二十四节气表与开普勒运动定律

第一篇：二十四节气表与开普勒运动定律

二十四节气表与开普勒运动定律

二十四节气是中华民族的伟大创造，它是按照太阳在黄道上的位置来划分的。将太阳垂直照射赤道时定为“黄经零度”，即春分点。从这里出发，每前进15°（也就是地球绕太阳自西向东旋转15°）就为一个节气。从春分往下依次顺延，清明、谷雨、立夏等等。地球绕太阳运行一周后就又回到春分点，此为一回归年（365.2422日），合360°，因此分为24个节气。两分两至刚好相差90°，如从春分开始的那一刻至夏至开始的那一刻，地球绕太阳旋转90°。

最为普通民众熟悉的二十四节气为二分二至，即春分3月20或21日，夏至6月21或22日，秋分9月23或24日，冬至12月21或22日。

每年的二十四节气的交节时间不一样，如2014年立春时刻为2月4日06︰03︰15，春分时刻为3月21日00︰57︰06；而2013年的立春时刻为02月04日00:13:25，春分时刻为03月20日19:01:55。

下表为2013年二十四节气交节时间表

立春02月04日 00:13:25雨水02月18日 20:01:35惊蛰03月05日 18:14:51 春分03月20日 19:01:55清明04月04日 23:02:27谷雨04月20日 06:03:18 立夏05月05日 16:18:09小满05月21日 05:09:30芒种06月05日 20:23:19 夏至06月21日 13:03:56小暑07月07日 06:34:36大暑07月22日 23:55:58 立秋08月07日 16:20:21处暑08月23日 07:01:41白露09月07日 19:16:16 秋分09月23日 04:44:08寒露10月08日 10:58:29霜降10月23日 14:09:48 立冬11月07日 14:13:52小雪11月22日 11:48:06大雪12月07日 07:08:31 冬至12月22日 01:10:59小寒01月05日 12:33:37大寒01月20日 05:51:42 本文以上表为基础，探寻二十四节气背后隐藏的秘密。为什么每年的二十四节气的交节时间不一样呢？这是因为地球公转一周的时间不是365天，而是365.2422日。以立春为例，2013年的立春时刻为02月04日00:13:25。因为地球公转一周的时间不是365天，而是365.2422日，所以当地球再回到立春点时，时间就不再是2014年02月04日00:13:25，而是2014年2月4日06︰03︰15。

各节气的开始日期均有“或”字（由于节气与节气间是无缝交节的，一个节气开始的时刻即为另一个节气结束时刻，故每个节气结束的日期也都有“或”字），这是为什么呢？

原因还是因为地球的公转周期不是365日，而是365.2422日。假设某年的春分时刻在3月20日一点十一分，如果地球的公转周期为365天，那么这一年后的每一年的3月20日一点十一分，地球都会回到春分点的位置。也就是说，自那以后的每年的春分日就都是3月20日一点十一分了。由于实际中地球的公转周期不是365日，而是365.2422日，故而地球绕着太阳转了365日后就只能回到离春分点还差那么一点点的地方。要回到春分点，地球还需前行0.2422日。这样累积4年，再回到春分点，就不再是3月20日，而是3月21日了。

也许有人会说，照上述的推定，如果在第四个年头设置闰年，那不就可保证春分日还在3月20日吗？那为何实际中设置闰年了却也无法消除二十四节气表中的“或”字呢？

原因仍然是地球的公转周期为365.2422天。

由于地球的公转周期为365.2422天，因此每400年要设置97个闰年。这就导致了某些跨世纪年间前后加起来要八年才有一个闰年。这也就使得即使设置闰年也无法消除“或”字。

打个比方，假定1896年的春分时刻为3月20日凌晨5︰30，那由每年春分时刻都会晚上0.2422天可推知，1900、1901等年的春分日就必然被移至到了3月21日。即使1896年的春分时刻不是3月20日5︰30，而是其它时刻，如凌晨0︰01，由于0.2422×7＞1，1897至1903年中也必然会有某些年份春分日在3月21日。

