人教版《行星的運(yùn)動(dòng)》教案各科學(xué)家研究天體過程介紹.doc

精品文檔6-1行星的運(yùn)動(dòng)課時(shí)計(jì)劃：2節(jié) 累計(jì)課時(shí)： 授課時(shí)間： 月 日 授課類型：講授課知識(shí)目標(biāo)通過學(xué)習(xí)物理學(xué)史的知識(shí)，使學(xué)生了解地心說（托勒密）和日心說（哥白尼）分別以不同的參照物觀察天體運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)；通過學(xué)習(xí)開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的描述，了解牛頓是通過總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了萬有引力定律能力目標(biāo)通過學(xué)生的閱讀使學(xué)生知道開普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的描述；情感目標(biāo)使學(xué)生在了解地心說和日心說兩種不同的觀點(diǎn)，也使學(xué)生懂得科學(xué)的道路并不是平坦的光明大道，也是要通過斗爭，甚至?xí)冻錾拇鷥r(jià)；說明：1、日心、地心學(xué)說及兩者之間的爭論有許多內(nèi)容可向?qū)W生介紹，教材為了簡單明了地簡述開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，沒有過多地?cái)⑹鲞@些內(nèi)容.教學(xué)中可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況加以補(bǔ)充.2、這一節(jié)的教學(xué)除向?qū)W生介紹日心、地心學(xué)說之爭外，還要注意向?qū)W生說明古時(shí)候人們總是認(rèn)為天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)是由于它遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律不同.3.學(xué)習(xí)這一節(jié)的主要目的是為了下一節(jié)推導(dǎo)萬有引力定律做鋪墊，因此教材中沒有過重地講述開普勒的三大定律，而是將三大定律的內(nèi)容綜合在一起加以說明，節(jié)后也沒有安排練習(xí).希望老師能合理地安排這一節(jié)的教學(xué).教材分析本節(jié)教材首先讓學(xué)生在上課前準(zhǔn)備大量的資料并進(jìn)行閱讀，如：第谷在1572年時(shí)發(fā)現(xiàn)在仙后座中有一顆很亮的新星，從此連續(xù)十幾個(gè)月觀察這顆星從明亮到消失的過程，并用儀器定位確證是恒星（后稱第谷星，是銀河系一顆超新星），打破了歷來“恒星不變”的學(xué)說伽利略開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué)為推翻以亞里士多德為旗號(hào)的經(jīng)院哲學(xué)對(duì)科學(xué)的禁錮、改變與加深人類對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和宇宙的科學(xué)認(rèn)識(shí)而奮斗了一生，因此被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”開普勒幼年時(shí)期的不幸，通過自身不懈的努力完成了第谷未完成的工作這些物理學(xué)家的有關(guān)資料可以幫助學(xué)生在了解萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的過程中體會(huì)科學(xué)家們追求真理、實(shí)事求是、不畏強(qiáng)權(quán)的精神教法建議具體授課中教師可以用故事的形式講述也可通過放資料片和圖片的形式講述也可大膽的讓學(xué)生進(jìn)行發(fā)言在講授“日心說”和“地心說”時(shí)，先不要否定“地心說”，讓學(xué)生了解托勒密巧妙的解釋，同時(shí)讓學(xué)生明白哥白尼的理論推翻了統(tǒng)治人類長達(dá)一千余年的地球是宇宙中心的“地心說”理論，為宣傳和捍衛(wèi)這一學(xué)說，意大利的思想家布魯諾慘遭燒死，伽利略也為此受到殘酷迫害不必給結(jié)論，讓學(xué)生自行得出結(jié)論典型例題關(guān)于開普勒的三大定律例1月球環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑約為地球半徑的60倍，運(yùn)行周期約為27天。