八年级物理上 人教版 日食月食和月相现象浅析.doc

日食月食和月相现象浅析自然界出现的日食、月蚀，月相的成因问题，是学生极为感兴趣的，而高中物理只在几何光学的练习题中略为提及，不能满足教学需求，因而本文作较为详细的介绍。众所周知，太阳是一个自行发光的高温天体，而地球和月球则不能发光，只能反射太阳光。在太阳光下，它们背日方向，始终带有一个“影子”。由于太阳、地球和月球为体积不同的准球形天体，阳光沿直线传播，故地球和月球的影子呈圆锥形，称为影锥。如图1所示。图中锥形阴影A是阳光完全照射不到的区域，称为“本影”。与A同轴而反向的圆锥B，称为“伪本影”，在此区域里，只能得到太阳边缘部分的光辉，而得不到中心部分的光辉。A和B的四周C区域，称为“半影”，此区域只能得到太阳某一部分光辉。实际上，伪本影也是一种特殊的“半影”。从图中地球或月球的中心到本影锥尖端的长度称为本影长度。本影长度，决定于射影天体（月、地球）的半径和天体到太阳的距离：天体半径愈大，它的本影就愈长；天体距太阳愈远，本影就越长。月球带着自己的影子，围绕着也带有影子的地球转动。在转动过程中，月球的影子（包括本影、伪本影和半影）在一定条件下会掠过地球朝日的半球面；月球有时也会运动到比地球的本影和半影里。前者叫日食，后者叫月食。一、日食 月球的直径远小于地球的直径，因此月球的本影在任何时候都不会笼罩整个地球，而只能笼罩地球表面的很小一块，如图2中S部分。生活在这块地面上的人，这时完全看不到太阳，故这里发生的日全食，如图2所示，如果月球的本影长度小于月地间的距离，以致同地面相接触的不是“本影”而是月球的“伪本影”，被伪本影笼罩的地区的人只看到太阳的边缘部分，而看不到太阳的中心区域。如：位于图3中B点的人只看到太阳中虚线圆圈以外的边缘部分，故这里发生的是日环食。在日全食和日环食地区的四周总有一个被月球半径笼罩的环形地带，这里的人只能看到太阳的某一部分：如位于图2中C点的人只能看到太阳上虚线的部分。故这里发生的是日偏食。显然在同一时间内，日偏食与日全食（或日环食）可发生在地球的不同地区；而在同一地区，在发生日全食的前后总有日偏食阶段。由于月球的公转和地球的自转，日食地区食在地面上移动而形成日食带。在移动过程中，月球本影的尖端，相对于地面距离在不断变化着。这种变化，会导致开始阶段和终了阶段是日环食，而中间阶段是日全食的日食现象，这种日食叫日环食。有时月球影锥偏向北方或南方，地面上食带全部是偏食带，如图4所示，处于偏食带区域的人，始终只看到日偏食，地球上就没有发生日全食和日环食的地方了。二、月食 如前所述，月球通过地球的本影和半影时就会形成月食。它分为本影食和半影食。本影食有分为月全食和月偏食。月食没有月环食。应当明确，日食和月食都是地球上的人观察到的天文光学现象。日食是人观察被月球遮掩的太阳时所看见的现象；而这里所说的月食则是地球上的人，观察受太阳照射时的月球被地球遮挡的反光情景。因此，月食与日食不同，它的观察不决定于观察地点的不同，而决定于月球是否全部进入地球的本影。月球比地球小得多，地球本影线度比月球线度大得多。档整个月球进入地球本影之内时，完全失去了阳光的照射，没有光从月球表面反射到地球上来，地球上的人当然就看不到月球了，仿佛月球被全部“吃”了一样，这就是月全食。如图5所示。如月球只是部分位于地球本影之内，使之局部失去光_明，地球上人只看到月球部分发光这就是月偏食。跟日食相似，在发生月全食前和后都有一个月偏食阶段。如果月球中心距地球本影轴线太远，就只能发生月偏食了。由于地球的本影长度远大于地、月之间的距离，落在月表面上的圆形本影区域会比月表面小，也就是说，月球不可能运动到地球本影锥的尖端附近，故不可能形成月环食。月球进入地球半影的现象就半影食。半影食的亮度比正常月球发光稍暗，故不属月食。从以上的日食和月食现象分析对比可知：(1)在地球上发生月食的时候，月球上发生的是日食；在地球上发生日食的时候，月球上看到的是填空中的地球上出现一个灰黑的圆影。(2)日全食和月全食的全部过程很相同：分为偏食、场X偏食三个阶段和出亏、食既、生光和复圆四个食相。(3)日食和月食的发生都有一定的条件：地球、月球和太阳基本在一条直线上。三、月相 日食和月食都是由于太阳光被射影天体（地球、月球）遮掩后形成的影子（包括：本影、半影和伪本影）所引起的。而每月的月亮的圆缺与地球的“影子”无关。月球本身不发光，只能反射太阳光。处于阳光中的月球总是半球光明，半球黑暗。但在地球上的人看来。光明和黑暗的两部分并不总是均等的，而是在交替变化着，这种现象叫做月相。月相的变化决定于两个因素：一是太阳光照射月球的力向；二是地球上人观察月球的方向。若在月球的背日方向观察月球，月球似乎全部是黑暗的，这时的月相，在天文上称为新月，此时月球与太阳位于地球的同侧；反之，若在月球的向日方向观察月球，月球几乎全部是光明的，这时的月相，叫做满月，此时月球和太阳位于地球的相反两侧。如图6所示。月球绕地球公转：对月相的影响是随着月球绕地球自西向东运动，便逐渐由新月变成满月；自东向西又逐渐由满月变成新月。在上、下半周内月球各出现一次明暗个半的情况，分别叫上弦月和下弦月。新月和满月，上弦月和下弦月都是周期性地出现。从这一次新月（或满月）到下一次新月（或满月）所经历的时间叫做月相变化周期约29.5306日。图6反映了一个月相变化过程。图中内圆圈上反映的是一个月内不同时期的月亮背太阳照射的实际状况；而外圆圈上反映的是一个月内不同日期的月亮在人眼中观察到的情景，即月相状况。由于地球自转的角速度比月球公转的角速度大得多，各时期的月亮状况即月相，地球上的人能观看长时间，即月相变化在人眼中的变化速度是缓慢的。显然