若地球的公转周期为365.25日，也就是说恰好四年一闰，那是否可去掉“或”字呢？

假定某闰年的春分时刻为凌晨5︰30，那春分日的“或”字显然可以去掉。但即使如此，也很难保证所有的二十四节气都无“或”字。这是因为地球是在椭圆轨道上运动，其角速度时刻改变，这就导致了各节气开始的时刻不可能刚好相差整数天。对于那些在闰年时开始时刻晚于凌晨6点的节气，它们的开始日期上必然会带上“或”字。这也就是说，由于地球公转时的角速度是变化的，故而只要地球的公转周期不是整数日，那就不可能做到所有的节气的开始日期无“或”字。

春分至秋分，为北半球的夏半年；秋分至下一年的春分，为北半球的冬半年。由2013年二十四节气交节时刻表和2104年春分时刻可推知，2013年北半球夏半年长186天9时42分13秒，冬半年长178天20时12分58秒，即夏半年比冬半年长7天13时29分15秒。为何都是半年，或者说，都是绕日旋转180°，为何时间长短却不一样呢？

这是因为地球的公转不是均匀的，离太阳较远时转得要慢一些，离太阳较近时转得要快一些。

由开普勒第一定律可知，地球是沿椭圆轨道绕日公转的，太阳位于椭圆的一个焦点上。由开普勒第二定律可知，地球离太阳较远时角速度较小，离太阳较近时角速度较大。两者结合起来可推知，在一般情况下，地球在相同的时间内公转绕日转过的角度并不相同，转过相同的角度用时也不相同。由夏半年长冬半年短并结合椭圆的对称性可推知，总的说来，夏半年内地球离太阳较远，冬半年内地球离太阳较近，且地球经过远日点的时刻一定在夏半年内，经过近日点的时刻一则定是在冬半年内。

地球在每年的什么时候经过远日点，什么时候经过近日点呢？ 要从2013年二十四节气的交节时刻表推断出经过远日点和近日点的具体时刻，就需从表中的数据导出地球公转过程中转过的角度随时间变化的函数（这需先求解应用开普勒第二定律建立的一转过的角度对时间的微分方程。），再在此基础上求角速度变化率的极值。在这里仅简单地推断一下，地球在哪个节气经过远日点，在哪个节气经过近日点。

因为地球在每个节气内绕日旋转的角度均为15°，故由椭圆的对称性和开普勒第二定律可知，哪个节气耗时最长，地球就在哪个节气内通过远日点；哪个节气耗时最短，地球就在哪个节气内通过近日点。由表可知，夏至耗时最长，冬至耗时最短，故地球在夏至这个节气内通过远日点，冬至这个节气内通过近日点。比较夏至与冬至前后两个节气的时长，还可进一步地推断出过远日点与近日点的时间是在这两个节气的前半段还是后半段。若能用图像（可用横坐标表示时间，纵坐标表示转过的角度）来处理表中的数据，那就可以得到更精细一点的结果。

附：

我根据从网上下载的2013至2020八年的二十四节气表计算出了这八年中各个节气的时长。计算结果表明，这八年中冬至用时均最短，小寒次之（约比冬至长6小时左右），大雪又次之（约比小寒长30分左右）。由此可推断，这些年份地球都是在冬至这个节气的后半段通过近日点；这八年中除14、19两年小暑比夏至略长三四分钟外，其余年份都是夏至用时最长，小暑次之，芒种排第三。由此可断定，除14、19两年外，其它六年中地球都是在夏至这个节气的后半段通过远日点。

从这八年的二十四节气表还可看出，同一节气在不同年份时长会略有不同。其原因也许是因为除太阳外，其它天体的引力也会影响对地球的运动。

后记：

2005年教科学，第一次在浙江版第二册科学书上看到二十四节气表。当时就想，为什么每个节气开始的日期都有“或”呢？因为之前在闰年的教学中，曾引导学生讨论过如果不设置闰年，每年都以365天计，会怎样？如果公转周期为365.2或365.3天等，应该如何设置闰年？等一系列问题（这一系列问题我开始并没有打算讲，后来抱着试一试的想法提了一下。一试就发现，这些问题并没有我们想像的那么难，结合公转示意图，相当一部分初中生都能弄明白，而且大部分学生对这类问题也特别感兴趣。）。因为有此基础，所以我很快就弄明白了为何会有“或”字。

