巧改课本插图，解析月相变化规律

吴国庆

月相变化是地球上人们看到的最显著的两个天文现象之一,与我们生活关系十分密切。月相的变化是高一地理学习的一个难点,笔者在教学过程中对高一“月相成因示意”进行了改变,在实际应用过程中,取得了良好的教学效果。下图是经过改变的月相成因示意图,利用此图能很方便解释一些月相变化的规律。

确定地平面以观察者所在位置P的地平面为参照平面,这里我们忽略地球的半径和观察者的身高,这样就可以把地平面平移到地心(O)位置,图上地平面(XOY)经过日、地、月(新月、满月)的中心,观察者在地平面以上的地心位置向外看月球。

确定视运动方向 本图涉及三个天体,即地球、月球、太阳。由于月相是人们在地球上观察到的,因此对于三个天体之间相对位置的变化,人们注意更多的是太阳、月球在地球天空中相对位置(相对方向)的变化。正因为如此,在分析这幅图时,我们可以认为地球处于中心地位,而且是“不动”的,而日、月在作东升西落的运动,即按照图中的视运动方向(顺时针方向)运动。

确定运动角速度 由于日、地、月相对位置在不断发生变化,因此地球上的人在不同日期观察到的月相是不同的,此图表示的是在不同日期的同一时刻(日落时刻)的月相。但由于地球自转的角速度较快,而月球在天空背景上每日向东运动的角度很小,同时一日内地球向东公转的角度也很小,以日为单位,人眼很难觉察。因此我们在分析月相变化规律时,在一日内可认为日、地、月三者相对位置是不变的,即太阳和月球以相同的角速度绕地球转动,因运动的相对性而作向西方向的旋转。

在运动中分析月相的变化规律

1.以下弦月为例,来分析其月出、月落时间以及夜晚见月情形

从图中看到,当日落时,下弦月就在观察者的下中天,此时月、地、日形成的角可表示为∠GOS,大小为90°。由于在一日内日、地、月相对位置可认为不变,则∠GOS以地心(O)为圆心,保持90°的大小,按视运动方向顺时针旋转。当月出时,太阳在观察者的下中天(子夜),继续旋转,当日出时,月球转到了观察者的上中天,随着天空中的阳光渐强,月球渐渐“消失”。日、月继续运动,当月落时,太阳已在观察者的上中天(正午)。通过旋转能清楚地看出下弦月的月出、月落时间,以及下弦月在夜空中被观察到的时间,方位。又如满月,日、地、月三者在一直线上,可看成∠EOS为180°,以O为中心,按视运动方向顺时针旋转。当这边日落,那边恰好月出,继续运动到第二天清晨日出时,月球正好在那边下山,出现了此起彼落的景象。通过旋转、观察,我们发现农历十五的整个夜晚,太阳在地平面以下,月球在地平面以上,因此满月通晓可见,而且同学们对此有很深的生活体验。用同样的方法可解释新月、上弦月以及其它月相的月出、月落时间及在夜空中出现的情形。

2.由初一到十五,月落的时间愈来愈晚,月相的亮面凸向西面;由十五到三十月出的时间愈来愈晚,月相的亮面凸向东面

从图上可看出,上半月日落时刻,由初一到十五,月、地、日三者形成的角度愈来愈大,新月时是0°(∠AOY),上弦月时是90°(∠COY),满月时是180°(∠EOY),因此由新月到上弦月再到满月,待到它们下山时,月球转过的角度愈来愈大,月落的时间也就愈来愈晚,在地平面以上可看到的时间也就愈来愈长。在旋转过程中,我们可观察到新月彻夜不见,上弦月可见半夜(上半夜),满月通晓可见。而且阳光是从西面射过来的,因此月相的亮面总是凸向西面。

再观察图上的下半月月相,从十五到三十,只有当月球在地平面东边升起时,我们才能观察到。从图上可以看出,以日落时刻为准,从十五到三十不同日期的月球离月出的地平面角度愈来愈大,满月时是0°(∠EOX),下弦月时是90°(∠GOX),新月时是180°(∠AOX),因此由满月到下弦月再到新月,待到它们月出时,月球要转过的角度愈来愈大,因此月出的时间也就愈来愈晚。在黎明日出时,天空中还留下它们淡淡的月影,以后日光渐强,月球就“消失”在天空中。在旋转观察过程中,我们还发现下半月由十五到三十,人们看到月球的时间也愈来愈短,如满月通宵可见,下弦月可见半夜(后半夜),新月彻夜不见。由于下半月阳光是从东面射向月球的,因此我们看到的月相的亮面总是凸向东面。

在学习“月相及其变化”这部分内容时,通过教师惟妙惟肖的语言、动作进行讲解和演示,学生们将会很容易理解这个图,如果运用现代教育技术手段来演示,将更能淋漓尽致反应月相的变化规律,从而化解学习的难点,并能分析生活中遇到的有关月相方面的问题。各位同行不妨一试。