开普勒 物理学家简介 教学课件.ppt

天上的立法者天上的立法者————开普勒开普勒约翰．开普勒（ 约翰．开普勒（Johanns Johanns KeplerKepler,1571-1630,1571-1630），），德国近代著名德国近代著名 的天文学家、数学家、物理学家和哲的天文学家、数学家、物理学家和哲 学家他以数学的和谐性探索宇宙，学家他以数学的和谐性探索宇宙， 在天文学方面做出了巨大的贡献开在天文学方面做出了巨大的贡献开 普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍 卫太阳中心说、并在天文学方面有突卫太阳中心说、并在天文学方面有突 破性成就的人物，被后世的科学史家破性成就的人物，被后世的科学史家 称为称为““天上的立法者天上的立法者”” 一．不幸的一生一．不幸的一生15711571年年1212月月2727日，开普勒出生在德国威尔的一个贫民家庭日，开普勒出生在德国威尔的一个贫民家庭 他的祖父曾是当地颇有名望的贵族但当开普勒出生时，家他的祖父曾是当地颇有名望的贵族但当开普勒出生时，家 道已经衰落，全家人就靠经营一家小酒店生活开普勒是一个道已经衰落，全家人就靠经营一家小酒店生活开普勒是一个 早产儿，体质很差。

他在童年时代遭遇了很大的不幸，四岁时早产儿，体质很差他在童年时代遭遇了很大的不幸，四岁时 患上了天花和猩红热，虽侥幸死里逃生，身体却受到了严重的患上了天花和猩红热，虽侥幸死里逃生，身体却受到了严重的 摧残，视力衰弱，一只手半残摧残，视力衰弱，一只手半残但开普勒身上有一种顽强的进取精神他放学后要帮助父母料但开普勒身上有一种顽强的进取精神他放学后要帮助父母料 理酒店，但一直坚持努力学习，成绩一直名列前茅理酒店，但一直坚持努力学习，成绩一直名列前茅15871587年，开普勒进入蒂宾根大学这时候，新的不幸又降年，开普勒进入蒂宾根大学这时候，新的不幸又降 临到他身上了，父亲病故，母亲被指控有巫术罪而入狱生活临到他身上了，父亲病故，母亲被指控有巫术罪而入狱生活 不幸并未使他中止学业，他反而加倍努力学习在大学学习期不幸并未使他中止学业，他反而加倍努力学习在大学学习期 间，他受到天文学教授麦斯特林的影响，成为哥白尼学说的拥间，他受到天文学教授麦斯特林的影响，成为哥白尼学说的拥 护者，同时对神学的信仰发生了动摇开普勒经常在大学里和护者，同时对神学的信仰发生了动摇开普勒经常在大学里和 同学辩论，旗帜鲜明的支持哥白尼的立场。

大学毕业后，开普同学辩论，旗帜鲜明的支持哥白尼的立场大学毕业后，开普 勒获得了天文学硕士的学位，被聘请到格拉茨新教神学院担任勒获得了天文学硕士的学位，被聘请到格拉茨新教神学院担任 教师后来，由于学校被天主教会控制，开普勒离开神学院前教师后来，由于学校被天主教会控制，开普勒离开神学院前 往布拉格，与卓越的天文观察家第谷一起专心地从事天文观测往布拉格，与卓越的天文观察家第谷一起专心地从事天文观测 工作正是第谷发现了开普勒的才能在第谷的帮助和指导下工作正是第谷发现了开普勒的才能在第谷的帮助和指导下 ，开普勒的学业有了巨大的进步第谷死后，开普勒接替了他，开普勒的学业有了巨大的进步第谷死后，开普勒接替了他 的职位，被聘为皇帝的数学家然而皇帝对他十分悭吝，给他的职位，被聘为皇帝的数学家然而皇帝对他十分悭吝，给他 的薪俸仅仅是第谷的一半，还时常拖欠不给他的这一点点收的薪俸仅仅是第谷的一半，还时常拖欠不给他的这一点点收 入不足以养活年迈的母亲和妻儿，因此生活非常困苦入不足以养活年迈的母亲和妻儿，因此生活非常困苦但开普勒却从未中断过自己的科学研究，并且在这种艰苦的环但开普勒却从未中断过自己的科学研究，并且在这种艰苦的环 境下取得了天文学上的累累成果。

