1、5.1 从托勒密到开普勒 教学设计一、知识目标 1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程. 2.知道开普勒对行星运动的描述. 二、教学重点 1.“日心说”的建立过程. 2.行星运动的规律. 三、教学难点 1.学生对天体运动缺乏感性认识. 2.开普勒如何确定行星运动规律的. 四、教学方法 1.“日心说”的建立的教学采用对比、反证及讲授法. 2.行星运动规律的建立采用挂图、放录像资料或用CAI课件模拟行星的运动情况. 五、教学步骤 导入新课 我们与无数生灵生活在地球上，白天我们沐浴着太阳的光辉.夜晚，仰望苍穹，繁星闪烁，美丽的月亮把我们带入了无限的遐想之中，这浩瀚无垠的宇宙中有着无数
2、的大小不一、形态各异的天体，它们的神秘始终让我们渴望了解，并不断地去探索.而伟大的天文学家、物理学家已为我们的探索开了头，让我们对宇宙来一个初步的了解.首先，我们来了解行星的运动情况. 板书：行星的运动. 新课教学 （一）用投影片出示本节课的学习目标 1.了解“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程. 2.知道开普勒对行星运动的描述. （二）学习目标完成过程 1.“地心说”和“日心说”的发展过程 在浩瀚的宇宙中，存在着无数大小不一、形态各异的星球，而这些天体是如何运动的呢？在古代，人类最初通过直接的感性认识，建立了“地心说”的观点，认为地球是静止不动的，而太阳和月亮绕地球而转动.因为“地
3、心说”比较符合人们的日常经验，太阳总是从东边升起，从西边落下，好像太阳绕地球转动.正好，“地心说”的观点也符合宗教神学关于地球是宇宙中心的说法，所以“地心说”统治了人们很长时间.但是随着人们对天体运动的不断研究，发现“地心说”所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多.如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的行星的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得简单了. 随着世界航海事业的发展，人们希望借助星星的位置为船队导航，因而对行星的运动观测越来越精确.再加上第谷等科学家经过长期观测及记录的大量的观测数据，用托勒密的“地心说”模型很难得出完美的解答
4、.当时，哥伦布和麦哲伦的探险航行已经使不少人相信地球并不是一个平台，而是一个球体，哥白尼就开始推测是不是地球每天围绕自己的轴线旋转一周呢？他假设地球并不是宇宙的中心，它与其他行星都是围绕着太阳做匀速圆周运动.这就是“日心说”的模型.用“日心说”能较好地和观测的数据相符合，但它的思想几乎在一个世纪中被忽略，很晚才被人们接受.原因有：（1）“日心说”只是一个假设.利用这个“假设”，行星运动的计算比“地心说”容易得多.但著作中有很不精确的数据.根据这些数据得出的结果不能很好地跟行星位置的观测结果相符合.（2）当时的欧洲的统治者还是教会，把哥白尼的学说称为“异端学说”，因为它不符合教会的利益.致使这个
5、正确的观点被推迟一个世纪才被人们所接受. 德国的物理学家开普勒继承和总结了他的导师第谷的全部观测资料及观测数据，也是以行星绕太阳做匀速圆周运动的模型来思考和计算的，但结果总是与第谷的观测数据有8的角度误差.当时公认的第谷的观测误差不超过2.开普勒想，很可能不是匀速圆周运动.在这个大胆思路下，开普勒又经过四年多的刻苦计算，先后否定了19种设想，最后终于计算出行星是绕太阳运动的，并且运动轨迹为椭圆，证明了哥白尼的“日心说”是正确的.并总结为行星运动三定律. 同学们，前人的这种对问题的一丝不苟、孜孜以求的精神值得大家学习.我们对待学习更应该是脚踏实地，认认真真，不放过一点疑问，要有热爱科学、探索真理
6、的热情及坚强的品质，来实现你的人生价值. 2.开普勒行星运动规律 （1）出示行星运动的挂图 边看边介绍，让学生对行星运动有一个简单的感性认识. （2）放有关行星运动的录像 录像的效果很好，很直观，让同学能看到三维的立体画面，让同学们的感性认识又提高一步. （3）开普勒行星运动的规律 开普勒关于行星运动的描述可表述为三定律.我们主要介绍开普勒第一定律和第三定律.（4）所有的行星围绕太阳运行的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上.这就是开普勒第一定律.行星运动的轨道不是正圆，行星与太阳的距离一直在变.有时远离太阳，有时靠近太阳.它的速度的大小、方向时刻在改变.示意图如下： 板书：开普勒第一定
7、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焦点上. （5）所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等.这是开普勒第三定律.每个行星的椭圆轨道只有一个，但是它们运动的轨道的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值是相等的.我们用R表示椭圆的半长轴，T代表公转周期，表达式可为： 显然K是一个与行星本身无关的量，同学们想一想，K有可能与什么有关呢？ 同学们开始讨论、猜想. 都围绕太阳运转，只与中心体有关的一个值了. 板书： 开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方与公转周期的三次方的比值都是相同的. 表达式： （R表示椭圆的半长轴，T表示公转周期） （6）同学们
8、知道现在我们已经发现太阳周围有几颗行星了吗？分别是什么？ 学生回答：金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星、冥王星. 评价：（回答的很好），那同学们知道哪颗行星离太阳最近？ 同学回答：水星. 老师提问：水星绕太阳运转的周期多大？ 一般学生不知道. 老师告诉学生：水星绕太阳一周需88天. 老师提问：我们生活的地球呢？ 同学们踊跃回答：约365天. 3.补充说明 （1）开普勒第三定律 对所有行星都适合. （2）对于同一颗行星的卫星，也符合这个运动规律. 比如绕地球运行的月球与人造卫星，就符合这一定律 （K与行星绕太阳的K值不同，中心体变，K值改变） 六、小结 通过本节课的学习，我们了解和知道了： 1.“地心说”和“日心说”两种不同的观点及发展过程. 2.行星运动的轨迹及物理量之间的定量关系 （K是与行星无关的量）. 3.行星绕太阳的椭圆的半长轴R3与周期T2的比值为K，还知道对一个行星的不同卫星，它们也符合这个运行规律，即 (K与K是不同的). 七、板书设计 行星的运动 1.“地心说”与“日心说”的发展过程. 2.
