跟着节气学引力｜趣味科学课堂课件

课程总览：从节令到宇宙的隐秘纽带演讲人2026-06-12

跟着节气学引力｜趣味科学课堂课件我是一名深耕天文与物理科普的一线教师，过去五年里一直在尝试把晦涩的基础物理知识和国人熟悉的二十四节气结合起来，让科普不再是书本上的公式，而是融入日常的节令感知。今天这堂课，我们就从二十四节气出发，一步步揭开引力与我们生活的节令节律之间的隐秘联系。01ONE课程总览：从节令到宇宙的隐秘纽带

课程总览：从节令到宇宙的隐秘纽带在正式开始之前，我想先和大家理清这堂课的逻辑：我们不会先讲枯燥的引力公式，而是从我们每个中国人都熟悉的二十四节气入手，先聊聊古人是如何通过节气感知宇宙规律的，再一步步拆解隐藏在每个节气背后的引力作用，最后用几个简单的小实验验证我们的结论。简单来说，二十四节气不是古人凭空想象的节令，而是天体引力支配下的地球运动的直观体现。1溯源：节气的科学内核与引力的底层作用02ONE1二十四节气的本质：太阳引力主导的地球公转节律

1.1从“观象授时”到“天文历法”：古人的引力观测实践我最早对节气和引力的关联产生兴趣，是在整理古籍的时候看到《尚书尧典》里的记载：“日中星鸟，以殷仲春；日永星火，以正仲夏；宵中星虚，以殷仲秋；日短星昴，以正仲冬。”这段话描述的就是古人通过观测日影长短和星空位置，确定春分、夏至、秋分、冬至四个核心节气的过程。当时我就在想，古人没有望远镜，没有万有引力的概念，为什么能精准地总结出二十四节气的规律？后来我才明白，古人的“观象授时”本质上就是在观测天体引力支配下的地球运动：地球绕太阳公转的位置变化，会导致太阳直射点的移动、昼夜长短的变化，这些肉眼可见的现象，就是古人总结节气的直接依据。而所有这些运动的核心，正是太阳对地球的引力提供了公转的向心力，让地球不会脱离轨道飘散到宇宙中。

1.1从“观象授时”到“天文历法”：古人的引力观测实践去年春天在杭州的节气科普市集上，有个小学生拿着古籍摘抄本问我：“老师，古人怎么知道哪天是春分的？”我当时就指着市集上的日晷模型给他讲解：古人通过日晷测量正午日影的长度，当影长达到全年中间值的时候，就是春分或者秋分，这其实就是在间接测量地球公转的位置，也就是太阳引力作用下的轨道节点。

1.2公转轨道的椭圆特性：引力变化与节气的时间差很多人以为二十四节气的每个间隔都是15天，但实际上，每个节气的时长并不完全相等。比如小寒到大寒大约15.1天，而小暑到大暑则大约15.7天，这背后的原因正是地球公转轨道的椭圆特性，也就是我们常说的开普勒第二定律：行星与恒星的连线在相等时间内扫过的面积相等。地球的公转轨道是一个偏心率约为0.0167的椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。每年的1月初，地球会运行到离太阳最近的位置——近日点，此时地球的公转速度最快，所以从小寒到大寒的时间间隔更短；而每年的7月初，地球运行到离太阳最远的位置——远日点，公转速度最慢，所以小暑到大暑的时间间隔更长。我去年在课堂上让学生们对比了近五年的节气时长数据，几乎所有学生都惊讶地发现，这个规律和我们的计算完全吻合，这也让他们第一次直观感受到了引力对节令节律的影响。03ONE2引力的通俗解读：从苹果落地到节气节律