應(yīng)用開普勒定律計(jì)算：在赤道平面內(nèi)離地面多少高度，人造地球衛(wèi)星可以隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，就像停留在天空中不動(dòng)一樣分析：月球和人造地球衛(wèi)星都在環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)，根據(jù)開普勒第三定律，它們運(yùn)行軌道的半徑的三次方跟圓周運(yùn)動(dòng)周期的二次方的比值都是相等的解：設(shè)人造地球衛(wèi)星運(yùn)行半徑為R，周期為T，根據(jù)開普勒第三定律有：同理設(shè)月球軌道半徑為 ，周期為 ，也有：由以上兩式可得：在赤道平面內(nèi)離地面高度： km點(diǎn)評(píng)：隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，就好像停留在天空中的衛(wèi)星，通常稱之為定點(diǎn)衛(wèi)星它們離地面的高度是一個(gè)確定的值，不能隨意變動(dòng)。擴(kuò)展資料伽利略伽利略是偉大的意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，他開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)并具有嚴(yán)密邏輯體系和數(shù)學(xué)表述形式的近代科學(xué)他為推翻以亞里士多德為旗號(hào)的經(jīng)院哲學(xué)對(duì)科學(xué)的禁錮、改變與加深人類對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和宇宙的科學(xué)認(rèn)識(shí)而奮斗了一生，因此被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”1、動(dòng)手動(dòng)腦、孜孜不倦伽利略1564年2月15日生于比薩一個(gè)樂師和數(shù)學(xué)家之家，從小愛好機(jī)械、數(shù)學(xué)和音樂、詩畫，喜歡做水磨、風(fēng)車、船舶模型17歲時(shí)雖遵父命入比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，但卻不顧教授們反對(duì)，獨(dú)自鉆研圖書館中的古籍和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1582年冬，托斯卡納公爵的年輕數(shù)學(xué)教師O.里奇允許伽利略旁聽，使他進(jìn)人一個(gè)新世界里奇擅長的應(yīng)用力學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)及生動(dòng)的講課，引導(dǎo)他學(xué)習(xí)水力學(xué)、建筑學(xué)和工程技術(shù)及實(shí)驗(yàn)，伽利略在此期間如饑似渴地讀了許多古代數(shù)學(xué)與哲學(xué)書籍，阿基米德的數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法使他深受感染，他深情地說：“阿基米德是我的老師”2、善于觀察，勤于實(shí)驗(yàn)伽利略對(duì)周圍世界的多種多樣運(yùn)動(dòng)特別感興趣，但他發(fā)現(xiàn)“運(yùn)動(dòng)的問題這么古老，有意義的研究竟如此可憐”他的學(xué)生維維安尼在伽利略傳中記敘了1583年19歲的枷利略在比薩大教堂的情景：“以特有的好奇心和敏銳性，注視懸掛在教堂最頂端的大吊燈的運(yùn)動(dòng)它的擺動(dòng)時