境下取得了天文学上的累累成果16111611年，皇帝鲁道夫二世被其弟逼宫退位开普勒也从此年，皇帝鲁道夫二世被其弟逼宫退位开普勒也从此 结束了御用数学家的生涯结束了御用数学家的生涯16121612年，开普勒被聘到奥地利林茨年，开普勒被聘到奥地利林茨 的一所大学任教兼作绘制地图的工作由于校方拖欠薪金，开的一所大学任教兼作绘制地图的工作由于校方拖欠薪金，开 普勒一家生活拮据普勒一家生活拮据19131913年，开普勒的妻子病故，他又与一个年，开普勒的妻子病故，他又与一个 贫家女子成婚，生活依然处在艰难困苦中贫家女子成婚，生活依然处在艰难困苦中16181618年，三十年战年，三十年战 争爆发，开普勒被迫离开林茨，前往意大利波伦那大学任教争爆发，开普勒被迫离开林茨，前往意大利波伦那大学任教 即使在这样颠沛流离的环境下，开普勒依然以不舍的精神和紧即使在这样颠沛流离的环境下，开普勒依然以不舍的精神和紧 张的劳动去攻克天文学上的难关张的劳动去攻克天文学上的难关晚年的开普勒坚持不懈地同唯心主义的宇宙论作斗争 晚年的开普勒坚持不懈地同唯心主义的宇宙论作斗争 16251625年，他写了题为《为第谷年，他写了题为《为第谷 o o 布拉赫申辩》的著作，驳诉了布拉赫申辩》的著作，驳诉了 乌尔苏斯对第谷的攻击，因而受到了天主教会的迫害。

天主教乌尔苏斯对第谷的攻击，因而受到了天主教会的迫害天主教 会将开普勒的着作列为禁书会将开普勒的着作列为禁书16261626年，一群天主教徒保围了开年，一群天主教徒保围了开 普勒的住所，扬言要处决他后来，开普勒因为曾担任皇帝的普勒的住所，扬言要处决他后来，开普勒因为曾担任皇帝的 数学家而幸免遇难数学家而幸免遇难16301630年年1111月，因数月未得到薪金，生活难以维持，年迈的开普月，因数月未得到薪金，生活难以维持，年迈的开普 勒不得不亲自到雷根斯堡索取不幸的是，他刚刚到那里就抱勒不得不亲自到雷根斯堡索取不幸的是，他刚刚到那里就抱 病不起16301630年年1111月月1515日，开普勒在一家客栈里悄悄地离开了日，开普勒在一家客栈里悄悄地离开了 世界他死时，除一些书籍和手稿之外，身上仅剩下了世界他死时，除一些书籍和手稿之外，身上仅剩下了7 7分尼（分尼（ 1 1马克等于马克等于100100分尼）开普勒被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂，战争过后，他的坟 开普勒被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂，战争过后，他的坟 墓已当然无存但他突破性的天文学理论，以及他不懈探索宇墓已当然无存但他突破性的天文学理论，以及他不懈探索宇 宙的精神却成为了后人铭记他的最好的丰碑。

宙的精神却成为了后人铭记他的最好的丰碑 二．开普勒早期的科学研究二．开普勒早期的科学研究早期的开普勒深受柏拉图和毕达哥拉斯神秘主义宇宙结构 早期的开普勒深受柏拉图和毕达哥拉斯神秘主义宇宙结构 论的影响，以数学的和谐性去探索宇宙他用古希腊人已经发论的影响，以数学的和谐性去探索宇宙他用古希腊人已经发 现的五个正多面体，跟当时巳知的六颗行星的轨道套迭，从而现的五个正多面体，跟当时巳知的六颗行星的轨道套迭，从而 解释了太阳系中包括地球在内恰好有六颗行星以及它们的轨道解释了太阳系中包括地球在内恰好有六颗行星以及它们的轨道 大小的原因他把这些结论整理成书发表，定名为《宇宙的秘大小的原因他把这些结论整理成书发表，定名为《宇宙的秘 密》这个设想虽带有神秘主义色彩，但却也是一个大胆的探密》这个设想虽带有神秘主义色彩，但却也是一个大胆的探 索开普勒在天文学研究方面的天赋，是被第谷独具慧眼地发现 开普勒在天文学研究方面的天赋，是被第谷独具慧眼地发现 的，第谷是当时最卓越的天文观察家，他测量了无数恒星的位的，第谷是当时最卓越的天文观察家，他测量了无数恒星的位 置和行星的运动发现了许多新的现象，如黄赤交角的变化、置和行星的运动。