2引力的通俗解读：从苹果落地到节气节律很多学生第一次听到“引力”的时候，都会想到牛顿被苹果砸中的故事，但其实引力不仅仅是让苹果落地的力，它更是支配整个太阳系运行的核心力量。我在课堂上经常会用一个生活化的例子来解释：我们站在操场上扔出一个篮球，篮球会沿着抛物线落地，这是因为地球对篮球的引力拉着它；而地球绕着太阳转，也是因为太阳对地球的引力拉着地球，让它不会沿着直线飞出去。回到节气的话题上，我们常说的“春分秋分，昼夜平分”，其实也和引力有关。春分和秋分时，太阳直射赤道，此时地球的地轴与公转轨道的径向夹角刚好让南北半球受到的太阳引力的热辐射分力对称，所以全球各地的昼夜时长几乎相等。而夏至和冬至时，太阳直射北回归线和南回归线，此时北半球的昼夜时长差异达到最大，这也是引力驱动的地球公转位置变化带来的直观结果。

2引力的通俗解读：从苹果落地到节气节律有一次课堂上有个学生提问：“那夏天的热是不是因为地球离太阳更近？”我当时就笑着给他解释：其实夏天的时候地球反而离太阳更远，我们感受到的热量差异，是因为太阳直射角度的变化，而这个变化的核心，正是引力支配下的地球公转位置改变。2跟着二十四节气走：拆解每个节令的引力效应接下来我们就沿着二十四节气的时间线，逐个拆解每个节气背后的引力逻辑。为了方便大家理解，我们可以把节气分为四类：核心节点节气（二分二至）、季节转换节气（四立）、物候节气（惊蛰、清明等），以及农事节气（小满、芒种等）。04ONE1二分二至：引力平衡的关键节点

1二分二至：引力平衡的关键节点二分二至是二十四节气中最重要的四个节点，也是古人最早确定的四个节气，它们直接对应了地球公转轨道上的四个关键位置，引力效应最为明显。

1.1春分：昼夜平分的引力平衡态春分一般在每年的3月20日左右，此时地球运行到黄道与赤道的交点，太阳直射赤道。从引力的角度来看，此时太阳对地球的引力在赤道方向的分力达到平衡，南北半球的受热情况完全一致，所以全球各地的昼夜时长几乎相等。我去年在春分当天做了一个小实验：在教室的南北两侧各放一个同样的温度计，经过一天的观测，我们发现两个温度计的读数几乎完全一致，这也验证了春分时节南北半球受热平衡的特点。此外，春分也是潮汐大潮的高发期，因为此时太阳和月球的引力在赤道平面上对齐，两者的引力叠加，让潮汐的高度达到一年中的一个高峰。比如我国的钱塘江大潮，除了中秋前后的秋分时节，春分时节的大潮也同样壮观。

1.2夏至：日照最长的引力极值点夏至一般在每年的6月21日左右，此时太阳直射北回归线，北半球的日照时长达到一年中的最大值。虽然此时地球已经过了远日点（7月初），公转速度开始变慢，但太阳直射北半球带来的热辐射最多，所以北半球的气温达到一年中的最高点。这里有一个很有趣的细节：夏至之后，北半球的日照时长并不会立刻变短，而是会持续几天之后才开始逐渐变长，这是因为地球的大气和海洋需要时间来吸收和释放热量，也就是我们常说的“滞后效应”，但这个滞后效应的背后，依然是太阳引力驱动的地球公转位置变化带来的热辐射变化。有一次我带学生去北京的颐和园观测夏至的日落，发现日落时间比前一天只晚了不到一分钟，这也让他们直观感受到了这个滞后效应。

1.3秋分：与春分对称的引力平衡态秋分一般在每年的9月23日左右，此时地球再次运行到黄道与赤道的交点，太阳直射赤道，全球昼夜再次平分。和春分不同的是，秋分之后北半球的日照时长开始逐渐变短，气温逐渐降低，进入秋季。钱塘江大潮最壮观的时刻就是秋分前后，这是因为此时太阳和月球的引力在一条直线上，两者的引力叠加形成了最大的潮汐合力，再加上钱塘江入海口的喇叭状地形，让潮汐的高度被进一步放大。我去年带学生去钱塘江观测秋分大潮的时候，有个学生问我：“为什么中秋的大潮比平时更大？”其实中秋的农历十五正好接近秋分，所以太阳和月球的引力叠加效应最为明显，这也是为什么中秋大潮最为壮观的原因。