(shí)間在沿大弧、中弧和小弧擺動(dòng)時(shí)是否相同當(dāng)大吊燈有規(guī)律地?cái)[動(dòng)時(shí)，他利用自己脈搏的跳動(dòng)，和自己擅長并熟練運(yùn)用的音樂節(jié)拍測(cè)算，他清楚地得出結(jié)論：時(shí)間完全一樣他對(duì)此仍不滿足，回家以后用兩根同樣長的線繩各系上一個(gè)鉛球作自由擺動(dòng)他把兩個(gè)擺拉到偏離豎直線不同的角度，例如30和10，然后同時(shí)放手在同伴的協(xié)助下，他看到無論沿長弧和短弧擺動(dòng)，兩個(gè)擺在同一時(shí)間間隔內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)準(zhǔn)確相等他又另外做了兩個(gè)相似的擺，只是擺長不同他發(fā)現(xiàn)，短擺擺動(dòng)300次時(shí)，長擺擺動(dòng)40次（均在大角度情況下），在其他擺動(dòng)角度（如小角度）下它們各自的擺動(dòng)次數(shù)在同一時(shí)間間隔內(nèi)與大角度時(shí)完全相同，并且多次重復(fù)仍然如此他由此得出結(jié)論，看來無論對(duì)于重物體的快速擺動(dòng)還是輕物體的慢擺動(dòng)，空氣的阻力幾乎不起作用，擺長一定的單擺周期是相同的，與擺幅大小無關(guān)他還看到，擺球的絕對(duì)重量或相對(duì)比重的大小都引不起周期的明顯改變只要不專門挑選最輕的材料作擺球，否則它會(huì)因空氣阻力太大而很快靜止下來”伽利略對(duì)偶然機(jī)遇下的發(fā)現(xiàn)，不但做了多次實(shí)測(cè)，還考慮到振幅、周期、繩長、阻力、重量、材料等因素，他還利用繩長的調(diào)節(jié)和標(biāo)度作成了第一件實(shí)用儀器脈搏計(jì)1585年因家貧退學(xué)，回到佛羅倫薩，擔(dān)任了家庭教師并努力自學(xué)他從學(xué)習(xí)阿基米德論浮體及杠桿定律和稱金冠的故事中得到啟示自己用簡單的演示證明了一定質(zhì)量的物體受到的浮力與物體的形狀無關(guān)，只與比重有關(guān)他利用純金、銀的重量與體積列表后刻在秤上，用待測(cè)合金制品去稱量時(shí)就能快速讀出金銀的成色這種“浮力天平”用于金銀交易十分方便1586年他寫了第一篇論文小天平記述這一小制作1589年他又結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)寫了關(guān)于幾種固體重心計(jì)算法的論文這些成就使他于1589年被聘為比薩大學(xué)教授， 1592年起移居到威尼斯任帕多瓦大學(xué)教授，開始了他一生的黃金時(shí)代在帕多瓦大學(xué)，他為了幫助醫(yī)生測(cè)定病人的熱度做成了第一個(gè)溫度計(jì)，這是一種開放式的液體溫度計(jì)，利用帶色的水或酒精作為測(cè)溫物質(zhì)，這實(shí)際上是溫度計(jì)與氣壓計(jì)的雛形，利用氣體的熱脹冷縮性質(zhì)通過含液玻璃管把溫度作為一種客觀物理量來測(cè)量伽利略認(rèn)為：“神奇的藝術(shù)蘊(yùn)藏在瑣細(xì)和幼稚的事物中，致力于偉大的發(fā)明要從最微賤的開始”“我深深懂得，只要一次實(shí)驗(yàn)或確證，就足以推翻所有可能的理由”伽利略不愧是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的奠基人3、破除迷信闖出新路伽利略認(rèn)真讀過亞里士多德的物理學(xué)等著作，認(rèn)為其中許多是錯(cuò)誤的他反對(duì)屈從于亞里土多德的權(quán)威，嘲笑那些“堅(jiān)持亞里士多德的一詞一句”的書呆子他認(rèn)為那些只會(huì)背誦別人詞句的人不能叫哲學(xué)家，而只能叫“記憶學(xué)家”或“背誦博士”他認(rèn)為：“世界乃是一本打開的活書，”“真正的哲學(xué)是寫在那本經(jīng)常在我們眼前打開著的最偉大的書里，這本書是用各種幾何圖形和數(shù)學(xué)文字寫成的”他從小好問，好與師友爭辯他主張“不要靠老師的威望而是靠爭辯”來滿足自己理智的要求他反對(duì)一些不合理的傳統(tǒng)例如他在比薩大學(xué)任教時(shí)就