Конспект урока по астрономии по теме "Законы Кеплера" (11 класс)

МОУ «Серпейская средняя общеобразовательная  школа»      

ПЛАН – КОНСПЕКТ

УРОКА  ПО АСТРОНОМИИ

11 класс

                                     Тема:    

           

                                                                    Подготовила и провела    

                                                                           учитель физики  

                                                                      Филонова Т.В

2006 -07 уч. год

Цель урока:

- изучить законы Кеплера и показать возможность их применения для решения задач

ЗАДАЧИ УРОКА:

-   углубить понятия геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира;

-   познакомить учащихся с историей открытия законов,  их формулировкой и математической формулой;

-   развивать умение работать с дополнительной литературой, выделять главное;

-   развивать мышление, память, умение анализировать и делать выводы;

-   расширять кругозор и мировоззрение;

-   показать межпредметную связь  ( астрономия- физика- математика – история – литература – информатика )

Тип урока – комбинированный.

Оборудование – оборудованное рабочее место учителя

                               ( мультимед. установка, экран, компьютер )

1. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

Геоцентрическая система мира Птоломея и гелиоцентрическая система Коперника. Древнегреческие учёные и философы делали серьёзные попытки разработать стройные – в основном геоцентрические – системы мира с шарообразной Землёй в центре конечной Вселенной, которую замыкала сфера из неподвижных звёзд. Эти системы были основаны  на предположении, что вся Вселенная, весь мир и все небесные светила созданы для Земли. Наиболее чётко геоцентрическая система мира была изложена Аристотелем (5 век до н.э.), а в последствии развита и завершена александрийским астрономом К.Птоломеем (2в. до н.э.).

     Согласно Птоломею, в центре Вселенной расположена Земля, окружённая 56-ю прозрачными хрустальными сферами. Они имеют общий центр и управляют движением Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса, Юпитера, Сатурна и звёзд. Для управления движением Солнца и Луны выделялось ещё по одной сфере на каждое светило, с расположенной на каждой сфере окружностью – деферентом, - по которым и двигались Солнце и Луна. Поскольку для описания сложного движения планет и этого оказалось недостаточно, Птоломей посчитал, что по деференту движется не сама планета, а центр другой окружности несколько меньшего размера – так называемый эпицикл. По этому эпициклу движется центр следующего по порядку эпицикла и т.д. планета же обращается лишь по самому последнему эпициклу. Внешняя сфера неподвижных звёзд совершает полный оборот вокруг оси в течение суток и приводит в движение остальные сферы, обеспечивая тем самым видимую картину движения небесных светил. С помощью эпициклов и деферентов удавалось довольно точно описать наблюдаемые движения планет и предвычислять положения небесных тел.

 Учение Птоломея продолжалось необычайно долго – свыше 1500 лет. Оно стало основополагающим во всех христианских странах.

       Устои теории, а заодно и самой церкви, подорвал не кто иной, как сын купца из польского города Кракова, родственник епископа и сам священник Николай Коперник. Он появился на свет в 1473году. Мальчик рано лишился родителей и воспитывался в семье своего дяди. Закончил  университет в Кракове, получив медицинское и богословское образование, и завершил его в Италии. Активно изучал астрономию, читал в подлиннике сочинения древнегреческих классиков. Ведал финансовыми и другими делами, но постоянно размышлял над устройством Солнечной системы.

        Поначалу Коперник собирался всего лишь усовершенствовать теорию Птоломея. Но чем тщательнее он изучал звездное небо, чем больше копался в старых книгах, тем больше росла в нём уверенность:» Птоломей заблуждался». В центре мироздания находится Солнце, а  Земля лишь одна из планет, кружащих вокруг него……. Такая система была названа гелиоцентрической.

         Коперник очень хорошо понимал, какая взрывная сила таится в его сочинении, которое он скромно назвал  Малый комментарий. И он тянул с его опубликованием. Лишь будучи уже пожилым и тяжело больным, Коперник рискнул отдать в печать свою книгу. Вышла она из печати всего за несколько дней до его смерти – в конце мая 1543г.

     Как же выглядела его система?    Рис.

Основы гелиоцентрической системы мира Коперника:

• в центре мира находиться Солнце;
• шарообразная Земля вращается вокруг своей оси, и это вращение объясняет кажущееся суточное движение всех светил;
• Земля, как и все другие планеты, обращается вокруг Солнца, и это обращение объясняет видимое движение Солнца среди звёзд;
• Все движения представляются в виде комбинации равномерных круговых движений;
• видимые прямые и попятные движения планет объясняются движением Земли.

