，每隔76年左右就会回归一次。
哈雷彗星的发现和研究，为天文学的发展提供了宝贵的资料和启示。
五、爱因斯坦（Albert Einstein）爱因斯坦是一位著名的理论物理学家，他对天文学的贡献也颇为了不起。
他提出的广义相对论理论解释了恒星和星系的运动规律，预言了黑洞的存在。
虽然最初被视为异端邪说，但随着时间的推移，爱因斯坦的理论逐渐被证实，并为现代天文学提供了新的研究方向和发展思路。
万有引力定律历史
万有引力定律历史万有引力定律历史随着古代先哲的不断探索，人类逐渐对世界的认识逐渐深入。
当人们对物理规律有了初步了解，他们开始探索自然现象背后的科学原理，特别是那些能够解释行星运动等特殊现象的原理。
这种思考最终导致了万有引力理论的诞生。
万有引力定律是一个表明所有物体间的引力普遍存在的自然规律，根据这个规律，任何物质质量都产生引力，而引力的作用力是与这些物质质量间的距离平方成反比例。
下面，我们来一起回顾一下万有引力定律的历史。
1. 伽利略和探究物质落体伽利略是第一个真正研究物质落体的科学家。
他观察到不同质量的物体在同等条件下具有相同的下落速度，进而提出了重力作用的概念。
他还通过他的实验研究，明确了质量对于物体运动的影响。
2. 开普勒的行星运动三定律开普勒是第一个真正研究行星运动的科学家。
他通过大量观测和实验，发现了关于行星运动的三个基本规律，即质点的轨道为椭圆、在一段时间内走过面积相等的椭圆弧线速度相等、天体的运动规律与质量无关。
他的研究成果将物理学与天文学连接起来，并且推动了后续研究的发展。
3. 牛顿的万有引力定律牛顿是万有引力定律的创始人。
他应用了开普勒的行星运动三定律，并发现了所有物体间普遍存在的万有引力。
他将这些法则相结合，达到了人类物理学领域的巨大跃进。
4. 现代物理学与爱因斯坦的重力波理论爱因斯坦是第一个提出现代物理学理论并与万有引力定律进行联系的科学家。
他发现弯曲空间和四维空间时间是与重力相关联的概念。
他提出了重力波理论，该理论被证明是现代物理学的基础之一。
他的研究促进了整个领域的发展，并将理论和实践联系起来。
总结从古代先哲到现代天文学家、物理学家，人类的研究之路始终都是一条从简单到复杂、从局部到整体的发展之路。
万有引力定律是这种探索的成果之一，它将天文学、物理学、科学歷史与人类社会结构有机地连接起来，成为现代科学知识的重要基础。
第二讲 从天上到地上———哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿
第二讲从天上到地上———哥白尼—开普勒—伽利略—牛顿近代科学始于仰望星空，文艺复兴时期的哥白尼和开普勒，思想直承古希腊，眼光还在天空；直到伽利略才把数学从天空中拉回到地面上，最后是牛顿，对天上地上的自然现象做了第一次大综合，他的著作就是《自然哲学的数学原理》。
至此，数学从理型世界回归到了现实世界。
这个过程当中有两点值得注意。
第一点，数学与实验的结合。
毕达哥拉斯—柏拉图的数学传统有一种鄙薄实用、厌弃现实世界的倾向，这虽然也表现了一种对数学的执着，即，不被纷乱的表相所迷惑，坚信数学对事物的本质有一种理解力，不是用现实的不完美的材质去建立数学，去改变数学，反而要用数学的形式去解释现实。
柏拉图的学生亚里士多德的观点与此相反，在亚里士多德那里，数学的地位不高，只是描述事物的形式属性的。
数学的作用肯定是要大于亚里士多德所说的，因此亚里士多德的数学观在数学界一直没有什么市场，当然了，科学界和经济学界那些认为数学永远只有工具性价值的人一定是亚里士多德的门徒。
