四个模块讲完三条定律
椭圆和焦点、等面积、速度和能量、周期对比,一步一个模块,可以拖动进度条停在任何一刻,适合课堂上边讲边停。
教材和网课里的物理概念,难在学生要靠想象:行星为什么在近日点跑得快,“扫过的面积相等”到底是哪块面积。下面这个实验室用代码画了一个可以动手调的太阳系:从椭圆和焦点、等面积扇形、速度和能量,到几颗行星周期的对比,四步讲完开普勒三定律。
行星位置按开普勒方程逐帧求解,扇形面积按真实轨道取点计算,速度按活力公式算,不是“看起来差不多”的动画。拖动离心率、半长轴,或把中心恒星换成两倍太阳质量,画面、曲线和读数会一起变。您的课程和教材,也可以照这个方式做成课件、微课视频或网页互动。
半长轴 1.5 AU · 离心率 0.50 · 周期 1.84 年 · 近日点 42.1 km/s · 远日点 14.0 km/s
两颗钉子拴一根绳,笔绕一圈就是椭圆:笔到两颗钉子的距离加起来始终等于绳长 2a。行星的轨道就是这样的椭圆,太阳在其中一个焦点上,另一个焦点是空的。把离心率拖到 0,椭圆就变成圆。
红、蓝两块扇形用的时间一样,都是十分之一个周期:近日点附近又短又宽,远日点附近又细又长,面积按真实轨道算出来一样大。整个椭圆可以切成十块面积相等的扇形,行星每走一块用的时间都一样。
往太阳落的时候,引力有一部分顺着运动方向,把行星越拉越快;离开太阳时引力往回拽,行星越来越慢。看点的间隔:每两个点之间的时间相同,近日点附近点拉得很开。动能和势能互相转换,加起来始终不变。
水星 88 天绕一圈,火星要将近两年。把周期平方、半长轴立方,每颗行星的比值都是同一个数;在对数坐标上它们排成一条斜率为 3/2 的直线。把中心恒星换成两倍太阳质量,所有周期都缩短到原来的 0.71 倍。
椭圆和焦点、等面积、速度和能量、周期对比,一步一个模块,可以拖动进度条停在任何一刻,适合课堂上边讲边停。
行星位置解开普勒方程,扇形面积按真实轨道算,速度用活力公式,曲线、读数和画面用的是同一组数。
离心率、半长轴和恒星质量都能改,学生可以自己验证“比值是不是真的不变”。
同一个实验室可以录成微课视频、拆成教材插图和分步动图,也可以直接嵌进网课平台和电子课本。
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本页内容更新于 2026-10-24
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