仔细看教材上的表，从春分3月20或21日，夏至6月21或22日，秋分9月23或24日，冬至12月21或22日，不难推测出夏半年比冬半年要长（我在当时是这样估计的：假定两分两至均无“或”，且开始时刻相同。若均取二分二至中的较小的日期，且不考虑闰年，则夏半年共6个月零3天，其中跨有4个31号，2个30号；冬半年共6个月欠3天，其中跨有3个31号，2个30号，一个28号。这样随便一估计就发现，夏半年比冬半年约长9天。）。这又是为什么呢？ 结合课本上的公转图，很快就弄明白了原因。

2013年，在校园内散步，无意中听到学生读“两小儿辩日”一文，再次引发了我对二十四节气的兴趣。上网一搜，居然搜到2013年二十四节气的交节时刻表。我想，由此时刻表应当可以大致推定出每年地球通过近日点与远日点的时刻。于是拿起笔来粗略地算了算。算出结果后与网上查到的日子相印证，发现差不多，便写了此文。

第二篇：致开普勒外星人的邀请函

致开普勒外星人的邀请函

开普勒外星人（男士/女士）：

你们好！

当我们看见你的家乡开普勒星球时，整个地球都欣喜若狂，都在纷纷猜测有没有外星人（也就是你们）。我相信你们的存在，所以我现在郑重地以地球人的名义向你们发出邀请！因为我们相距1400光年，我们暂时还无法到达你们的家乡，所以只好先邀请你们到我们这里来啦！

在太空中，你看到我们的家园也许是这样的景色：一条银色大龙在草地和山谷中蜿蜒起伏。噢，那是我们的万里长城，我们曾用它保卫过自己的家园呢；如果你在沙漠中看到一些金灿灿的立体三角形，那可是法老王的陵墓――金字塔，里面有许多机关，你可要小心啊；也许有一天，你的驾驶员不小心碰到了一个高高的“钢铁”怪物，哦，不要担心，那可是地球上有名的埃菲尔铁塔；当你驾驶着UFO，看到一位手举火炬的女士，哈哈，那是照耀世界自由的自由女神像呢！

介绍完我们的地球，该讲讲你们的家乡啦。我猜，你们上面有森林、海洋、陆地、草地，片片交错成为了一个奇妙的世界。

现在我想冒昧地提几个问题：

1.你们也上学吗？我们每天都要上学，而且“压力山大”哦！

2.你们的交通工具是什么呢？是传说中的UFO吗？

3.你们那里有雾霾吗？我们经常会受到雾霾的侵扰呢！

4.你们的脚下有没有埋藏着大量的矿物呢？我们这里已经大量开采了很多，你们能补给我们一些吗？

最后，希望这封邀请函能快快到达你们的星球！我在地球上等待你们的到来！

期盼你们早日到来的地球人：卢江坤

首先这是一篇很成功的邀请函，不但表达了欢迎之情，还将自己家乡的特点介绍得生动具体。其次，这是一篇有深意的邀请函，看最后跟开普勒外星人提的那几个问题，都是暗指地球上存在的问题。希望我们能通过这一封信，遥想未来，珍惜现在。

第三篇：开普勒(JohannesKepler,1571-1630),德国天文学家,幼

开普勒小故事

开普勒(Johannes Kepler,1571－1630),德国天文学家，幼年体弱多病，12岁时入修道院学习。1587年进入蒂宾根大学，在校中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林，在他的影响下，很快成为哥白尼学说的忠实维护者。

开普勒1591年获得文学硕士学位，后来想当路德教派牧师而学神学。因得到大学的有力推荐，中止了神学课程，去奥地利格拉茨的路德派高中任数学教师，开始研究天文学。1596年出版《宇宙的神秘》一书受到第谷的赏识，应邀到布拉格附近的天文台做研究工作。1600年，到布拉格成为第谷的助手。次年第谷去世，开普勒成为第谷事业的继承人。

开普勒视力不佳，但还是作了不少观测工作，1604年9月30日在蛇夫座附近出现一颗新星，最亮时比木星还亮。开普勒对这颗新星进行了17个月的观测并发表了观测结果。历史上称它为开普勒新星(这是一颗银河系内的超新星)。1607年，他观测了一颗大彗星，就是后来的哈雷彗星。