柏拉图的数学观对科学的阻碍作用是显然的，把数学的领地限制在了理型世界。
上一讲说过，这种观点在亚历山大时期就已经大打折扣了，那里已经出现了数学与经验知识相结合的苗头，并且产生了阿基米德这样完全具有近代科学思想素质的天才。
数学的发展需要一种自由的气氛，既要有对物理世界的问题的惊奇感，又要有从抽象方面思考这些问题的兴趣，而不必去关心是否会带来实际的利益。
亚历山大时期的数学和科学已经有了这种迹象，它似乎能够把雅典时期的超凡脱俗的数学拉回到现实世界中来。
但是强大的罗马文明和随之而来的漫长的欧洲中世纪文明打断了这种自然的进程，数学和科学的发展此后几乎都完全停滞了。
如果说罗马文明产生不出好的数学是因为它太过重视实用效果的话，那么欧洲中世纪文明不能产生数学成果则出于正好相反的原因，它根本就不关心现实的物理世界，现世的俗务都是不重要的，重要的是死后的天国，以及为此而做的心灵上的长期训练。
力学的发展历程
力学的发展历程力学是物理学的一个重要分支，研究物体运动和力的作用。
它的发展历程可以追溯到古代，经历了漫长的发展和演变，形成了现代力学的基础。
本文将详细介绍力学的发展历程，并探讨其在科学研究和实际应用中的重要性。
1. 古代力学的起源古代力学的起源可以追溯到古希腊时期。
古希腊的哲学家和数学家亚里士多德提出了一些关于力和运动的理论，他认为物体的运动是由于其本质的内在动力而产生的。
然而，亚里士多德的理论并没有提供明确的数学描述和实验验证，因此在科学发展中的地位并不重要。
2. 开普勒和伽利略的贡献在16世纪，约翰内斯·开普勒和伽利略·伽利莱的研究对力学的发展产生了重要影响。
开普勒通过对行星运动的观测和分析，提出了行星运动的三个定律，揭示了行星运动的规律性。
伽利略通过实验和观察，提出了自由落体和斜面上物体滑动的规律，奠定了力学实验基础。
他的研究为后来的牛顿力学奠定了基础。
3. 牛顿力学的建立17世纪末，艾萨克·牛顿提出了经典力学的三大定律，即牛顿定律。
第一定律（惯性定律）指出，物体在没有受到外力作用时保持静止或匀速直线运动。
第二定律（动力学定律）描述了物体受力时的加速度与力的关系。
第三定律（作用-反作用定律）说明了相互作用物体之间的力是相等且反向的。
牛顿力学为解释天体运动、机械运动和其他物体运动提供了统一的理论框架。
4. 拉格朗日力学和哈密顿力学的发展18世纪末和19世纪初，约瑟夫·拉格朗日和威廉·哈密顿提出了新的力学理论，即拉格朗日力学和哈密顿力学。
拉格朗日力学通过定义广义坐标和拉格朗日函数，从能量角度描述物体的运动。
哈密顿力学通过定义广义动量和哈密顿函数，从相空间的角度描述物体的运动。
这两个力学理论在解决复杂系统的运动问题时具有重要的作用。
5. 相对论力学的出现20世纪初，阿尔伯特·爱因斯坦提出了相对论力学，即狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论描述了高速运动物体的运动规律，引入了相对论性质量和相对论动力学。
开普勒常数
开普勒常数开普勒定律是近代天文学的基础，其中他推出的常数开普勒常数大约有3000多年历史。
直到19世纪末，人们才认识到它的重要性。
正如20世纪初爱因斯坦所说：“上帝第一次创造了宇宙，第二次创造了物质。
”而开普勒常数的发现可谓首屈一指。
开普勒定律又称三大运动定律之一。
牛顿曾说过：“我不知道第一个这样想的人是谁？但一定是开普勒。
”其实，伽利略也对这个规律作出了预言。
在1572年伽利略出版的《星际信使》一书中，伽利略预言地球的自转和公转都会对日心引力产生作用，从而导致开普勒定律的发现。
