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4.3 日地月的相对运动
本节导航·目标清单 教材精研·内容全解 避坑指南·易错辨析实战演练·随堂检测 巩固拓展·课后提升
01 本节导航·目标清单
目标导航
1. 知道光的直线传播，了解相关现象（如小孔成像等）。（科学观念）
2. 了解月球的运动特点。（科学观念）
3. 学会运用三球仪模拟地球、月球和太阳的相对运动，知道日食和月食产生的原因、过程和类型，了解日食和月食都是可以预报的。（科学观念、科学思维、探究实践）
4. 了解日食和月食是很普通的天文现象，知道日食和月食的差异。（科学思维）
方法指导
知识推进链：光的直线传播（光线、光速）→ 小孔成像与针孔照相机 → 月球的运动（自转与公转周期相同）→ 日食（概念、类型、成因、过程、发生时间）→ 月食（概念、类型、成因、过程、发生时间）→ 日食与月食的比较。
02 教材精研·内容全解
课前引入
2020年6月21日，我国多地观察到了日食景象。此次我国的局部地区能够观测到日环食，但持续时间短，其他地区能够观测到的都是日偏食。什么是日食？日环食和日偏食又是怎么回事？它们是怎样形成的？
考点01 光的直线传播
1. 光沿直线传播
光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。为了形象地表示光的传播情况，我们常用一条带箭头的直线表示光的传播路线和方向，这样的线叫作光线。
光能在空气、液体、固体等透明物体中传播，也能在真空中传播。光在不同介质中传播的快慢是不同的。
小孔成像 林间的阳光 城市光束 电动车的灯光
2. 光速
光在真空中的传播速度最大，为 ；在空气中的传播速度接近于真空中的传播速度，在水中的传播速度约为真空中的 ，在玻璃中的传播速度比在水中的传播速度更小。
3. 探究光的传播路径（探索活动）
在有机玻璃容器中加水与荧光液，充入艾条烟尘，将一束激光依次射到空气、水、有机玻璃板中，观察传播路径；再将浓糖水注射到荧光液下方，逐渐向下移动激光束，观察光的传播路径变化。实验表明：光在同一均匀介质中沿直线传播。
光的传播路径 光线
4. 制作“针孔照相机”（探究实践）
器材：不透明纸盒，卡纸，半透明纸，剪刀等。在纸盒 A 端开一小孔作为镜头，B 端蒙半透明纸作为光屏。依次插入大孔、中孔、小孔的镜头，将镜头对着窗外很亮的景物，记录像的特征；保持镜头位置不动，缩短光屏到小孔的距离，景物范围与大小会发生变化。问题讨论：针孔照相机“拍摄”出的像是倒立的（小孔成像）；使光屏更明亮可增大孔径或增大孔到屏的距离。
针孔照相机
5. “针孔照相机”使用记录（表4.3-1）
依次插入大孔、中孔、小孔镜头，观察半透明纸上像的“倒或正”“亮或暗”“清晰度”。
像的特征 / 镜头孔径 大孔 中孔 小孔
倒或正 倒 倒 倒
亮或暗 亮 较暗 暗
清晰度 模糊 较清晰 清晰
考点02 月球的运动
1. 月球不发光，反射太阳光
月球自身并不发光，它能反射太阳光。月球的一面被太阳光照亮，另一面是黑暗的。我们在地球上看到的月球有圆缺变化，这与月球的公转有关。
2. 月球的自转与公转
正如地球绕地轴自转的同时绕太阳公转，月球也绕自身的轴自转并绕地球公转。由于月球的自转和公转周期相同，因此月球总是以同一面（月球正面）朝向地球。如果月球不发生自转，我们就可以在同一个月内看到月球的正面和背面。如今通过月球探测器可拍到月球表面清晰的照片。
月球的自转和公转示意图 月球的正面和背面
考点03 日食
1. 日食的概念与类型
