《从托勒密到开普勒》课堂教学实录.docx

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《从托勒密到开普勒》课堂教学实录

《从托勒密到开普勒》课堂教学实录

   [教材分析]

    《从托勒密到开普勒》是沪科版必修二第五章第一节的内容，是人类对天体运动认识的简史，时间跨度两千余年，它展现了人类探究自然、追求科学真理的艰难历程和坚韧不拔的精神，体现了科学的发展和人类认识的不断扩展与深化。

这节内容对全章的教学起着引领性的作用，同时为本章的重点内容万有引力定律的学习起一个铺垫性的作用。

本节内容的突出特点是：

知识容量较少，但包含的科学史料十分丰富。

[设计思想]

本节课的主旨是通过托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等几位科学家对行星运动的研究过程介绍，使学生领略前辈科学家们对自然奥秘不屈不挠探索的精神和对待科学研究一丝不苟的态度，让学生在科学家关于天体运动问题的研究历史中，感悟科学求真、求简的思想方法和科学精神。

[教学目标]

1．知识与技能：

①    了解“地心说”和“日心说”两种不同学说的建立和发展过程；

②    认识开普勒行星运动定律；

③能用开普勒行星运动定律分析一些简单的行星运动问题．

2.过程与方法

通过托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等几位科学家对行星运动的研究过程，了解观察在认识行星运动规律中的作用，了解人类认识事物本质的曲折过程。

3．情感、态度与价值观

体会科学家实事就是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神。

[教学重点] “日心说”的建立的过程和开普勒行星运动定律

[教学难点]  学生对天体的运动缺乏感性认识

[教学用具]      多媒体电脑

[教学过程]

创设情景，引入新课

[多媒体演示：

天体运动的图片]

在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星……由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。

人类对行星运动的认识过程是漫长而复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的努力。

本节课我们就共同来学习前人探索行星运动的过程以及行星的运动情况。

人类对行星运动规律的探索历程

师：

古代人们对天体运动存在哪两种不同的看法?

生：

在古代，人们对于天体的运动存在着“地心说”和“日心说”两种不同的看法。

师：

“地心说”的基本观点是什么？

生：

地球是宇宙的中心，太阳、月亮、及各个行星都在各自的轨道上绕地球旋转。

师：

“地心说”的代表人物是谁？

他研究天体运动时建立了怎样的模型？

生：

古希腊学者托勒密，他构筑了宇宙“地心体系”的九重天模型。

[多煤体播放九重天模型]

师：

“日心说”的基本观点是什么？

生：

太阳是不动的，且位于宇宙中心，包括地球在内的所有行星都围绕太阳做匀速圆周运动。

师：

“日心说”的代表人物是谁？

他研究天体运动时建立了怎样的模型？

生：

波兰天文学家哥白尼，他构筑了太阳系模型

[多煤体播放太阳系模型]

师：

托勒密和哥白尼都采用建立物理模型的方法研究天体运动，说明建立物理模型是研究物理问题的一种重要方法。

师：

“地心说”的成功之处体现在哪些方面？

生：

“地心说”能预报相当长时间内的行星位置、日食和月食的发生等，顺利解释了许多天文现象，从而成为古代天文学的基础；

生：

“地心说”比较符合人们坐地观天的习惯，又符合当时普遍接受的地球不动且处于宇宙中心的观念。

师：

哥白尼为什么又提出“日心说”？

    [学生两人一组相互交流各自的看法，然后学生代表回答]

生：

原因之一是人们通过对天体运动的研究，发现“地心说”所描述的天体运动十分复杂,不符合当时人们眼中的天体运动。

在当时人们认为天体运动是完美的，具有简洁美。

如果将地球从天体的中心位置移到一个普通的绕太阳运动的行星的位置上，天体运动就会变得简洁、和谐。

生：

原因之二是因为许多现象“地心说”不能解释，例如：

地球不动，则地球上的昼夜交替，每一天的长短不同以及四季的变化。

为了解释清楚这些问题，就需要新的理论。

日心说则能说明这种情况：

白昼是地球自转形成的，四季是地球绕太阳公转形成的。

生：

原因之三是欧洲的文艺复兴解脱了束缚人们头脑的伽锁，哥白尼采取了比前人更广阔的视角洞察自然，就像那个时期艺术家的眼光超越了宗教艺术；哥伦布的眼光超越了欧洲一样，哥白尼的眼光超越了地球。

