论文部分内容阅读
摘 要： 《简谐运动的描述》里的阅读材料中关于“月相”的描述过于简便，造成学生对材料中提出的两个问题无从下手。文章对此进行探讨。
关键词： 简谐运动 相位 月相
人教版高中物理《选修3-4》第十一章《机械振动》第二节《简谐运动的描述》中为了让学生更好地理解相位的概念，在科学漫步中描述了“月相”。
其内容如下：
月相
描述自然界的许多周期性变化都会用到相位的概念。例如，从地球上看，月亮从圆到缺，又从缺到圆，这是一种周期性的变化（图1），周期为29.5天。月亮的这种圆缺变化叫做月相变化。为了便于记忆，人们还给几个特殊的月相起了特殊的名称：
望——满月
下弦——恰好看见半个月面是亮的
朔——这时实际上看不到月亮
上弦——恰好另半个月面是亮的
在望和下弦之间的“月牙”称为残月，在朔和上弦之间的“月牙”称为新月。
你是否注意观察过，上弦时月面的弧线是在月面的东侧还是在西侧？上弦月出现在黄昏还是出现在黎明？
笔者认为这段材料确实能起到让学生用具体的月相表示月亮处于不同的状态理解不同的相位所对应的振动状态也不同的作用。但是材料最后提出的两个问题却让学生无从下手，原因是材料中对“下弦”和“上弦”这两个概念解释得过于简单。
要解答上面的问题，首先需要确切知道什么叫“上弦”和“下弦”。要了解上弦月是出现在黄昏还是黎明，我们还要了解月相的成因。
月亮和地球一样，本身都不是光源，自己并不能发光，而是靠反射太阳光发光的。向着太阳的半球，即太阳光照射到的半球是亮的；而背着太阳的半球，即太阳光照射不到的半球则是暗的。由于月亮绕着地球自西向东旋转，而地球又绕着太阳也在自西向东旋转（如图2），使得太阳、地球和月亮三者之间发生相对运动，造成三者的相对位置在不断地发生变化，以致月亮被太阳所照射到的明亮半球有时是正对着地球，有时是侧对着地球，有时则是背对着地球。这样，人从地球上去看月亮，就会看到月亮会发生“盈亏圆缺”这样有规律的变化，即月相在周期性的发生变化。
在每个月的农历初一，太阳、地球和月亮成一条直线且此时月亮位于太阳和地球之间（如图3所示3点钟位置），所以月亮朝向地球的一面是背着阳光的，并且与太阳同升同落，这样就造成我们看不到月亮，这就是新月，俗称“朔”。
之后月亮开始逐渐移出地球与太阳之间的区域，这时月亮面向地球的一面有一小部分开始能被太阳照亮（如图3所示2点钟位置），形状如同弯弯的娥眉，所以人们把这时的月相叫“娥眉月”，也叫“残月”。由于地球是自西向东自转的原因，因此这种“娥眉月”只能在傍晚的西边天空中看到。到了农历初八左右，太阳、地球和月亮三者的位置形成直角（如图3所示12点钟位置），从地球上看过去，月亮朝向地球的一面有一半能被太阳照到，这时我们可以看到月亮朝西侧的半个月面，这时的月相就叫做“上弦”。
上弦过后，月亮、地球和太阳三者的位置形成钝角（如图3所示10点钟位置），即月亮逐渐跑到太阳相对的一边，月亮朝向地球的一面被太阳照到的部分越来越多，所以月亮逐渐“胖”起来，这时的月相叫“凸月”。到了农历十五、十六时，月亮运行到太阳的正对面，即太阳、地球和月亮再次成一条直线，只不过这次是地球位于太阳和月亮之间（如图3所示9点钟位置）。月亮朝向地球的一面全部被太阳照亮，从地球上看去，我们能看到整个月亮，这时的月相叫满月，俗称“望”。同样是由于地球自西向东自转的原因，黄昏时满月由东边升起，黎明时从西边下落。