堅(jiān)決反對(duì)教授必須穿長袍的舊規(guī)，并在學(xué)生中傳播反對(duì)穿長袍的諷刺詩他深信哥白尼學(xué)說的正確，他一針見血地笑那些認(rèn)為天體不變的人，“那些大捧特捧不滅不變等等的人，只是由于他們渴望永遠(yuǎn)活下去和害怕死亡”伽利略依靠工匠們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與數(shù)學(xué)理論的結(jié)合，依靠他自己敏銳的觀察和大量的實(shí)驗(yàn)成果，通過雄辯和事實(shí)，粉碎了教會(huì)支持的亞里士多德和托勒密思想體系兩千多年來對(duì)科學(xué)的禁錮，在運(yùn)動(dòng)理論方面奠立了科學(xué)力學(xué)的基石（如速度、加速度的引入，相對(duì)性原理、慣性定律、落體定律、擺的等時(shí)性、運(yùn)動(dòng)疊加原理等），而且闖出了一條實(shí)驗(yàn)、邏輯思維與數(shù)學(xué)理論相結(jié)合的新路（參見“伽利略的運(yùn)動(dòng)理論與科學(xué)方法”）4、熱愛科學(xué)，傳播真理伽利略在帕多瓦自己的家中開辦了一個(gè)儀器作坊，成批生產(chǎn)多種科學(xué)儀器與工具，并利用它們親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1609年7月，他聽說荷蘭有人發(fā)明了供人玩賞的望遠(yuǎn)鏡后，8月，就根據(jù)傳聞及折射現(xiàn)象，找到鉛管和平凸及平凹透鏡，制成第一臺(tái)3倍望遠(yuǎn)鏡，20天后改進(jìn)為9倍，并在威尼斯的圣馬克廣場(chǎng)最高塔樓頂層展出數(shù)日，轟動(dòng)一時(shí)11月，他又制成20倍望遠(yuǎn)鏡并用來觀察天象，看到“月明如鏡”的月球上竟是凸凹不平，山巒迭起他還系統(tǒng)觀察木星的四顆衛(wèi)星1610年他將望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)提高到33，同年3月發(fā)表星空信使一書，總結(jié)了他的觀察成果并用來有力地駁斥地心說伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡可屬偶然，但他不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，成批制造，逐步提高放大倍數(shù)，這不是一般學(xué)者、工匠或教師所能及的伽利略通過望遠(yuǎn)鏡測(cè)得太陽黑子的周期性變化與金星的盈虧變化，看到銀河中有無數(shù)恒星，有力地宣傳了日心說5、時(shí)代局限 歷史遺案1615年伽利略受到敵對(duì)勢(shì)力的控告，他雖幾經(jīng)努力，力圖挽回局面，但1616年教皇還是下了禁令，禁止他以口頭或文字的形式傳授或宣傳日心說以后伽利略表面上在禁令下生活，實(shí)際上寫出了關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話一書來為哥白尼辯護(hù)該書于1632年出版，當(dāng)年秋伽利略就遭到嚴(yán)刑下的審訊1633年6月22日伽利略被迫在悔過書上簽字，隨后被終身軟禁在軟禁期間他又寫了關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話與數(shù)學(xué)證明對(duì)話集一書，該書于1638年在荷蘭萊頓出版伽利略1642年1月8日病逝終年78歲科學(xué)的蓬勃發(fā)展早已證實(shí)了伽利略的偉大和教會(huì)的謬誤，1979年梵蒂崗教皇保羅二世宣布對(duì)這一歷史判決平反，只是平反來得過遲了哥白尼哥白尼（Nicolaus