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/r₂³T² = (constant) × r³r³ = T² / (constant)
解题示例
常见陷阱
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)