之后随着月亮继续移动，太阳和月亮位置又开始逐渐靠近，月亮朝向地球的一面被阳光照到的部分也开始越来越少（如图3所示7点钟位置），月亮逐渐“瘦”下去，这时的月相叫“凹月”。在农历二十二、三时，太阳、地球和月亮三者的位置又再次形成直角，月亮朝向地球的一面又能被太阳照到一半，我们就又能看到半边月亮，此时亮的半个月面朝东侧，这时的月相叫“下弦”。
下弦过后，月亮朝向地球的一面被太阳照到的部分越来越少，又出现了前面所提到过的“娥眉月”（如图3所示5点钟位置），但是弯的方向相反。最后当月亮又回到了新月的位置时，月亮朝向地球的一面又照不到太阳了。月相就这样周而复始地变化着。
每个月的上半月的各月相都是在白天升起、晚上落下，因此上半月的月相在黄昏日落后可见。下半月的各月相都是在晚上升起、白天落下，所以下半月的月相日出黎明前才能见到。
通过观察，可以发现，虽然上弦月和下弦月的样子看起来差不多，但是它们出现的时间、位置和亮面的朝向都是不同的。上弦月出现在上半月的傍晚和上半夜的西边天空，它的亮面是朝西的，即西侧半边亮；而下弦月出现在下半月的黎明和下半夜的东边天空，它的亮面是朝东的，即东侧半边亮。可简记为：“上上西，下下东”，即上（弦月）上（半月）上（半夜）西（边天）西（边亮），下（弦月）下（半月）下（半夜）东（边天）东（边亮）。
知道了月相的成因后就不难回答材料中的问题。上弦时月面的弧线是在月面的西侧，且出现在黄昏（如图4），下弦时月面的弧线是在月面的东侧，且出现在黎明（如图5）。
根据图4中月面朝左可知太阳此时处于图中的左方，再结合房屋坐北朝南的风俗，图中左边为东方，所以此时是日出黎明时分，月相为“下弦月”。
当然，有人会提出为何编委不把材料最后面的两个问题删掉，这样学生理解了相位，不会有额外困扰。其实，这段材料在旧人教版上就已经出现了，之所以在新人教版中没有删改，笔者认为编委的意图是想强调各学科间是有联系的，让学生感觉到物理现象中会涉及其他知识，其他领域也会涉及物理知识。
关键词： 简谐运动 相位 月相
人教版高中物理《选修3-4》第十一章《机械振动》第二节《简谐运动的描述》中为了让学生更好地理解相位的概念，在科学漫步中描述了“月相”。
其内容如下：
月相
描述自然界的许多周期性变化都会用到相位的概念。例如，从地球上看，月亮从圆到缺，又从缺到圆，这是一种周期性的变化（图1），周期为29.5天。月亮的这种圆缺变化叫做月相变化。为了便于记忆，人们还给几个特殊的月相起了特殊的名称：
望——满月
下弦——恰好看见半个月面是亮的
朔——这时实际上看不到月亮
上弦——恰好另半个月面是亮的
在望和下弦之间的“月牙”称为残月，在朔和上弦之间的“月牙”称为新月。
你是否注意观察过，上弦时月面的弧线是在月面的东侧还是在西侧？上弦月出现在黄昏还是出现在黎明？
笔者认为这段材料确实能起到让学生用具体的月相表示月亮处于不同的状态理解不同的相位所对应的振动状态也不同的作用。但是材料最后提出的两个问题却让学生无从下手，原因是材料中对“下弦”和“上弦”这两个概念解释得过于简单。
要解答上面的问题，首先需要确切知道什么叫“上弦”和“下弦”。要了解上弦月是出现在黄昏还是黎明，我们还要了解月相的成因。
月亮和地球一样，本身都不是光源，自己并不能发光，而是靠反射太阳光发光的。向着太阳的半球，即太阳光照射到的半球是亮的；而背着太阳的半球，即太阳光照射不到的半球则是暗的。由于月亮绕着地球自西向东旋转，而地球又绕着太阳也在自西向东旋转（如图2），使得太阳、地球和月亮三者之间发生相对运动，造成三者的相对位置在不断地发生变化，以致月亮被太阳所照射到的明亮半球有时是正对着地球，有时是侧对着地球，有时则是背对着地球。这样，人从地球上去看月亮，就会看到月亮会发生“盈亏圆缺”这样有规律的变化，即月相在周期性的发生变化。