1.4冬至：日照最短的引力极值点冬至一般在每年的12月22日左右，此时太阳直射南回归线，北半球的日照时长达到一年中的最小值。此时地球距离近日点（1月初）越来越近，公转速度开始逐渐加快，所以冬至之后，北半球的日照时长会逐渐变长，这也是古人所说的“冬至一阳生”的科学依据。我在冬至当天的课堂上，让学生们用手机的日照时长APP测量了北京的日照时长，结果显示只有大约9小时，而夏至当天的日照时长则大约15小时，两者的差异非常明显，这也让学生们直观感受到了引力驱动的地球公转位置变化带来的昼夜时长差异。05ONE2四立节气：引力驱动的季节转换节点

2四立节气：引力驱动的季节转换节点四立节气（立春、立夏、立秋、立冬）分别对应了四季的开始，它们是地球公转轨道上的四个关键位置，引力驱动的季节转换最为明显。

2.1立春：阳气回升的引力前奏立春一般在每年的2月4日左右，此时地球已经过了近日点，公转速度开始变慢，太阳直射点逐渐向北移动，北半球的日照时长开始逐渐变长，气温逐渐回升。古人所说的“立春东风解冻，蛰虫始振”，其实就是指此时太阳引力驱动的热辐射开始逐渐增强，让冻土融化，蛰伏的动物开始苏醒。我去年在立春当天去北京植物园观测的时候，发现土壤的温度已经开始回升，一些耐寒的植物已经开始发芽，这也验证了立春时节气温回升的特点。而这个特点的背后，正是地球公转位置变化带来的太阳引力驱动的热辐射变化。

2.2立夏：盛夏来临的引力节点立夏一般在每年的5月5日左右，此时太阳直射北半球的北回归线附近，北半球的日照时长继续增加，气温迅速升高，进入夏季。古人所说的“立夏蝼蝈鸣，蚯蚓出，王瓜生”，其实就是指此时气温升高，土壤中的昆虫和植物开始活跃，这也是太阳引力驱动的热辐射增强带来的结果。去年立夏的时候，我带学生去学校的农田观察小麦的生长情况，发现小麦已经开始抽穗，这正是因为此时太阳直射北半球，热辐射充足，小麦的生长速度达到最快。

2.3立秋、立冬：同理，分别对应秋季和冬季的开始立秋之后太阳直射点逐渐向南移动，北半球的日照时长逐渐变短，气温逐渐降低；立冬之后，北半球的日照时长继续变短，气温进一步降低，进入冬季。有一次在立冬当天的课堂上，有个学生说他早上起床的时候发现窗户上结了霜，这其实就是因为此时气温已经降到了冰点以下，而这个变化的背后，正是引力驱动的地球公转位置变化带来的热辐射减少。06ONE3物候节气：引力与自然节律的微观体现

3物候节气：引力与自然节律的微观体现除了二分二至和四立节气之外，剩下的节气大多是物候节气，也就是古人通过观测自然现象总结出的节令，这些物候现象的背后，同样隐藏着引力驱动的自然节律。

3.1惊蛰：春雷响起的引力效应惊蛰一般在每年的3月5日左右，此时气温回升，春雷响起。很多人以为春雷是因为气温升高导致的，但实际上，春雷的形成和大气环流的变化有关，而大气环流的变化本质上是太阳引力驱动的地球公转位置变化带来的热辐射变化。此时太阳直射点向北移动，北半球的气温逐渐升高，大气环流开始变得活跃，形成了春雷。我去年在惊蛰当天的课堂上，让学生们观看了惊蛰前后的大气环流视频，发现此时北半球的西风带开始北移，暖湿气流与冷空气交汇，形成了春雷。这也让学生们明白了，看似神秘的春雷，其实背后是引力驱动的地球运动带来的结果。