     因此，哥白尼以数学和观测为基础，用科学实验的方法完成了宇宙体系新巨著《天体运行论》。

师：

“日心说”的观点绝对正确吗？

生：

从目前科研结果和我们所掌握的知识来看，“日心说”也并不是绝对正确的，因为太阳只是太阳系的一个中心天体，而太阳系只是宇宙中众多星系之一，宇宙是无限的，所以太阳并不是宇宙的中心，也不是静止不动的。

“日心说”只是与“地心说”相比更科学、更准确一些。

师：

经过前面的学习我们对“地心说”和“日心说”有了初步的认识，事实上从“地心说”向“日心说”的过渡经历了漫长的时间。

从表面上看，日心说与地心说不过是参考系的改变，其实，这是一次真正的科学革命，因为它使人们世界观发生了重大变革。

宇宙中心的转变暗示了宇宙可能根本没有中心！

（宇宙是无限的）这是科学精神推动了人类认识的发展。

这种观念的变革在哥白尼那里还是隐含的，意大利学者布鲁诺将它公开说了出来，这对当时的宗教神学观点是一个严重的挑战，为此他被宗教裁判所烧死在罗马的鲜花广场上，为科学付出了生命的代价；物理学家伽利略也因支持这一观点被囚禁了许多年……但真理是封锁不住的，随着科学技术的发展这一光辉学说终于获得了社会的承认。

    [多煤体播放布鲁诺和伽利略简介]

师:

 但是人类对天体运行的研究到哥白尼的“日心说”这儿，依然沿袭着古希腊天文学家的思想，被束缚在“匀速”“正圆”的框架内，真正揭开天体运动神秘面纱的是丹麦天文学家第谷和德国天文学家开普勒。

第谷的眼睛和开普勒的头脑：

[多煤体播放第谷和开普勒简介]

丹麦伟大的天文学家第谷通过自己设计制造的天象仪，凭肉眼观测记录

星体的位置，准确度几乎到了人眼的极限，他用毕生精力积累了一份丰厚且极其宝贵的天文观测资料，记录了750多颗星体在二十多年中的每一个夜晚的数据，临终前全部留给了开普勒。

师：

关于第谷你最欣赏他哪一点？

生：

坚持不懈、无私奉献、团队合作的精神

师：

很好，他的这种精神值得我们大家学习。

开普勒利用第谷对火星的丰富观测资料，根据哥白尼的行星沿圆轨道匀速运动的观点分析计算，发现理论计算的结果和观测资料之间存在8弧分的微小误差。

为了解决这一问题，人们长期以来视为真理的观念——天体在做“完美的”匀速圆周运动第一次受到怀疑，他直接根据观测结果求出了行星运动轨道的形状和大小，终于发现火星的轨道不是圆，而是椭圆，体现了开普勒坚持真理，不迷信权威，敢于向权威挑战的精神。

此后又经过多年的尝试性计算，终于总结发表了行星运动的三个定律。

[多煤体播放椭圆的定义及画法]

开普勒行星运动三定律

开普勒第一定律   （轨道定律）

所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，

太阳处在所有椭圆的一个公共的焦点上。

 开普勒第二定律   （面积定律）

对于每一个行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。

开普勒第三定律   （周期定律）

所有行星的轨道的半长轴的立方跟公转周期的平方的比值都相等。

结论：

k值与中心天体有关，而与环绕天体无关

开普勒三个行星运动定律是一个整体，它对行星运动规律的描述有一个从定性到定量的过程，第一定律是其余两个定律的基础，但三个定律描述的内容又各自独立，并不重复。

引深：

（1）开普勒三个行星运动定律不但适用于行星太阳的运动，也适用于卫星行星的运动；

（2）作为近似处理，有时候可以把行星的椭圆轨道简化为圆形轨道。

提出问题  深化理解

问题：

（一）地球的公转轨道接近圆，但彗星的运动轨道则是一个非常扁的椭圆。

天文学家哈雷曾经在1682年跟踪过一颗彗星，他算出这颗彗星轨道的半长轴约等于地球公转半径的18倍，并预言这颗彗星将每隔一定时间就会出现。

哈雷的预言得到证实，该彗星被命名为哈雷彗星。

哈雷彗星最近出现的时间是1986年，请你根据开普勒行星运动第三定律估算，它下次飞近地球将在哪一年？

[板书设计]

从托勒密到开普勒

一、地心说与日心说

地球是中心→太阳是中心→宇宙无限

二、开普勒行星运动定律

轨道定律：

面积定律：

周期定律：