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Kepler's third law 公式,SPM 物理

公式:T² ∝ r³ (T²/r³ = constant)。考试不提供,需记忆。

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Kepler's third law
T² ∝ r³ (T²/r³ = constant)

考试不提供,需记忆。

用途

Kepler's third law 用于万有引力(SPM 物理中四)。每一行运算都要带 SI 单位。 万有引力

符号与 SI 单位

符号含义SI 单位
T轨道周期s
r轨道半径m

公式变形

  • T₁²/r₁³ = T₂²/r₂³
  • T² = (constant) × r³
  • r³ = T² / (constant)

解题示例

行星 A 在半径 r₁ 处周期 T₁ = 1 年;行星 B 在 r₂ = 4r₁ 处绕行。 T₂² / r₂³ = T₁² / r₁³ → T₂² = T₁² (r₂/r₁)³ = 1² × 4³ = 64,故 T₂ = 8 年。

常见陷阱

周期取平方、半径取立方。比较两轨道时用比例式 T₁²/r₁³ = T₂²/r₂³;两边单位须一致。

理解开普勒第三定律

开普勒第三定律指出,行星轨道周期的平方与其轨道半径的立方成正比:T² ∝ r³,因此对于绕同一中心质量运行的每个天体,T² / r³ = 常数

其中 T 是轨道周期,单位秒(s);r 是轨道半径,单位米(m)。由于比值 T²/r³ 固定,绕同一恒星或行星的两条轨道可直接比较。

最有用的形式是比例式 T₁²/r₁³ = T₂²/r₂³。求未知周期时,变形为 T₂² = T₁² (r₂/r₁)³;求半径时,用 r³ = T² / 常数

两边须保持相同单位。

逐步演算示例

行星 A 绕一恒星运行,周期 T₁ = 2 年,半径 r₁。行星 B 绕同一恒星在 r₂ = 9r₁ 处运行。

求行星 B 的周期。

使用比例式并代入:

T₂² / r₂³ = T₁² / r₁³,故 T₂² = T₁² (r₂/r₁)³ = 2² × 9³

T₂² = 4 × 729 = 2916,所以 T₂ = √2916 = 54 年

由于半径增大到 9 倍,周期增大 √(9³) = 27 倍,得 54 年。比例法无须知道常数的值,只要两行星绕同一中心天体运行即成立。

答案保留两位有效数字。

常见错误与考法

核心规则是周期取平方、半径取立方;把幂次弄反(把 T 立方或把 r 平方)是最常见的错误。

其他失误:使用 T₂² = T₁²(r₂/r₁)³ 时忘记把半径比立方;只对一边开平方;以及单位混用(一边用年、另一边用秒)。此定律也只比较绕同一中心质量运行的天体。

它在 陈述(写出定律)、计算(由另一条轨道求未知周期或半径)、以及 解释(为何外行星的公转时间远长于内行星)中出现。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English), Sijil Pelajaran Malaysia: Format Pentaksiran mulai 2021, Fizik (4531) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)

作者 spmphysics.com.my 编辑团队.· 更新于 2026年9月5日

常见问题

考试会给这个公式吗?
不会。SPM 物理试卷不提供公式表,因此需要记住。
为什么比例法能避开常数?
因为绕同一中心质量的两条轨道 T²/r³ 相同,可令 T₁²/r₁³ = T₂²/r₂³ 并约去常数。你只需半径之比,而不需其实际值。
T 和 r 应用什么单位?
任何一致的单位都可以,只要 T₁²/r₁³ = T₂²/r₂³ 两边使用相同单位。若周期用年、半径用比值,答案就以年为单位得出。
为什么外行星公转时间更长?
因为 T² 与 r³ 成正比,轨道半径越大,周期就大得多。把 r 增大到 4 倍会使 T 增大到 8 倍,所以远处的行星公转慢得多。

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