第3节 人类对太空的不懈探索
教学目标
1. 大体了解人类认识宇宙的过程，并分析人们在认识客观世界的过程中所用的思想与方法。
2. 用辩证的思想客观地分析历史上的人们对人类认识客观世界的贡献。
3. 大体了解人类航天事业的发展。
4. 客观地分析科技地进步对人们的生活产生的影响。
教学重难点
教学重点
人类认识宇宙的过程、人类认识宇宙的过程中所用的思想与方法、用辩证的思想客观地分析科学史上的相关人或事件
教学难点
人类认识宇宙的过程中所用的思想与方法、用辩证的思想客观地分析科学史上的相关人或事件
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师活动：播放星际旅行方面的电影片段或相关图片。
教师口述：你或许看过星际旅行方面的科幻电影。在欣赏这些电影的过程中，你是否有过疑问，宇宙有多大，星际旅行是幻想，还是空想？
讲授新课
一、古希腊人的探索
1.1 古代宇宙图景
教师活动：讲授远古时代人们的宇宙观。
早在远古时代，东、西方的一些思想家通过对日月星辰的观察和想象，曾经构建出自己心目中的各种宇宙图景。
古代中国的浑天说认为，“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于内……”
古代埃及人认为星星像悬挂的油灯吊在上空。
1.2 托勒密的地心说
教师活动：讲解托勒密的地心说。
毕达哥拉斯从美学观念出发，认为宇宙中所有天体的形状都应该是球形。
亚里士多德认为，地球在宇宙的中心静止不动，其他星体绕地球转动。
阿波罗尼奥斯认为行星沿某一圆周(本轮)运动，该圆周的圆心沿另一圆周(均轮)绕地球运动。因此，以地球为中心看行星时，行星会时而顺行，时而逆行，其亮度也会因与地球距离的改变而改变。
公元140年前后，托勒密对前人的观测成果和理论进行总结，提出了地心体系。
地球位于宇宙的中心，月球、水星、金星、太阳及其他行星都绕着地球旋转；恒星都镶嵌在最外边的天球上。为了解释某些行星的逆行现象(即在某些时候，从地球上看那些星体的运动轨迹，有时这些星体会往反方向行走)，因此他提出了本轮的理论，即这些星体除了绕地轨道外，还会沿着一些小轨道运转。
托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。为了解释某些行星的逆行现象(即在某些时候，从地球上看那些星体的运动轨迹，有时这些星体会往反方向行走)，因此他提出了本轮的理论，即这些星体除了绕地轨道(本轮)外，还会沿着一些小轨道(均轮)运转。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。
学生活动：评价地心说的意义。
地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“圆形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出了“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮、均轮模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确的预测天象，因而在生产实践中也起过一定作用。
地心说，是世界上第一个行星体系模型，是世界上最早的假说—演绎体系。在建立理论的过程中，自始至终使用数学工具去研究和证明，开创了构建精确性理论的先河。在地心说占统治地位的上千年间，由于地心说的统治地位和广泛影响，它塑造了西方人的分析式的思维方式，和不包含伦理观的实体自然观，以及自然研究中应用数学工具。
设计思路：培养学生用辩证的观点评价古人的贡献的思想。
“地球是宇宙的中心”的说法，正好是“神学家的天空”的基础，因此得到了教会的支持。
学生活动：讨论地心说与教会的关系。
中世纪的神学家吹捧托勒密的结论，却隐瞒了托勒密的方法论：托勒密的地心说凭人类的智慧，用观测、演算和推理的方法，揭示、描述自然界的规律，这正是托勒密学说中富有生命力的部分。
二、文艺复兴的撞击
教师活动：讲解日心说。
16世纪初期，文艺复兴在意大利兴起并扩展到整个欧洲，它带来的思想和艺术的繁荣解除了束缚人们思想的枷锁。
在以后的许多世纪里，大量的观测资料累积起来了，只用托勒密的“本轮”不足以解释天体的运行，这就需要增添数量越来越多的“均轮”。后代的学者致力于这种“修补”工作，使托勒密的体系变得越来越复杂，每个行星需要不止一个本轮，总数达80个以上的“轮上轮”，并且还要引入“偏心点”和“偏心等距点”等复杂概念。这就使它缺少简洁性，而简洁性正是科学家们所追求的。