地球上某些地区有时会看到太阳表面全部或部分被遮掩的现象，称为日食。日食有日全食、日偏食和日环食三种类型：当月球遮住太阳的一部分时，出现日偏食；月球只遮住太阳的中心部分、太阳周围露出一圈日面时，出现日环食；太阳完全被遮住时，出现日全食。
日食的类型
2. 日食的成因与模拟
地球带着月球绕太阳运动，当月球运行到地球和太阳之间，并且三者接近排成一条直线时，由于光沿直线传播，月球挡住了太阳光形成月影，从地球上月影所在区域看太阳，太阳全部或部分被月球遮挡，就产生了日食现象。
观察两球遮掩现象 模拟日食的实验 日全食过程图 日食的发生
3. 日食的过程与发生时间
由于月球自西向东绕地球公转，日食过程总是从日面的西缘开始、东缘结束；发生日全食和日环食前后，必有日偏食发生。日食发生的时间为农历初一（朔，新月），此时月球处于地球和太阳之间且三者几乎成一直线。
考点04 月食
1. 月食的概念与类型
有时候我们会看到月面部分或全部变暗的现象，时间可长达一个多小时，这就是月食。由于地球大气对太阳光的折射，发生月食部分的月球并非全黑，而是呈暗弱的古铜色。月食有月全食和月偏食两种类型：月球全部进入地球本影中而变暗为月全食；月球有一部分进入地球本影区而变暗为月偏食。
月食过程 模拟月食现象 月食形成示意图
2. 月食的成因、过程与发生时间
地球绕着太阳运动，在背对着太阳的方向会产生地球的影子。当月球进入地球影子的不同位置时，地球上的观测者将看到月全食或月偏食。由于月球自西向东绕地球公转，月球的东缘先进入地球的影子，即月食是月面先亏损于东缘、后复圆于西缘（与日食相反）。月食发生在农历十五、十六（满月）。月食轮廓是弯曲的圆弧，这也可以证明地球是圆的。月食只有在满月时发生，且不是每个月都发生（因月球公转轨道与黄道有倾角）。
日食与月食的比较
两者都是由于光沿直线传播、天体相互遮掩而形成的天文现象，但三者位置关系、发生时间和月相不同。
比较项目 日食 月食
天体位置 日—月—地（月球居中） 日—地—月（地球居中）
发生时间（月相） 农历初一（新月，即朔） 农历十五、十六（满月，即望）
种类 日全食、日环食、日偏食 月全食、月偏食
亏损方向 日面西缘开始、东缘结束 月面东缘开始、西缘结束
持续时间 较短（一般只有几分钟） 较长（可达一个多小时）
03 避坑指南·易错辨析
易错警示 1. 光沿直线传播的条件是“同一种均匀介质”，介质不均匀（如密度不同的空气层）光线会发生弯曲，不能说“光总是沿直线传播”。 2. 光能在真空中传播，真空光速最大（3×10 m/s）；水中光速约为真空的四分之三，玻璃中更小。不能说“光只能在透明介质中传播”。 3. 小孔成像成的是倒立的实像，像的形状由物体决定，与孔的形状无关；孔越大像越亮但越模糊，孔越小像越暗但越清晰。 4. 月球“总以同一面朝向地球”是因为它的自转周期与公转周期相同，并非月球不自转。若月球不自转，一个月内就能看到它的正、背面。 5. 日食发生在农历初一（新月），月食发生在农历十五、十六（满月）；不能说“日食和月食都发生在初一”。 6. 日食：日—月—地（月球在太阳和地球之间）；月食：日—地—月（地球在太阳和月球之间）。位置关系正好相反。 7. 日食亏损从日面西缘开始（月球自西向东公转），月食亏损从月面东缘开始，两者相反；月食轮廓呈圆弧可证明地球是球体。
04 实战演练·随堂检测
【实战演练】
典例1. （2024·宁波期中）太阳光可以在真空中传播，速度是 ________ ；光也可以在空气、水、玻璃等介质中传播，但是速度都比在真空中 ____（填“快”或“慢”）。太阳发出的光大约要经过 ______ 到达地球，则日地距离约为 ______ 。
答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
典例2. 关于月球总是只有一面朝向地球的原因，以下说法正确的是（ ）