第四篇：开普公司简介(500字)

公 司 简 介（500字）

辽宁开普医疗系统有限公司(以下简称“开普医疗”)成立于2010年6月，致力于磁共振、X线机、彩超等医疗影像产品的研发、生产、销售和服务，是中国大型医疗影像设备行业的一支新生力量。

“开普医疗”在辽宁邻近沈阳的“中国药都”建有占地面积近7万平方米的产业基地--“开普科技园”，目前已建立了国内一流的“MRI产品研发中心”及“X-RAY产品研发、生产中心”。

“开普医疗”汇聚了众多国内医疗影像设备研发的技术精英，组成了一支国内一流的专业化医学影像产品研发队伍，兼具高水平理论基础与丰富实际工作经验，具有从事相关产品开发5-20年以上的行业经验，硕士学历以上的占50%以上，团队的领军人物更是中国顶尖的具有二十年以上相关产品研发经验的资深专家，他们构成了开普医疗长久持续发展的坚实基础。

“开普医疗”从历练到深刻，深谙科技之道，以“厚积薄发不断创造民族医疗新的历史”为发展目标；以“让更广泛的民众享有更加优质的医疗产品与服务”为使命。立足国内用户、同时面向国际市场，通过为用户提供符合国际标准、品质过硬的产品和全面、高效的服务，使“开普医疗”成为中国医疗器械行业中的优秀的民族高科技品牌。

第五篇：牛顿运动定律应用 超重与失重

超重与失重

一、教学目标 1.知识与技能

（1）掌握超重现象和失重现象的概念。（2）理解超重现象和失重现象的原因。2.过程与方法

（1）观察并感受失重和超重现象。

（2）经历探究产生超重和失重现象条件的过程，理解物理规律在生活实际中的应用。3.情感态度与价值观

（1）通过探究性学习活动，培养学生的兴趣，增强自信心。（2）用科学的观点解释身边的物理现象。

二、教学重点、难点

1．“认识超重和失重现象”是本节的重点，要了解什么是超重现象以及失重现象并能在实例中找出。

2．“掌握超重和失重现象的产生条件”是本节的难点，要理解超重和失重现象的产生与加数度a的方向有关，而与速度v无关。

三、教学方法

1.通过相关的图片结合生活实例引出学习主题-超重和失重。2.通过观察与记录人在电梯中上楼以及下楼过程和状态，再结合二力平衡及牛顿第三定律的分析引出超重与失重的概念。

3.通过牛顿第二定律并结合总结、归纳的方法找出物体产生超重现象和失重现象的条件，强调超重和失重现象的产生与加数度a的方向有关，而与速度v无关

四、教学过程

（一）设置情景，提出问题。

1．播放录象或看挂图，激发学生的学习兴趣，使学生知道什么是超重、失重现象。

可供选择播放或展示相关的挂图：（1）火箭升空，载人航天飞船运行过程和返回的过程。杨利伟在太空中书写日记、吃月饼，用胶布把摄象机贴在舱壁，物体在飞船舱内“飘”。（2）费俊龙在太空中翻跟斗。（3）火箭升空和飞船返回时，航天员采取躺着是姿势。（3）下落的一滴牛奶呈球形。（4）太空中的一滴水呈球形。（5）在太空中制造有气泡的泡沫金属。（6）俄国人在太空中生活438天。2．问题的提出。演示下蹲过程体重秤的读数变化的实验。由于学生不一定注意到下蹲、站起的过程体重秤读数会发生变化。设计一个定性实验，通过摄像头把读数投影在屏幕。问题：“观察到体重秤的示数如何读数变化？”“老师下蹲、站起的过程重力如何变化？是老师变胖了？”问题来源于实验与学生原有认知发生冲突，对于学生的回答，这时可以不做过多的评价。