以波兰天文学家哥白尼为代表的许多科学家，对托勒密的地心说提出质疑。哥白尼认为：太阳屹立在宇宙的中心，行星围绕着太阳运行。离太阳最近的是水星，其次是金星，再次是地球。月亮绕着地球运行，是地球的卫星。比地球离太阳远的行星，依次是火星、木星和土星。行星离太阳越远，运行的轨道就越大，周期就越长。在行星的轨道外面，是布满恒星的恒星天。
学生活动：讨论日心说局限和意义。
局限：(1)认为太阳是宇宙的中心；(2)认为行星的轨道是圆的。
哥白尼的“日心说”有着非常重要的意义，它比托勒密的模型简洁、和谐，能较好地解释当时的许多天文现象，根据哥白尼的学说，算出了各颗行星到太阳的距离，首次推算了宇宙大小的尺度。在思想上，它挣脱了当时教会的束缚，使自然科学的研究从欧洲中世纪的神学桎梏下解脱出来。
第谷·布拉赫是丹麦杰出的天文观测家。当时尚未发明望远镜，他通过自制的观测仪器对星体进行认真系统的观测，使当时的测测误差从10'降低到2'。他的测测结果表明，托勒密与哥白尼的理论计算结果都与观测数据不相符。
开普勒研究了第谷连续20年的观测数据，希望进一步解释哥白尼的行星圆形轨道，却以失败而告终，因为他得到的结果与第谷的观测数据至少有8′的误差。开普勒相信这不是第谷的粗心造成的，而是哥白尼的理论还需要进一步完善。从此，他开始研究行星的非匀速、非圆周运动。经过多年的埋头计算，开普勒最终发现了更为精确的行星运动规律，并先后提出了三大定律。
三、牛顿的大综合
教师活动：讲解牛顿与万有引力定律。
人们在研究天体怎样运动的同时，还在探索天体为什么会这样运动。亚里士多德认为，天体由“以太”元素组成，它们本来就应围绕地球做匀速圆周运动。到了开普勒时代，人们才开始寻找天体形成这种运动的动力学原因。开普勒认为，太阳的磁力使天体运动，并且天体所受太阳的磁力随距离的增加而减弱。笛卡儿认为，是“以太”运载着行星在巨大的旋涡中运行。胡克、哈雷等人则认为，天体受到遵循平方反比定律的向心力作用，才进行圆周运动。
牛顿在前人研究的基础上，运用开普勒行星运动定律和自己的研究成果，逐步建立了万有引力定律，并将主要研究成果写入他的著作《自然哲学的数学原理》。
四、人类“飞天”梦的实现
教师设问：手机查询相关资料，了解我国载人航天和其他国家载人航天的进展状况。
学生活动：手机查询有关载人航天的相关资料。
师生活动：一个学生上讲台讲述我国载人航天和世界载人航天发展的状况。学生讲述后老师作必要评论。
教师设问：手机查询相关资料，了解我国深空探测与其他深空探测的进展。
学生活动：手机查询有关我国深空探测和世界深空探测进展的状况。
师生活动：一个学生上讲台讲述我国深空探测和其他国家或地区深空探测的现状。学生讲述后老师作必要评论。
教师设问：手机查询相关资料，了解一下航天对我们生活的影响。
学生活动：查询相关资料，了解航天对人们生活的影响。
师生活动：一个学生上讲台讲述航天对人们生活的影响。学生演讲后，教师作必要点评。
典题剖析
例1 下列说法错误的是( )
A. 托勒密提出的地心说是错误的，没有任意意义
B. 哥白尼提出了日心说，且认为行星绕太阳运行的轨道是圆形的
C. 开普勒认为行星绕太阳运行的轨道是椭圆的
D. 牛顿提出了万有引力定律
答案：A
课堂小结
课件18张PPT。第3节 人类对太空的不懈探索第4章 万有引力定律及航天新课引入新课引入新课引入一、古希腊人的探索浑天说认为，“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于内……”浑天说一、古希腊人的探索古代埃及人认为星星像悬挂的油灯吊在上空。吊灯说一、古希腊人的探索地球是宇宙的中心
地球是圆的
应用数学托勒密地心说二、文艺复兴的撞击地球是球体
地球绕太阳运转
太阳是宇宙的中心哥白尼日心说二、文艺复兴的撞击轨道定律
面积定律
周期定律开普勒三、牛顿的大综合地上的力天上的力牛顿三定律二、文艺复兴的撞击了解航天发展概况四、人类飞天梦的实现了解我国及其他国家载人航天的发展了解我国及其他国家深空探测的状况典题剖析例1 下列说法错误的是( )
A. 托勒密提出的地心说是错误的，没有任意意义
B. 哥白尼提出了日心说，且认为行星绕太阳运行的轨道是圆形的
C. 开普勒认为行星绕太阳运行的轨道是椭圆的
D. 牛顿提出了万有引力定律A课堂小结
