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1、行星的运动教学目标：通过对托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等科学家关于行星运动规律研究的介绍，领略到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，感悟到科学的结论总是在顽强曲折的科学实践中悄悄地来临。潜移默化地对学生进行科学文化教育、人文教育，在物理教学中渗透德育教育。教学过程：1让学生谈谈对天体运动的认识我们生活在地球上，天上有日月星辰，你能说说它们的运动情况吗？（回顾地理课所学）什么是恒星、行星、卫星？简介太阳系：离太阳最近的行星是水星（北方，Mercurial，罗马神话信息使者墨丘利），向外依次是金星（西方，Venus，美神维纳斯）、地球（Earth，地神该亚）、火星
2、（南方，Mars，战神玛尔斯）、木星（东方，Jupiter，众神之王朱庇特）、土星（中央，Saturn，农神萨木土恩）、天王星（Uranus，天神乌拉诺斯）、海王星（Neptune，海神涅普顿）和冥王星（Pluto，冥王普鲁托）。它们当中，肉眼能看到的只有五颗，对这五颗星，各国命名不同，我国古代有五行学说，因此便用金、木、水、火、土这五行来分别把它们命名为金星、木星、水星、火星和土星。2教师介绍天体运动学史（1）托勒密的地心说（2世纪，我国的东汉时期）托勒密（约90168）古希腊天文学家，他总结了希腊古天文学的成就，他利用希腊天文学家们的大量观测与研究成果，把各种解释天体运动的地心学说给以系统
3、化的论证，因而后世常称为托勒密地心体系。结合图片介绍托勒密的地心说。（为了与观测结果更好地符合，每个行星需要不止一个本轮，总数达80多个“轮上轮”。地心说对当时能够观测到的天文现象基本都能做出解释（如：行星的逆行）。（2）哥白尼的日心说（16世纪，我国的明代）哥白尼（14731543），波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人。“哥白尼”名字的原意表示“谦卑”，反映了他的性格。受文艺复兴运动（1453年）影响，哥白尼对天文、数学发生极大兴趣，学习越深入，发现托勒密体系存在的问题越多。大学教授们所讲的托勒密地心体系，虽然建筑在人们的感官证据之上，又合乎圣经的古训，但哥白尼说：“人们总习惯
4、于把自己看作是世界的中心，这是一种偏见”。他进行了三十年的潜心研究，在1502年1514年间他就写了一个关于日心假说的拉丁文提纲为了对付各种非难和困难，他谨慎地经过三次大修改（15121516，1525，1540），直到1543年临终前他才看到天体运行论的清样。结合图片介绍哥白尼的日心说。在教师介绍完两种学说后，让学生比较这两种学说：（1）两种学说的相同点（采用的都是“完美的”匀速圆周运动模型人们长期以来视为真理的观念）（2）两种学说的不同点：参照系不同，后者更简洁（科学家的追求）。（3）哥白尼的日心说在科学发展史上的重大意义：托勒密的地心体系学说，以地球为中心的思想符合基督教义的要求，后来被
5、教会所利用，成为神学的理论支柱，在天文学上统治约1300多年。其实，托勒密本人声称他的体系并不具有物理的真实性，而只是一个计算天体位置的数学方案。至于教会维护和利用地心说，那是在托勒密死后一千多年的事了。从地心说到日心说，看似只是参考系的改变，其实哥白尼开创了人类在宇宙观上的根本变革，揭开了近代自然科学革命的序幕。让学生讲讲科学家宣传和捍卫日心说的故事：布鲁诺宇宙中心的转变，暗示了宇宙可能根本没有中心。意大利学者布鲁诺将它公开说了出来，为此，被宗教裁判所烧死在罗马的鲜花广场，为科学付出了生命的代价。伽利略在1609年发明望远镜，观察天象，根据他的观察成果有力地驳斥地心说，宣传了日心说。教皇下禁
6、令，禁止他以口头或文字的形式传授或宣传日心说。以后伽利略表面上在禁令下生活，实际上写出了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话一书来为哥白尼辩护，该书出版后，伽利略就遭到严刑下的审讯，伽利略被迫在悔过书上签字，随后被终身软禁在软禁期间他又写了关于两门新科学的对话与数学证明对话集一书。伽利略1642年1月8日病逝终年78岁。科学的发展早已证实了伽利略的伟大和教会的谬误，1979年梵帝冈教皇保罗二世宣布对这一历史判决平反，只是平反来得过迟了。让学生谈谈从这两位科学家身上折射出了哪些可贵的精神（追求真理，实事求是，不畏强权）。（3）第谷：天才观测家（15461601）哥白尼去世后3年，第谷在丹麦出生。