3．另一个实验，用纸带提起重物。如果迅速上提，纸带断了。这是为什么？再次激发学生的探索热情。

这个环节，目的是让学生在自己的头脑中产生问题。不忙着解释，只要告诉学生这就是今天学习的超重和失重现象即可。时间控制在5分钟之内。

（二）新课学习

1．体验性实验，了解什么是超重和失重。

利用身边的物品、常用器材设计有关超重失重的实验，学生可以选做一个或两个实验。

（1）用手掌托着一叠较重的书，先让手缓缓上下移动，体会一下书对手掌的压力。跟静止时是否相同？然后手突然加速上升或加速下降，再体会手掌受到的压力跟静止时有什么不同？

（2）垫起泡沫板两端，把重锤在泡沫板上，使泡沫板加速上升，泡沫板断裂。老师引导学生在体验的同时，学会把各种现象联系起来进行对比，培养学生的科学思维。学生回答老师的问题或学生之间讨论，找到几个实验的共同特点是拉力或压力变化。通过讨论，辩论，使学生认识到原有的一些认识是错误的。强调失重和超重是指压力随物体运动状态的改变而改变。2．探究性实验：弄清什么情况下会出现超重失重现象。

（1）回放老师称体重的录象，并适当应用慢镜头播放，看清读数的变化与老师下蹲过程。老师指导学生观察：下蹲的初期、末期，读数比老师站在秤上不动时的体重大还是小。称体重的实验确实不容易观察清楚读数的变化与运动状态的改变这两者之间的关系。很自然地介绍先进的实验手段，传感器、计算机与物理实验整合。

（2）在测力计下端挂一钩码，观察测力计静止时示数，测力计缓缓上下移动，测力计的示数，测力计突然上升或突然下降时测力计的示数。提出讨论问题，如何准确读出测力计示数变化的范围？可以做必要的提示，如在测力计指针的上下各放一小团棉花，使指针在移动的时候带动棉花的移动，这样棉花就可以记录测力计示数变化的范围。这就是发明创造，发明创造就在身边。

（3）定量实验。还有更精确的实验方法吗？介绍传感器及工作过程。通过DIS演示电梯上升过程，利用传感器采集数据，电脑描绘出支持力F随时间t变化的图象。通过对图象的分析，知道超重失重只与物体运动的加速度有关，与运动速度无关。

3．理论分析，进一步认识超重和失重。选上述的一个实验进行分析，用牛顿第二定律、牛顿第三定律分析解释超重失重和完全失重现象，得到超重和失重的动力学特征。

（1）根据老师提供的学习提纲，学生阅读课文。指导学生确定研究对象，进行受力分析。

（2）给出思考问题，学生对原来的认识进行反思。

“体重秤直接测量的什么力？” “有同学观察到下蹲过程体重秤的读数变大，有的观察到下蹲过程体重秤的读数变小，如何评价这些同学的回答？”“下蹲过程，速度的方向总是向下的，加速度的方向也总是向下的吗？”学生思考、讨论。教师小结：下蹲过程经历了加速下降与减速下降的过程，这些同学各自只观察到了下蹲的末期或初期的体重计的示数。

（三）课堂练习，巩固训练。

练习的形式不只是书面练习，用包含科学原理的趣味游戏，调节学习气氛。上课接近半小时，学生的注意力开始不够集中，设计一些课堂活动，使学生在轻松的环境中学习和巩固学习内容。同时达到训练学生的口头表达能力和动手实验能力的目的。

1．在生活中，哪些物体的运动，反映了超重或失重现象？

（1）学生举例。如挑担子，由于扁担两边的物体有规律的上下振动，肩上的压力也就时大时小。又如蹦极运动中弹性长带对人的拉力也会时大时小。乘车经过拱桥或加速下坡时，乘电梯，玩过山车，荡“秋千”，荡“海盗船”有超重和失重的“特殊感觉”。

（2）老师也参加讨论。如从水井里提起一桶水，如果绳子的最大抗拉能力不够好，为了不使绳子被拉断，你认为应该怎么提水？一根细木棒的两端挂轻重不同的重物，从木棒中间提起，木棒呈倾斜状态。如果突然松手，木棒还保持倾斜状态吗？