Кроме того, Коперник считал, что Луна движется вокруг Земли и  - как спутник вместе с Землёй  - вокруг Солнца. Постулат о равномерном движении по окружностям заставил Коперника подобно Птоломею ввести эпициклы и сместить центры окружностей – деферентов относительно Солнца. В итоге модель Коперника оказалась не менее сложной , чем модель Птоломея: она содержала 48 кругов вместо 40 в геоцентрической модели, не отличаясь большей точностью. Однако в ней было зерно научной истины, сделавшее её фундаментом новой астрономии.

2.     БОРЦЫ  ЗА ИСТИНУ

Джордано Бруно  был последователем Коперника. Но в своих взглядах на устройство Вселенной он шагнул дальше Коперника. Его мудрые речи о множественности обитаемых миров, о безграничности Вселенной были для религии опаснее, чем учение Коперника о движении Земли. Против него было выдвинуто страшное по тем временам обвинение в ереси, то есть в вероотступничестве. Бруно был схвачен и заточён в адскую

« свинцовую тюрьму» римской инквизиции.

       Почти 8 лет томился он в заточении, и все это время продолжались допросы и пытки. Палачи хотели заставить его открыто отречься от своих убеждений. Но страх смерти был чужд Бруно. Превыше всего он ставил борьбу за истину. И тогда церковный трибунал постановил: отлучить Джордано Бруно от Церкви и предать его «милостивой казни без крови».

Гибель Джордано Бруно вовсе не была напрасной. Весть о его мученической кончине обошла многие университеты. Но она не запугала ученых, не отбила охоту исследовать тайну Вселенной, наоборот, привлекла внимание науки к проблеме. За её изучение и толкование принялись многие.

Галилео Галилей первым, кто после смерти Бруно принял эстафету новых астрономических знаний. С именем этого знаменитого ученого в истории астрономии связано начало эпохи телескопических наблюдений……….

     22 июня 1633 года в монастыре Святой Марии 69-летний больной Галилей в рубашке кающегося грешника, с верёвкой на шее был поставлен на колени перед Евангелием. «Отрекаюсь, проклинаю и гнушаюсь ереси движения Земли!» - читал он приготовленный для него текст публичного отречения. Не скажи Галилей этого, не миновать ему участи Джордано Бруно. ( В 20 столетии Бруно и Галилей были реабилитированы Ватиканом.)

Многие не верили в искренность отречения Галилея. Из уст в уста передавалась легенда, будто бы после позорной церемонии Галилей поднялся во весь рост, топнул ногой и воскликнул: -А все-таки она вертится!

«ОТРЕЧЕНИЕ»

Низкий каменный свод…..

Крючья….Цепи…Тиски…

От жаровни с углями свечение…

Отречение…Ждут отречения..

На камнях площадей по вязанке народ

Соберёт эшафот… От предместий стекаясь

Бесновалась толпа…  И, ударившись в свод

Заметалось в беспамятстве: «Я отрекаюсь!»..

- Прошу, мой друг, не открывайте окон –

За окнами всегда непогода.

Как от волос любимой только локон

Осталась мне от жизни четверть года.

Кто верен был – тот превратился в пепел.

Кто был хитёр – угас, во тьме скитаясь,

Кто властвовал – покоиться во склепе,

Мне выпало проклятье: « Отрекаюсь!»

Отрекаюсь от жадной толпы, не дождавшейся жертвы,

Разевающей рты в предвкушении сладости тлена.

Отрекаюсь от горстки безумцев, чьи помыслы мертвы

Чьё оружие – хаос, а принцип – подлог и измена.

Отрекаюсь от власти креста, порождающей ужас,

От жестокого мира, что сам от жестокости спятил.

Отрекаюсь от жён, доносящих на сына и мужа,

От мужей во Христе, что дошли до горящих распятий.

Отрекаюсь от собственных слов,

Что сорвались пред пыткой от желания жить,

Ибо жизнь в этом мире – отрава….

Дай мне, Господи, силы на эту вторую попытку.

Отрекаться – моё ремесло и …последнее право.

Как видишь я остался предан вере.

Раскаянье, как боль всегда нежданно.

Уходишь….Затвори плотнее двери.

И…..Господи….. прости меня, Джордано….

                                                                         Сергей Данилов

Да, остался жив Человек, Человек с большой буквы. Вынужденным отречением Галилей купил себе несколько лет жизни, научной работы. И спустя пять лет после этого, в 1638году, вышло в свет одно из самых знаменитых произведений – «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению». В одной из этих бесед говориться о свободном падении тел .