在每个月的农历初一，太阳、地球和月亮成一条直线且此时月亮位于太阳和地球之间（如图3所示3点钟位置），所以月亮朝向地球的一面是背着阳光的，并且与太阳同升同落，这样就造成我们看不到月亮，这就是新月，俗称“朔”。
之后月亮开始逐渐移出地球与太阳之间的区域，这时月亮面向地球的一面有一小部分开始能被太阳照亮（如图3所示2点钟位置），形状如同弯弯的娥眉，所以人们把这时的月相叫“娥眉月”，也叫“残月”。由于地球是自西向东自转的原因，因此这种“娥眉月”只能在傍晚的西边天空中看到。到了农历初八左右，太阳、地球和月亮三者的位置形成直角（如图3所示12点钟位置），从地球上看过去，月亮朝向地球的一面有一半能被太阳照到，这时我们可以看到月亮朝西侧的半个月面，这时的月相就叫做“上弦”。
上弦过后，月亮、地球和太阳三者的位置形成钝角（如图3所示10点钟位置），即月亮逐渐跑到太阳相对的一边，月亮朝向地球的一面被太阳照到的部分越来越多，所以月亮逐渐“胖”起来，这时的月相叫“凸月”。到了农历十五、十六时，月亮运行到太阳的正对面，即太阳、地球和月亮再次成一条直线，只不过这次是地球位于太阳和月亮之间（如图3所示9点钟位置）。月亮朝向地球的一面全部被太阳照亮，从地球上看去，我们能看到整个月亮，这时的月相叫满月，俗称“望”。同样是由于地球自西向东自转的原因，黄昏时满月由东边升起，黎明时从西边下落。
之后随着月亮继续移动，太阳和月亮位置又开始逐渐靠近，月亮朝向地球的一面被阳光照到的部分也开始越来越少（如图3所示7点钟位置），月亮逐渐“瘦”下去，这时的月相叫“凹月”。在农历二十二、三时，太阳、地球和月亮三者的位置又再次形成直角，月亮朝向地球的一面又能被太阳照到一半，我们就又能看到半边月亮，此时亮的半个月面朝东侧，这时的月相叫“下弦”。
下弦过后，月亮朝向地球的一面被太阳照到的部分越来越少，又出现了前面所提到过的“娥眉月”（如图3所示5点钟位置），但是弯的方向相反。最后当月亮又回到了新月的位置时，月亮朝向地球的一面又照不到太阳了。月相就这样周而复始地变化着。
每个月的上半月的各月相都是在白天升起、晚上落下，因此上半月的月相在黄昏日落后可见。下半月的各月相都是在晚上升起、白天落下，所以下半月的月相日出黎明前才能见到。
通过观察，可以发现，虽然上弦月和下弦月的样子看起来差不多，但是它们出现的时间、位置和亮面的朝向都是不同的。上弦月出现在上半月的傍晚和上半夜的西边天空，它的亮面是朝西的，即西侧半边亮；而下弦月出现在下半月的黎明和下半夜的东边天空，它的亮面是朝东的，即东侧半边亮。可简记为：“上上西，下下东”，即上（弦月）上（半月）上（半夜）西（边天）西（边亮），下（弦月）下（半月）下（半夜）东（边天）东（边亮）。
知道了月相的成因后就不难回答材料中的问题。上弦时月面的弧线是在月面的西侧，且出现在黄昏（如图4），下弦时月面的弧线是在月面的东侧，且出现在黎明（如图5）。
根据图4中月面朝左可知太阳此时处于图中的左方，再结合房屋坐北朝南的风俗，图中左边为东方，所以此时是日出黎明时分，月相为“下弦月”。
当然，有人会提出为何编委不把材料最后面的两个问题删掉，这样学生理解了相位，不会有额外困扰。其实，这段材料在旧人教版上就已经出现了，之所以在新人教版中没有删改，笔者认为编委的意图是想强调各学科间是有联系的，让学生感觉到物理现象中会涉及其他知识，其他领域也会涉及物理知识。