2．选做以下游戏。

（1）手握橡皮筋，使橡皮筋下端的球振动，当你闭上双眼时，你可以准确说出球上下运动的情况吗？想好你的判断根据，再跟同学一起做实验。

（2）手中托着上下叠放的两本厚书或两铁块，它们之间压着一纸带，如何才能把纸带从它们之间拉出而不拉断纸带？

（3）手中拿一个纸环，下端夹一个铁夹，铁夹把纸环拉成椭圆。如果松开手，纸环下落过程会是什么形状？

（4）在矿泉水瓶的四周扎四个小孔，灌满水后水从四空喷出。如果把瓶子从黑板上方自由释放，水在下落过程中，水会喷到黑板上吗？也可以让两个同学相对站立，让这个瓶子从他们之间落下，掉到放在地面的水桶中。

（5）橡皮筋拉着矿泉水瓶（四周扎四个小孔）上下振动，观察喷水的情况。

（6）橡皮筋拉着矿泉水瓶（瓶口向下，用橡皮膜扎紧瓶口）上下振动，观察橡皮膜。

（7）站在体重秤上，两脚站直，两脚不能动，能不能想其他方法，使示数变小或变大？学生用不同的方式使示数变化：挥动手臂，头动也可以。

（8）各组选一位同学站在体重秤上称体重，设法让示数最小。请你说说，你们组会选谁呢？为了使示数最小，你建议他怎么做。

（四）课后作业与研究性学习。根据学生的个体差异，这些内容可以让学生选做，让学生在较长的时间里逐步完成。1．完全失重的条件下，下列哪些仪器不能正常使用？弹簧秤、天平、刻度尺、秒表、摆钟、电流表、温度计。

2．小木板上放一块磁铁和一块铁块，它们都静止。若让小木板从不太高处自由下落，小木板保持水平。则在下落过程中，磁铁相对于地面的加速度大小为：

A．始终为9．8m/s2 B．大于9．8m/s

2C．小于9．8m/s2

D．始终为0 m/s2。

3．数字信息系统（DIS）包括传感器、数据采集器、计算机和数据处理软件组成，它可以实时采集、处理实验数据，并把实验结果用图象显示在计算机屏幕上。

一个玩具猫放在模拟升降机上，拉动升降机上升，通过DIS在计算机屏幕上画出玩具猫对力传感器的压力F随时间t变化的关系图象如图所示。由此可知玩具猫重______N，升降机上升过程最大的压力为_______N，最小压力为______N。画出玩具猫运动的a-t图。4．假如你站在体重计上乘电梯，发现体重计的示数为50kg。根据自己的情况，判断一下电梯的运动状态。说明判断的理由。（学生体重各不相同，必须根据实际情况进行判断）5．（1）设计实验方案，在课后利用体重秤观察电梯下降或上升的初期、中期和末期的失重超重现象。

（2）医院里的医用电梯的加速度比普通电梯的加速度要小。你能用简单的实验证实一下吗？

6．设计一个实验方案，用身边的物品做简便的实验，在乘飞机时通过观察实验现象，了解飞机是否加速上升阶段或加速下降。7．做一做，想一想：（1）把普通的手电筒改造一下，里边装一段弹簧，竖直放置时电池压缩弹簧，电池不能跟灯泡组成回路，手电筒不亮。让手电筒自由下落，弹簧不压缩了，电路接通，手电筒亮了。（2）在透明塑料杯的底部钻一小孔，把两条比杯高略长的橡皮筋穿过小孔，并在杯底那端把橡皮筋打上结，使橡皮筋不被拉出，两条橡皮筋的另一端个系一个小球，并把球放到杯外。如果让杯子自由下落，会有什么现象发生？为什么？ 课后反思

本节课遵循循序渐进的教学原则，从学生的实际出发，让学生参与实验，在情感态度与价值观方面受到熏陶，发展对科学的好奇心和求知欲，引导学生用身边的物品研究物理学问题，运用物理原理和研究方法解决实际问题。并且把评价渗透在学习过程中，帮助学生认识自我，建立自信，促进学生在原有水平上发展。本节课设计提供较多的资源，上课时根据学生实际情况进行选择使用，注意控制上课时间。本教学设计的实验由定性到定量，学生动手实验探究，教师及时指导，还采用了传感技术，恰当地将信息技术与物理教学相整合。习题训练也加强了口头表达和实验操作的训练。课堂氛围和谐平等，努力使课程内容的时代性、基础性、选择性在课堂教学中得到体现。