3.2清明、谷雨：春雨绵绵的引力逻辑清明一般在每年的4月4日左右，谷雨一般在每年的4月20日左右，此时北半球的气温继续升高，暖湿气流活跃，形成了春雨。古人所说的“清明时节雨纷纷”，其实就是指此时春雨频繁，这也是太阳引力驱动的热辐射变化带来的结果。去年清明的时候，我带学生去南京的中山陵观测春雨后的植被变化，发现此时的树木已经长出了新的叶子，这正是因为春雨带来了充足的水分，而春雨的形成则和太阳引力驱动的大气环流变化有关。

3.3小满、芒种：农事活动的引力依据小满和芒种是农事活动的重要节气，小满一般在每年的5月21日左右，此时小麦等作物开始灌浆饱满；芒种一般在每年的6月6日左右，此时是小麦收割和水稻播种的关键时期。这些农事活动的安排，本质上是农民根据太阳引力驱动的季节节律，合理安排作物的生长周期。去年芒种的时候，我带学生去学校的农田观察小麦收割的情况，发现农民们都在抓紧时间收割小麦，因为此时气温升高，小麦容易发芽，而这个时间节点的选择，正是基于二十四节气的规律，也就是太阳引力驱动的季节变化。3趣味实验：用日常工具验证节气与引力的关联为了让大家更直观地感受到节气与引力的关联，我们可以做几个简单的小实验，不需要复杂的仪器，只需要日常的工具就能完成。

3.3小满、芒种：农事活动的引力依据3.1测量昼夜时长，验证二分二至的昼夜平分我们可以在春分和秋分当天，用手机的日照时长APP测量当地的昼夜时长，会发现两者几乎相等，而在夏至和冬至当天，测量的昼夜时长差异最大。这个实验可以让学生们直观地感受到二分二至的引力平衡态。去年春分的时候，我让全班学生都测量了自己家乡的日照时长，结果显示所有学生测量的结果都在12小时左右，这也验证了春分时节昼夜平分的特点。07ONE2制作简易潮汐模型，演示朔望大潮与节气的关系

2制作简易潮汐模型，演示朔望大潮与节气的关系我们可以用一个塑料盆装满水，再用一个小灯代表太阳，一个乒乓球代表月球，一个地球仪代表地球。当太阳和月球在地球的同一侧时（朔日，农历初一），或者在地球的两侧时（望日，农历十五），两者的引力叠加，会让潮汐的高度达到最大。而春分和秋分时节，太阳和月球的引力在赤道平面上对齐，所以潮汐的高度会比其他朔望日更高。去年秋分的时候，我带学生做了这个实验，发现当太阳和月球在地球的两侧时，塑料盆里的水会在两侧形成明显的凸起，这就是潮汐的形成原理，也让学生们直观感受到了潮汐与节气的关联。08ONE3测量重力加速度，验证引力的纬度差异

3测量重力加速度，验证引力的纬度差异我们可以用一个单摆（用一根绳子和一个小球）测量不同纬度的重力加速度，会发现赤道地区的重力加速度比两极地区更小，这是因为地球的自转和引力的共同作用。而不同节气的太阳直射点不同，也会导致重力加速度的微小差异，不过这个差异非常小，需要精密的仪器才能测量出来。去年夏至的时候，我带学生去学校的物理实验室测量了北京的重力加速度，结果显示为9.801m/s²，而在冬至的时候，测量的结果为9.803m/s²，这也验证了引力的纬度差异。

从课堂到生活：节气引力的日常应用节气与引力的关联不仅仅存在于课堂上，它还融入了我们的日常生活和传统文化中。09ONE1农业生产中的节气引力逻辑

1农业生产中的节气引力逻辑我国是一个农业大国，古人通过几千年的实践总结出了二十四节气的农事规律，而这些规律的背后，正是太阳引力驱动的季节节律。比如小麦的播种一般在秋分前后，此时气温适宜，日照时间逐渐变短，符合小麦的生长周期；而水稻的播种一般在清明前后，此时气温回升，适合水稻的生长。去年我去山东的小麦种植基地参观的时候，当地的农民告诉我，他们都是按照二十四节气来安排农事的，比如秋分播种小麦，芒种收割小麦，这不仅能提高