Copernicus,14731543）波蘭天文學(xué)家，日心說的創(chuàng)立者，近代天文學(xué)的奠基人“哥白尼”名字的原意表示“謙卑”，反映了他的性格1473年2月19日生于波蘭維斯杜拉河畔的托倫10歲時(shí)父親死于瘟疫，由舅父瓦琴洛德主教撫養(yǎng)上中學(xué)時(shí)就對(duì)天文學(xué)發(fā)生興趣，曾幫助老師做過日晷并隨同觀察星空詩人卡里馬赫對(duì)他說：“數(shù)學(xué)和觀測(cè)是天文學(xué)家的兩個(gè)法寶”，這話對(duì)他影響很深，這也反映了當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)哥白尼從18歲到33歲，就讀于波蘭克拉科夫大學(xué)、意大利波倫亞和帕多瓦大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)、教會(huì)法、繪畫和天文學(xué)等克拉科夫大學(xué)受文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)影響最早，新興資產(chǎn)階級(jí)人文主義和經(jīng)院哲學(xué)兩派學(xué)生之間的斗爭十分激烈，在進(jìn)步的天文學(xué)教授勃魯采夫斯基的影響下，哥白尼對(duì)天文、數(shù)學(xué)和觀測(cè)技巧發(fā)生極大興趣，學(xué)習(xí)越深入，發(fā)現(xiàn)托勒密體系存在的問題越多在24歲時(shí)，他和諾法拉共同觀測(cè)1497年3月9日月掩星（金牛座 畢宿五），這種現(xiàn)象是托勒密的理論所不能解釋的為了改革陳腐的天文學(xué)體系，哥白尼一方面努力吸取古希臘學(xué)者們各種著作中的精華繼承前人的成果，另一方面在和同代人的討論中探索新的真理哥白尼選擇的天文學(xué)課題，正好是當(dāng)時(shí)科學(xué)要擺脫經(jīng)院哲學(xué)統(tǒng)治的突破口天文學(xué)這一最古老的學(xué)科，不僅積累了豐富的觀測(cè)資料，而且提出了各種理論模型，這些模型直接涉及到人們的宇宙觀和哲學(xué)思想大學(xué)教授們所講的托勒密地心體系，雖然建筑在人們的感官證據(jù)之上，又合乎圣經(jīng)的古訓(xùn)，但哥白尼說：“人們總習(xí)慣于把自己看作是世界的中心，這是一種偏見”1512年，他定居在弗龍堡作為教堂僧正，以箭樓為宿舍，以平臺(tái)作為天文臺(tái)，進(jìn)行了三十年的潛心研究1514年教皇里奧十世曾約請(qǐng)哥白尼及各國天文學(xué)家助修歷，哥白尼拒絕說：“必須先完成對(duì)月亮和太陽運(yùn)動(dòng)的研究才有可能修改歷法”為了使自己的新學(xué)說符合客觀實(shí)際，他一方面制造了三弧儀（標(biāo)出天體距離）、象限（測(cè)定太陽方位）等簡陋儀器，堅(jiān)持觀測(cè)，甚至15191520戰(zhàn)爭期間也不例外他在天體運(yùn)行論中所用的27個(gè)實(shí)例中有25個(gè)是他自己的實(shí)測(cè)記錄，如他測(cè)得地月平均距為地球半徑的60.30倍（現(xiàn)代值為60.27倍）同時(shí)，他用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)運(yùn)算來核實(shí)自己的理論1509年、1511年的月食，1512年和1518年的火星位置，1520年的木星與土星位置等都與他的推算相符1502年1514年間他寫了一個(gè)關(guān)于日心假說的拉丁文提綱為了對(duì)付各種非難和困難，他謹(jǐn)慎地經(jīng)過三次大修改（15121516，1525，1540），直到1543年臨終前他才看到天體運(yùn)行論的清樣他說：“羅馬詩人霍斯第認(rèn)為作品擱置九年才可問世”，而他的作品卻擱置了差不多四個(gè)九年！這一巨著所提出的日心說，正如恩格斯所說，是“向神學(xué)發(fā)出的挑戰(zhàn)書”，是“自然科學(xué)的獨(dú)立宣言”哥白尼開創(chuàng)了人類在宇宙觀上的根本變革，揭開了近代自然科學(xué)革命的序幕關(guān)于托勒密托勒密（Clandius