巧改課本插圖，解析月相變化規律

吳國慶

月相變化是地球上人們看到的最顯著的兩個天文現象之一,與我們生活關系十分密切。月相的變化是高一地理學習的一個難點,筆者在教學過程中對高一“月相成因示意”進行了改變,在實際應用過程中,取得了良好的教學效果。下圖是經過改變的月相成因示意圖,利用此圖能很方便解釋一些月相變化的規律。

確定地平面以觀察者所在位置P的地平面為參照平面,這里我們忽略地球的半徑和觀察者的身高,這樣就可以把地平面平移到地心(O)位置,圖上地平面(XOY)經過日、地、月(新月、滿月)的中心,觀察者在地平面以上的地心位置向外看月球。

確定視運動方向 本圖涉及三個天體,即地球、月球、太陽。由于月相是人們在地球上觀察到的,因此對于三個天體之間相對位置的變化,人們注意更多的是太陽、月球在地球天空中相對位置(相對方向)的變化。正因為如此,在分析這幅圖時,我們可以認為地球處于中心地位,而且是“不動”的,而日、月在作東升西落的運動,即按照圖中的視運動方向(順時針方向)運動。

確定運動角速度 由于日、地、月相對位置在不斷發生變化,因此地球上的人在不同日期觀察到的月相是不同的,此圖表示的是在不同日期的同一時刻(日落時刻)的月相。但由于地球自轉的角速度較快,而月球在天空背景上每日向東運動的角度很小,同時一日內地球向東公轉的角度也很小,以日為單位,人眼很難覺察。因此我們在分析月相變化規律時,在一日內可認為日、地、月三者相對位置是不變的,即太陽和月球以相同的角速度繞地球轉動,因運動的相對性而作向西方向的旋轉。

在運動中分析月相的變化規律

1.以下弦月為例,來分析其月出、月落時間以及夜晚見月情形

從圖中看到,當日落時,下弦月就在觀察者的下中天,此時月、地、日形成的角可表示為∠GOS,大小為90°。由于在一日內日、地、月相對位置可認為不變,則∠GOS以地心(O)為圓心,保持90°的大小,按視運動方向順時針旋轉。當月出時,太陽在觀察者的下中天(子夜),繼續旋轉,當日出時,月球轉到了觀察者的上中天,隨著天空中的陽光漸強,月球漸漸“消失”。日、月繼續運動,當月落時,太陽已在觀察者的上中天(正午)。通過旋轉能清楚地看出下弦月的月出、月落時間,以及下弦月在夜空中被觀察到的時間,方位。又如滿月,日、地、月三者在一直線上,可看成∠EOS為180°,以O為中心,按視運動方向順時針旋轉。當這邊日落,那邊恰好月出,繼續運動到第二天清晨日出時,月球正好在那邊下山,出現了此起彼落的景象。通過旋轉、觀察,我們發現農歷十五的整個夜晚,太陽在地平面以下,月球在地平面以上,因此滿月通曉可見,而且同學們對此有很深的生活體驗。用同樣的方法可解釋新月、上弦月以及其它月相的月出、月落時間及在夜空中出現的情形。

2.由初一到十五,月落的時間愈來愈晚,月相的亮面凸向西面;由十五到三十月出的時間愈來愈晚,月相的亮面凸向東面

從圖上可看出,上半月日落時刻,由初一到十五,月、地、日三者形成的角度愈來愈大,新月時是0°(∠AOY),上弦月時是90°(∠COY),滿月時是180°(∠EOY),因此由新月到上弦月再到滿月,待到它們下山時,月球轉過的角度愈來愈大,月落的時間也就愈來愈晚,在地平面以上可看到的時間也就愈來愈長。在旋轉過程中,我們可觀察到新月徹夜不見,上弦月可見半夜(上半夜),滿月通曉可見。而且陽光是從西面射過來的,因此月相的亮面總是凸向西面。

再觀察圖上的下半月月相,從十五到三十,只有當月球在地平面東邊升起時,我們才能觀察到。從圖上可以看出,以日落時刻為準,從十五到三十不同日期的月球離月出的地平面角度愈來愈大,滿月時是0°(∠EOX),下弦月時是90°(∠GOX),新月時是180°(∠AOX),因此由滿月到下弦月再到新月,待到它們月出時,月球要轉過的角度愈來愈大,因此月出的時間也就愈來愈晚。在黎明日出時,天空中還留下它們淡淡的月影,以后日光漸強,月球就“消失”在天空中。在旋轉觀察過程中,我們還發現下半月由十五到三十,人們看到月球的時間也愈來愈短,如滿月通宵可見,下弦月可見半夜(后半夜),新月徹夜不見。由于下半月陽光是從東面射向月球的,因此我們看到的月相的亮面總是凸向東面。

在學習“月相及其變化”這部分內容時,通過教師惟妙惟肖的語言、動作進行講解和演示,學生們將會很容易理解這個圖,如果運用現代教育技術手段來演示,將更能淋漓盡致反應月相的變化規律,從而化解學習的難點,并能分析生活中遇到的有關月相方面的問題。各位同行不妨一試。