7、第谷从小十分聪明，喜欢大自然，尤其喜欢观看满天的星星。13岁时，观象台预报在某某日可以看见日偏食，第谷用仪器果真看到了日食，“日食可以预见”，这引起了少年第谷极大的兴趣。此后，第谷广泛阅读天文书籍，到了废寝忘食的地步。30岁的第谷已是世界上知名的天文学家了。先后有丹麦国王、奥地利国王的支持，第谷便进行了长期的天文观测。他观测的精密度令人惊叹，几乎达到肉眼观测的极限，大大超过同时代其他人的水平。第谷整整工作了20多年，积累了大量精确可靠的资料。 但是，第谷不善于理论思维和科学整理，尤其是他恪守“地心说”，因此，他虽然掌握了丰富的观测资料，但却未能在理论上有重大发现（错误地提出了一个经过修正的地心
8、体系：行星绕着太阳转，太阳又绕着地球转）。 1601年，56岁的第谷不幸病逝。临终前第谷将用毕生心血换来的资料交给他31岁的德国助手开普勒。（4）开普勒：太空立法者（15711630）开普勒是德国天文学家。开普勒在大学学习时就对托勒密和哥白尼体系进行了深入的对比研究。 25岁时他的处女作宇宙的神秘出版，书中他利用正四面体、正方体、正八面体、正十二面体（12个五边形）、正二十面体（20个三角形）及六个球体嵌套起来，解释各行星的哥白尼轨道，其误差不超过5%，这一纯粹几何型的宇宙构想虽然没有实际意义，但他的数学才能和丰富的想象力，引起了第谷和伽利略的赞许。1600年被聘请到布拉格近郊的邦拉基堡天文台
9、，任第谷的助手。18个月后，第谷去世，开普勒以全部的精力整理、研究第谷的观测数据。他自己还在视力不强（高度近视）的条件下又做了不少观测工作，将伽利略望远镜中的凹透镜目镜改为小凸透镜，后人称它为开普勒望远镜。在找寻火星的轨道时，他在一年半时间里经过70多次艰巨的思索、计算，按照“匀速圆周运动”的传统思路反复比较了托勒密、哥白尼、第谷的理论路径与第谷的实测数据，提出各种偏心圆形轨道的设想方案，但是最好的结果误差仍达8角分之多。而第谷的最大观测误差只有2角分。他把这次艰苦的计算愉快地比喻为“征服与战胜火星的战斗”，他说“这个诡计多端的敌人出乎意料地扯断了我用方程式制成的锁链”，使“我那些物理因素编成
10、的部队倍受创伤”，它却“逃之夭夭”。这8角分之差便导致了天文学的革新。开普勒忠于实测数据，一丝不苟，以不屈不挠的精神，去找寻新的道路：只有放弃“圆形”“匀速”的传统观念，才能符合行星近日时快、远日时慢的观测事实。醒悟到这一点对开普勒是很不容易的，他用下面的话表达了他把数学定律引入物理学、天文学的艰辛过程：“考虑和计算这件事差不多弄得我发疯。我实在不能明白为什么竟是椭圆？真是荒谬绝伦！难道解决直径的矛盾问题非得通过椭圆这条路不可吗？通过推理得出的物理原则必须和经验相吻合，除了承认行星的轨道是完全椭圆之外别无它途。”以他丰富的想象力和杰出的数学才能，利用第谷遗留下来的大量数据资料，发现问题，不断研
11、究：开普勒于1609年在新天文学一书中发表了他的第一、第二行星定律（椭圆轨道定律与等面积定律）。但他仍不满足于此而继续寻求各行星之间轨道参数的规律性，经过无数的试验、失败、再试验，在 1619年出版的宇宙的和谐中他终于发现了第三定律（周期定律）。这样，简明的数学结论终于代替了过去的复杂体系模型，使哥白尼日心说取得了彻底的胜利。开普勒被称之为“太空立法者”。结合图片介绍开普勒三定律：所有的行星分别在不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳处在这些椭圆的一个焦点上。对每个行星而言，行星和太阳的连线在任意相等的时间内扫过的面积都相等。所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。说明：
12、第一定律告诉我们某颗行星一切可能的位置；第二定律指出了行星沿轨道运行时，速率改变的规律，从而能确定该行星在什么时候处于某个可能的位置上；第三定律揭示出各行星运动之间的联系（一个适合所有行星的总体模式）。开普勒的一生，除了得到第谷的短期帮助外，几乎都是生活的逆境之中：父亲早年弃家出走，母亲脾气极坏他是七个月的早产儿，从小体弱多病，四岁时的天花在脸上留下疤痕，猩红热使眼睛睛受损，高度近视，一只手半残，又瘦又矮但他勤奋努力，智力过人，一直靠奖学金求学。1630年，为了开展一项新的研究项目，为了索取人家欠他的薪金，处处碰壁，病死在异乡的客栈里。有人这样评说：第谷的后面有国王，伽利略的后面有公爵，牛顿的
13、后面有政府，而开普勒所有的只是疾病和贫困。让学生谈谈对开普勒的看法：凭借对天文学真实规律的执著追求和坚韧不拔克服种种困难的献身精神，开普勒在逆境中奋斗，终于把几千个数据归纳成如此简洁的几句话，这是极为杰出的成就。开普勒享受了科学探究的乐趣，享受了人生的满足，他的心境表现在自传的墓志铭中：我曾测量天空，现在测量幽冥。灵魂飞向天国，肉体安详土中。谈谈教师自己的看法：人到中年，体会到能在自己有兴趣的领域中研究工作，再苦再累，都是乐趣无穷。不过，开普勒并不知道，他发现的三个定律还蕴涵着极其重大的“天机”（万有引力定律）。课外作业：预习下一节，查阅有关万有引力定律的物理学史，了解万有引力定律的建立过程。5