不仅如此，伽利略还曾预言过光线在任何惯性系统下都应遵循“右手定则”。
只是伽利略并未把这些观点提出来罢了。
开普勒常数的意义在于，它描述的是万有引力对太阳系质量分布、密度和结构等特征的影响，即其他行星对地球引力作用的大小。
众所周知，太阳系包括八颗行星，从地球到木星、土星和天王星的距离相当远。
太阳系内各行星之间存在着很大差异，但我们仍然能用“开普勒定律”计算出它们的平均距离和运动速度，这便是“开普勒定律”的真正含义。
开普勒定律揭示了天体的客观运动规律，以及天体的内部结构和外部环境，从而有助于科学家认识和探索自然现象，提高我们对宇宙的认识。
天体与地球相比，从本质上来说是不同的，但它们都具有吸引物质的引力。
但天体的引力在不同条件下变化较大。
根据万有引力定律，质量越大，引力越强；质量越小，引力越弱。
如果把一个质量极大的天体放到太阳附近，就会加剧太阳系内的矛盾。
那么，问题出在哪里呢？牛顿认为，由于宇宙空间的膨胀，气体分子运动速度减慢，使天体周围形成一层“宇宙空间膜”，使天体周围的星际空间变得十分寒冷。
“宇宙空间膜”的密度是宇宙空间密度的一百亿分之一。
宇宙空间变得非常稠密，可是却没有引力。
但是，随着时间的推移，地球的温度变高，空气膨胀，气体分子就会获得足够的能量，开始向宇宙空间飞奔。
如果宇宙空间继续膨胀，空气会在“宇宙空间膜”的背景下永远地飞奔下去。
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开普勒的行星运动定
在《宇宙的奥秘》中开普勒做了一系列正多面体，每个多面体有一个内切球，同时又是下一个正多面体的外切球。
他发现，正八面体的内切和外接球面的半径分别同水星距离太阳的最远距离和金星距离太阳的最近距离成正比例；正二十面体的内切和外接球的半径分别代表金星的最远距离和地球的最近距离。
正十二面体、正四面体和立方体可类似地插入到地球火星、木星和土星的轨道之间。
正多面体只有五种，而行星只有六颗，这很容易让人觉得它们之间联系的必然性。
在开普勒看来，这俨然是上帝创造宇宙的“秘方”。
实际上根据开普勒的这种构造计算出来的行星距离与观测所得并不完全一致，但开普勒在当时简单地把这种偏差归咎于观测的误差。
开普勒最终能在行星运动理论上去的突破性的成就，得益于他能获得的三大遗产：哥白尼的日心体系、第谷的精确观测资料——火星的位置资料和吉尔伯特在《论磁》中表达的地球是一个磁体的思想。
开普勒利用本轮和偏心圆模型对火星进行了计算，他发现计算结果与观测值之间有8分的误差。
开普勒对第谷的观测精度深信不疑，因此他抛弃了上述从托勒密到哥白尼一直沿用的本轮和偏心圆模型。
为了寻求代替理论，开普勒暂时放开火星，开始研究地球的运动。
刚开始研究地球的运动，开普勒就发现，依然需要偏心圆。
只是地球的偏心率比火星的更小。
这样，为了搞清楚[偏心问题，开普勒转而开始注意行星运动速度不均这一现象。
开普勒证实了行星在元日点和近日点的速度与行星到太阳的距离成反比——事实上这个理论是错误的。
开普勒不把哥白尼体系当成脆脆的数学虚构，而是把它作为实在的东西接受，并进而考察行星绕日运动的物理原因。
起先，开普勒怀着神秘的想法，认为行星具有灵魂或意识，它们有意识地使行星运动。
等到发现行星的速度遇到太阳的距离成反比这一结果时，开普勒抛弃了灵魂的想法，提出力作用于行星的见解。
吉尔伯特把地球看作一个大磁体。
开普勒受他启发，认为行星收到磁力的推动而运动。
他认为，这种力不是超距力，这种叫做species的非物质性的力是从太阳发出的，由于它的旋转而推动行星。
