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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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物理實驗

圓周運動與行星軌道

發射行星:調初始距離與切向速度,看圓軌道、橢圓軌道與脫離軌跡;記錄多顆行星的週期與半長軸,自己驗證克卜勒第三定律。
t = 0.00 s

軌道半徑 r 對時間

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

發射距離 r₀(距恆星)
切向初速 v₀
恆星質量 GM
參考:此 r₀ 的圓軌道速度 v_c=、 脫離速度 √2·v_c=

軌道量測

目前 r・|v|
軌道能量判定
週期 T(量測)
半長軸 a・離心率 e

畫面符號圖例

  • 行星繞恆星;E:力學能,E≥0 代表脫離引力(拋物線/雙曲線軌道)

實驗任務

  1. 圓軌道條件:把 v₀ 調到參考值 v_c 發射——軌跡是正圓嗎?r–t 圖是水平線嗎? 略大或略小於 v_c 時軌道變成什麼?
  2. 克卜勒第二定律(定性):發射一條明顯的橢圓軌道,觀察行星在近日點與遠日點的速度。 哪裡快哪裡慢?這和「等面積律」有什麼關係?
  3. 克卜勒第三定律(定量):用不同 r₀、v₀ 發射至少四條閉合軌道並記錄。 下載 CSV,計算每列的 T²/a³——是不是同一個常數?改變 GM 後這個常數變了嗎?
  4. 脫離速度:逐步調高 v₀ 直到行星一去不回。脫離發生的速度和 √2·v_c 一致嗎? 對照「軌道能量判定」欄位的正負號。

模型與假設

模型:a⃗ = −GM·r̂/r²(單一恆星的萬有引力,RK4 求解),單位為無因次的模擬單位。
量測:行星繞行一整圈(角度累積 2π)即量得週期 T;半長軸 a=(r_min+r_max)/2、 離心率 e=(r_max−r_min)/(r_max+r_min)。總能量 E=v²/2−GM/r,E<0 為束縛軌道、E≥0 為脫離。
假設:恆星不動(行星質量可忽略)、無其他天體攝動、二維平面運動。