Ptolemaeus，約90168）古希臘天文學(xué)家、地理學(xué)家和光學(xué)家，相傳他生于埃及一個(gè)希臘化城市赫勒熱斯蒂克公元127年到151年，他在亞歷山大一個(gè)大城進(jìn)行天文觀測(cè)他總結(jié)了希臘古天文學(xué)的成就，寫成天文學(xué)成十三卷其中確定了一年的持續(xù)時(shí)間，編制了星表，說明旋進(jìn)、折射引起的修正，給出日月食的計(jì)算方法等他利用希臘天文學(xué)家們特別是喜帕恰斯（Hipparchus,又譯伊巴谷）的大量觀測(cè)與研究成果，把各種用偏心圓或小輪體系解釋天體運(yùn)動(dòng)的地心學(xué)說給以系統(tǒng)化的論證，因而后世常稱為托勒密地心體系這個(gè)體系中有偏心輪（地球偏離天體運(yùn)行的圓軌道的幾何中心時(shí)的圓周）、本輪、均輪（行星沿小圓圓周運(yùn)動(dòng)，小圓的圓心又繞地球作大圓運(yùn)動(dòng)，小圓圓周稱為本輪，大圓圓周稱為均輪）等附加圓用這種方法解釋太陽的速率變化，行星的逆行等由地面觀測(cè)到的天文現(xiàn)象的體系，當(dāng)果雖可用于指導(dǎo)航海及計(jì)算行星的未來位置，但十分復(fù)雜和牽強(qiáng)托勒密的地心體系學(xué)說，認(rèn)為天體系按照自己固有規(guī)律運(yùn)動(dòng)，否認(rèn)上帝的自由意志，在當(dāng)時(shí)是有進(jìn)步意義的，但以地球?yàn)橹行牡乃枷敕匣浇塘x的要求，后來被教會(huì)所利用，成為神學(xué)的理論支柱，在天文學(xué)上統(tǒng)治約1300多年他還著有光學(xué)五卷，其中第一卷講述眼與光的關(guān)系，第二卷說明可見條件、雙眼效應(yīng)，第三卷講平面鏡與曲面鏡的反射及太陽中午與早晚的視徑大小問題，第五卷試圖找出折射定律，并描述了他的實(shí)驗(yàn)，討論了大氣折射現(xiàn)象，另外還著有地理學(xué)指南八卷，是他繪制的世界地圖說明書開普勒開普勒是德國天文學(xué)家、光學(xué)家1571年12月27日生于德國魏爾，父親早年棄家出走，母親脾氣極壞他是七個(gè)月的早產(chǎn)兒，從小體弱多病，四歲時(shí)的天花在臉上留下疤痕，猩紅熱使眼睛睛受損，高度近視，一只手半殘，又瘦又矮但他勤奮努力，智力過人，一直靠獎(jiǎng)學(xué)金求學(xué)1587年進(jìn)人蒂賓根大學(xué)學(xué)習(xí)神學(xué)與數(shù)學(xué)他是熱心宣傳哥白尼學(xué)說的天文學(xué)教授M麥斯特林的得意門生，1591年取得碩士學(xué)位1594年，應(yīng)奧地利南部格拉茲的路德派高校之聘講授數(shù)學(xué)1600年被聘請(qǐng)到布拉格近郊的邦拉基堡天文臺(tái)，任第谷的助手1601年第谷去世后，開普勒繼承了宮廷數(shù)學(xué)家的職位和第谷未完成的工作1612年移居到奧地利的林茨，繼續(xù)研究天文學(xué)晚年生活極度貧困，1630年11月15日，年近花甲的他在索薪途中病逝于雷根斯堡開普勒在大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)就對(duì)托勒密和哥白尼體系進(jìn)行了深人的對(duì)比研究，并力求進(jìn)一步找出宇宙中當(dāng)時(shí)已知的六大行星與太陽之間可以體現(xiàn)“數(shù)的和諧”的規(guī)律 1596年他的處女作宇宙的神秘出版，書中他利用正四面體、正方體、正八面體、正十二面體（12個(gè)五邊形）、正二十面體（20個(gè)三角形）及六個(gè)球體嵌套起來，解釋各行星的哥白尼軌道，其誤差不超過5%，這一純粹幾何型的宇宙構(gòu)想雖然沒有實(shí)際意義，但他的數(shù)學(xué)才能和豐富的想象力，引起了第谷和伽利略的贊許開普勒對(duì)第谷交辦的編制魯?shù)婪蛐潜淼娜蝿?wù)，并不是機(jī)械地完成它，他自己在視力不強(qiáng)的條件下又做了不少觀測(cè)工作，如1604年9月30日發(fā)現(xiàn)超新星爆發(fā)，并做了長達(dá)17個(gè)月的觀測(cè)，他把這次觀測(cè)結(jié)果寫人了1606年發(fā)表的蛇夫足下的新星一文中. 