这种力的大小与到太阳的距离成
反比。
位于圆心C出时才正确。
而开普勒却大胆认为它在偏心圆的情况下也成立。
于是给出了动径扫过的面积与时间的关系：成正比！从推理过程来看这是一个粗糙的结论。
但由此得到了面积速度恒定的定律——开普勒第二定律。
开普勒就这样找到了计算给定时刻行星位置的方法。
据此，从给定的三个位置就能计算出该行星的远日点位置、偏心率。
开普勒挑选了火星的几组位置进行计算，发现结果互相不一样。
于是开普勒抛弃了从柏拉图一来把天体看作沿圆形轨道运动的信条，并得出结论：火
星的轨道不可能是圆形。
伽利略和哥白尼主意的传播
伽利略在1609年听说了荷兰人发明了一种玩具——望远镜，他用两块透镜的组合可以把很远处的物体“拉近”从而看得很清楚。
此时的伽利略正处在创造努力的顶峰，他马上想到可以用望远镜来做天文观测，并且立刻亲自动手再造望远镜。
在他与1610年出版的《恒星使者》一书中，伽利略介绍了他制造出第一架用于天文观测的望远镜的经过。
据他自述，用这架望远镜观察物体时，“同肉眼所见相比，它们几乎大了一千倍，而距离只有三十分之一。
”伽利略制造的望远镜本质上同荷兰望远镜一样，但是伽利略具备精深的光学知识，所以他的望远镜比荷兰眼睛制造商们的制品好，以至荷兰人首先发明的这种构造的望远镜后来被称为伽利略望远镜。
当用望远镜观看恒星时，伽利略看到了许多肉眼无法看到的恒星。
神秘的银河，现在他能解释为是由无数恒星所组成，因此也证实了两千多年前亚里士多德的思索。
伽利略还发现，尽管行星的视圆面可以按望远镜的放大倍数而扩大，但对于恒星就不行了。
这对于哥白尼主义者来说是一个好消息。
第谷已经估计过，为了解释探测恒星周年视差的失败，哥白尼主义者将不得不把恒星放置到700倍于土星距离以外的地方，并且为了在如此远处还呈现视圆面，这些恒星必须是非常巨大的。
现在伽利略证明这些恒星视圆面只不过是一种错觉。
当伽利略在1610年1月7日第一次观察木星时，他发现木星位于三颗小星中间，而这三颗小星令人惊奇地排成一线。
木星那是正向西（逆行）运动，此时，伽利略希望在这之后的夜里，木星将运动到这些小星的西面。
但事实上它却出现在了东面。
第二晚是多云天气，但是到了1月10日，他发现到了两颗小星的西面，而第三颗小星却不见了。
到了1月13日，小星变成了四颗，到了1月15日，伽利略意识到所谓的恒星实际上是卫星，是绕木星旋转的、像被太阳带动的行星一样的、被小星带动的月亮。
伽利略急于利用他的发现来促成他的事业，他只花了几个星期就完成了《恒星使者》写作，宣布了他的令人震惊的消息。
为了谋求托斯卡纳大公首席数学家的职位，伽利略把新发现的木星的四颗卫星命名为“美帝奇星”——而现在这四颗卫星被叫做伽利略卫星。
伽利略还利用他的望远镜做出了进一步的重要发现。
伽利略发现在传统宇宙理论中作为完美象征的太阳，其表面实际上是“斑斑点点，不洁净的”，这就是太阳黑子的发现。
当然这项发现的荣誉还应该与他同时代的另外两位天文学家分享。
开普勒已经知道太阳黑子存在，甚至没有利用望远镜。
发布里休斯在伽利略之前已经用自己的望远镜看到了太阳黑子。
另一位很早观察到太阳黑子的时沙伊那。
但伽利略正确地解释了太阳黑子应该附着在太阳表面，而不是像当时一些学者认为的是漂浮在太阳上空。
伽利略晚年双目失明，很可能与他长期观察太阳有关。
伽利略最重要的发现是金星有着与月相一样的相位变化，它有时满月那样的圆面，有时则如一弯新月那样。
这一现象完全不能与托勒密关于金星的几何学相容。
——节选自纽卫星所著的《天文与人文》。