发现了许多新的现象，如黄赤交角的变化、 月球运行的二均差，以及岁差的测定等第谷最大的天文学成月球运行的二均差，以及岁差的测定等第谷最大的天文学成 就就是发现了开普勒第谷在临终前将自己多年积累的天文观就就是发现了开普勒第谷在临终前将自己多年积累的天文观 测资料全部交给了开普勒，再三叮嘱开普勒要继续他的工作，测资料全部交给了开普勒，再三叮嘱开普勒要继续他的工作， 并将观察结果出版出来开普勒接过了第谷尚未完成的研究工并将观察结果出版出来开普勒接过了第谷尚未完成的研究工 作 后来，开普勒在伽利略的影响下，通过对行星运动进行深入的后来，开普勒在伽利略的影响下，通过对行星运动进行深入的 研究，抛弃了柏拉图和毕达哥拉斯的学说，逐步走上真理和科研究，抛弃了柏拉图和毕达哥拉斯的学说，逐步走上真理和科 学的轨道学的轨道 三．开普勒和天文学改革三．开普勒和天文学改革对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点因 对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点因 为在第谷遗留下来的数据资料中，火星的资料是最丰富的，而为在第谷遗留下来的数据资料中，火星的资料是最丰富的，而 哥白尼的理论在火星轨道上的偏离最大开始，开普勒用正圆哥白尼的理论在火星轨道上的偏离最大。

开始，开普勒用正圆 编制火星的运行表，发现火星老是出轨他便将正圆改为偏心编制火星的运行表，发现火星老是出轨他便将正圆改为偏心 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，产生了8 8分的误差这分的误差这8 8分的误差相当于秒针分的误差相当于秒针0.020.02秒瞬间转过秒瞬间转过 的角度开普勒知道第谷的实验数据是可信的，那错误出在什的角度开普勒知道第谷的实验数据是可信的，那错误出在什 么地方呢？么地方呢？正是这个不容忽略的 正是这个不容忽略的8 8分使开普勒走上了天文学改革的道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圆周随后，在进路他敏感的意识到火星的轨道并不是一个圆周随后，在进 行了多次实验后，开普勒将火星轨道确定为椭圆，并用三角定行了多次实验后，开普勒将火星轨道确定为椭圆，并用三角定 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。

阳的距离有关16091609年，开普勒出版了《新天文学》一书，提出了著名的年，开普勒出版了《新天文学》一书，提出了著名的 开普勒第一和第二定律而开普勒第三定律则是在开普勒第一和第二定律而开普勒第三定律则是在16191619年出版年出版 的《宇宙谐和论》中提出的的《宇宙谐和论》中提出的开普勒第一定律是：所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆的 开普勒第一定律是：所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆的 ，其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上开普勒第二定律这样断定：向量半径（行星与太阳的连线 开普勒第二定律这样断定：向量半径（行星与太阳的连线 ）在相等的时间里扫过的面积相等由此得出了以下的结论：）在相等的时间里扫过的面积相等由此得出了以下的结论： 行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度快，离太阳远时行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度快，离太阳远时 速度慢这一定律进一步推翻了唯心主义的宇宙和谐理论，指速度慢这一定律进一步推翻了唯心主义的宇宙和谐理论，指 出了自然界的真正的客观属性出了自然界的真正的客观属性开普勒第三定律：行星公转周期的平方与行星和太阳的平 开普勒第三定律：行星公转周期的平方与行星和太阳的平 均距离的立方成正比。

这一定律将太阳系变成了一个统一的物均距离的立方成正比这一定律将太阳系变成了一个统一的物 理体系哥白尼学说认为天体绕太阳运转的轨道是圆形的，且是匀 哥白尼学说认为天体绕太阳运转的轨道是圆形的，且是匀 速运动的开普勒第一和第二定律恰好纠正了哥白尼的上述观速运动的开普勒第一和第二定律恰好纠。