1607年觀測(cè)到彗星即后來的哈雷彗星等，他將伽利略望遠(yuǎn)鏡中的凹透鏡目鏡改為小凸透鏡，后人稱它為開普勒望遠(yuǎn)鏡1611年出版屈光學(xué)一書闡述望遠(yuǎn)鏡理論，還清晰地引人了光線概念，研究了大氣折射，提出了在小角度情況下折射角與入射角成正比，提出了光的照度定律、視覺理論等等，這些不僅有利于積累與核實(shí)觀測(cè)資料，也是光學(xué)發(fā)展的重要收獲，笛卡兒曾說：“開普勒是我主要的光學(xué)老師，勝過所有他人”他在天文學(xué)研究中面對(duì)著如何從大量觀測(cè)資料中確定行星的準(zhǔn)確幾何軌道并找出用數(shù)學(xué)描述行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的問題為此，首先要確定地球的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌道他從太陽、地球、火星在一條直線上的時(shí)刻開始，經(jīng)過 687天火星繞日運(yùn)行一周回到原處時(shí)，根據(jù)從地球上看到的太陽和火星的方向（相對(duì)于恒星這是可以知道的），就可以確定地球軌道上的一點(diǎn)處理幾組每隔687天測(cè)得的數(shù)據(jù)，就可以準(zhǔn)確地確定地球軌道的形狀在繼續(xù)找尋火星的軌道時(shí)，他在一年半時(shí)間里經(jīng)過70多次艱巨的思索、計(jì)算，按照“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的傳統(tǒng)思路反復(fù)比較了托勒密、哥白尼、第谷的理論路徑與第谷的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出各種偏心圓形軌道的設(shè)想方案，但是最好的結(jié)果誤差仍達(dá)8角分之多而第谷的最大觀測(cè)誤差只有2角分他把這次艱苦的計(jì)算愉快地比喻為“征服與戰(zhàn)勝火星的戰(zhàn)斗”，他說“這個(gè)詭計(jì)多端的敵人出乎意料地扯斷了我用方程式制成的鎖鏈”，使“我那些物理因素編成的部隊(duì)倍受創(chuàng)傷”，它卻“逃之夭夭”這8角分之差便導(dǎo)致了天文學(xué)的革新開普勒忠于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，一絲不茍，以不屈不撓的精神，去找尋新的道路：只有放棄“圓形”“勻速”的傳統(tǒng)觀念，才能符合行星近日時(shí)快、遠(yuǎn)日時(shí)慢的觀測(cè)事實(shí)醒悟到這一點(diǎn)對(duì)開普勒是很不容易的，他用下面的話表達(dá)了他把數(shù)學(xué)定律引入物理學(xué)、天文學(xué)的艱辛過程：“考慮和計(jì)算這件事差不多弄得我發(fā)瘋我實(shí)在不能明白為什么竟是橢圓？真是荒謬絕倫！難道解決直徑的矛盾問題非得通過橢圓這條路不可嗎？通過推理得出的物理原則必須和經(jīng)驗(yàn)相吻合，除了承認(rèn)行星的軌道是完全橢圓之外別無它途”在上述工作的基礎(chǔ)上，開普勒于1609年在新天文學(xué)一書中發(fā)表了他的第一、第二行星定律（橢圓軌道定律與等面積定律）但他仍不滿足于此而繼續(xù)尋求各行星之間軌道參數(shù)的規(guī)律性，經(jīng)過無數(shù)的試驗(yàn)失敗再試驗(yàn)，在 1619年出版的宇宙的和諧中他終于發(fā)現(xiàn)了第三定律（周期定律）這樣，簡明的數(shù)學(xué)結(jié)論終于代替了過去的復(fù)雜體系模型，使哥白尼日心說取得了徹底的勝利 開普勒通過數(shù)學(xué)規(guī)律和“魯?shù)婪蛐潜怼笔褂钪骟w系獲得了一個(gè)有序的圖景他還進(jìn)一步尋求行星繞日體系的形成原因，提出磁力說他在哥白尼天文學(xué)概論（16181621）一書中根據(jù)吉伯的地球是大磁體的觀點(diǎn)，提出了自己的設(shè)想來解釋行星繞日橢圓形軌道的物理原因：從太陽的“運(yùn)動(dòng)精靈”處發(fā)出輪輻式力線，由于太陽繞其軸自轉(zhuǎn)，這些直的力線對(duì)各行星施加一種“推力”每個(gè)行星猶如一塊大磁體，其磁軸在空中運(yùn)行時(shí)始終不變，即太陽排斥其中一極而又吸引另一極他認(rèn)為“重力是趨于結(jié)合或合并的同類物體之間的相互作用，類似于磁”這些對(duì)于萬有引力與重力的物理性質(zhì)的早期思考，推動(dòng)了萬有引力的研究 開普勒的一生迭遭病魔、貧窮、宗教沖突和戰(zhàn)爭的困擾他是在苦難坎坷中努力奮斗終獲成功的開普勒奮斗的動(dòng)力是他對(duì)天文學(xué)真實(shí)規(guī)律的執(zhí)著追求