      В это время для пропаганды геоцентрической системы в России много сделал М.В.Ломоносов. (18 век.) Несмотря на то, что такая деятельность грозила ему серьёзными неприятностями, он пропагандировал взгляды Коперника и в научных трудах, и в популярных произведениях, и в стихах.

Сошлись в месте два астронома в пиру,

И спорили весьма между собой в жару.

                     Один твердил: «Земля, вертясь круг Солнца ходит;

                Другой – что Солнце все с собой планеты водит,

         Один Коперник был, другой слыл Птоломей.

Тут повар спор решил успешкою своей.

            Хозяин спрашивал: -Ты звёзд теченье знаешь?

         Скажи, как ты о сем сомненье рассуждаешь?

             Он дал такой ответ: «Что в том Коперник прав,

                              Я правду докажу, на Солнце не бывав.

                              Кто видел простака из поваров такого,

   Который бы вертел очаг вокруг жаркого.

….. Вычисленные по гелиоцентрической теории астрономические таблицы предсказывали положение планет среди звёзд с большими погрешностями. Это наводило на мысль, что орбиты планет, видимо, все же не окружности. Настоящую форму планетных орбит ещё предстояло установить. Для этого надо было прежде всего повысить точность наблюдений. С этой задачей блестяще справился датский астроном Тихо Браге  (1546 – 1601) – самый выдающийся наблюдатель эпохи дотелескопической астрономии.

       3.  Первые попытки разгадать тайну Вселенной.

Через 28 лет после выхода в свет знаменитой книги Н.Коперника «Об обращениях небесных сфер» 27 декабря 1571г. В городке Вейль- дер –Штадт в Вюртемберге увидело свет слабое дитя, которому суждено завершить дело Коперника и разгадать законы неба. Это был Иоганн Кеплер, сын трактирщика……

         У Тихо имелся исходный материал – его двадцатилетние наблюдения за      звёздами и планетами. Но обработать огромный объём информации ни он,  ни  его ученик не могли. Тут требовался математик очень высокого уровня. ….

Вой сундук с результатами наблюдений Браге передаёт Кеплеру перед своей смертью.

После долгих и кропотливых расчётов (в течение 9 лет), от которых, по признанию самого Кеплера, он «чуть не сошёл с ума», на него снизошло прозрение.  О формулирует первые  два важных закона движения планет:

 Первый закон  определяет форму планетных орбит: каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон определяет скорость движения планет по орбите: радиус вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади Из этого закона вытекает, что скорость планеты тем больше, чем она ближе к Солнцу.

15 мая 1618года после множества неудачных попыток Кеплер установил наконец очень важное соотношение, известное как третий закон Кеплера: квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца. Этот закон связал  в единую стройную  систему все солнечное семейство. На поиски ушли 9 трудных лет. Опять победило упорство ученого!

Законы Кеплера теоретически развивали гелиоцентрическое учение и тем самым укрепляли позиции новой астрономии. Астрономия Коперника, говорил Кеплер, - самое мудрое из всех произведений человеческого ума.

Последующие наблюдения показали, что законы Кеплера применимы не только для планет  Солнечной системы и их спутников, но и для звезд, физически связанных между собой и обращающихся вокруг общего центра масс.  Они легли в основу практической космонавтики, ибо по законам Кеплера движутся все искусственные небесные тела, начиная с первого советского спутника и кончая современными космическими аппаратами. Не случайно в истории Иоганна Кеплера называют « законодателем неба»

4. Закрепление изученного материала.

                              Решение задач на доске с помощью учителя.

1.      Синодический период планеты 500 суток. Определите большую полуось её орбиты.

Решим задачу для случаев:

А)  внутренней планеты;

Б)  внешней планеты.         ( Домашняя работа )

2.Марс дальше от Солнца, чем Земля, в 1,5 раза. Какова продолжительность года на Марсе? Орбиты планет считать круговыми.

5. Итог урока.

Познакомились с историей открытия основных законов небесной механики – законами Кеплера и научились применять их в решении задач.

6. Домашнее задание.

    Пар. 8,  задача 1(б).

7.  Литература:

Рандзини Д.    – научно-популярное издание Космос;

Журнал – Физика в школе;

Методическая газета – Первое сентября (физика, астрономия)

                                     № 1/01; № 4/04;

 О.Н. Коротцев     -    Современная энциклопедия  АСТРОНОМИЯ.