A.月球自转和公转的周期相同
B.月球公转速度较慢
C.月球自转速度较快
D.月球质量分布不均匀
典例3. （温州期末）一位美术工作者在我国某地发生日全食时，即时绘成了几幅图画（如图）。据日全食过程判断，正确的先后顺序应该是（ ）
A.①②③④
B.④①②③
C.③②①④
D.②③④①
典例4. 下列三星球间的位置关系中，有可能发生月食的是（ ）
A.（如图一）
B.（如图二）
C.（如图三）
D.（如图四）
典例5. （台州期末）2021年5月26日，重磅天象“超级月亮”“血月”“月全食”组团亮相。下列说法正确的是（ ）
A.当天是我国的农历初一
B.当晚月球运行在日、地之间
C.月食并不是每个月都发生
D.月食初亏于月面西缘
05 巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 请利用如右图所示的塑料吸管和激光笔，从正、反两方面分别设计实验方案证明光在空气中是沿直线传播的。
2. 为了探究小孔成像规律，学习小组用下图甲所示装置和图乙所示的三种带孔的插片进行实验。（1）当蜡烛和小孔的位置固定，测出不同距离时像的高度，见下表：从表中的数据可看出 h 与 s 是什么关系？（2）由图乙推测，该小组还可探究的问题是什么？
像到小孔的距离 s/cm 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
像的高度 h/cm 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
3. 发生日全食和月全食时，日月地三者的位置关系有什么不同？查找未来即将发生的日食的时间。
参考答案
【实战演练】
典例1： 3×10 m/s；慢；8分20秒（或500秒）；1.5×10 m
解析：太阳光可以在真空中传播，速度是 3×10 m/s；光也可以在空气、水、玻璃等介质中传播，但是速度都比在真空中慢。太阳发出的光大约要经过 8分20秒（或500秒）到达地球，则日地距离约为 1.5×10 m。
典例2： A
解析：月球自转周期和公转周期相同，因此月球总是以同一面（正面）朝向地球，故选 A。
典例3： C
解析：日全食是日、地、月三者接近排成一条直线时，太阳被月球完全遮挡而形成的。因为月球自西向东转动，所以太阳被月球遮挡是从日面的西缘开始、东缘结束，正确的先后顺序为 ③②①④，故选 C。
典例4： A
解析：发生月食时地球应位于太阳和月球之间（日—地—月）。B、C、D 项中的地球都不在月球和太阳之间，不可能发生月食；A 项的月相是满月，可能发生月食，故选 A。
典例5： C
解析：月食一定发生在农历十五、十六（满月），但并不是每个月都会发生；月全食时地球处于日、月之间；月食初亏于月面东缘、复圆于西缘。A 应为农历十五、十六，B 描述的情形是日食，D 方向写反，故选 C。
【巩固拓展】
第1题：
正：让激光笔发出的光从笔直的吸管一端射入，从另一端能看到光斑，说明光在吸管（空气）中沿直线传播；反：将吸管弯折后，从一端射入的光不能从另一端射出（看不到光斑），说明光不能沿弯折的路径传播，即光在空气中沿直线传播。
第2题：
（1）由表可知 h 随 s 增大而增大，且 h 与 s 成正比（h = 0.5 s）。（2）由图乙三种带孔的插片可探究：像的大小（或形状）与孔的形状、孔的大小的关系。
第3题：
日全食：日—月—地（月球位于太阳和地球之间）；月全食：日—地—月（地球位于太阳和月球之间）。未来日食时间可查阅天文台发布的预报。

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