對“迎著月亮看前方積水是亮是暗”問題的探究

摘 要：探討初中物理習題“月亮照積水是亮是暗”的問題。采用模型法進行科學推理，然后用實物模擬的方法進行科學論證。通過探究，發現人迎著月亮看前方積水，有亮有暗。研究表明，初中物理此類型題目的結論需要嚴謹的理論和實驗支持，以更好地培養學生的科學思維。

關鍵詞：光的反射；月亮照積水；明暗問題

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）8-0074-2

“光的反射”是人教版初中物理八年級上冊第四章《光現象》的第２節，它是上一節“光線”模型的應用，也是學習下一節“光的折射”的鋪墊。在本節課教材的“動手動腦學物理”欄目中，出現題目“迎著月光走，地上發亮的是水；背著月光走，地上發暗的是水，請你依據所學光的反射知識進行解釋”［１］，在相應練習冊中也常出現“在較暗的環境中，甲迎著月亮看前方積水，是亮還是暗”這類的情境問題（圖１）。所有的答案都按照教材進行解釋：迎著月亮看前方積水，發生了鏡面反射，所以積水比之于旁邊地面是亮的。而實際生活中的觀察，讓我們對這種解釋產生了懷疑。通過模型法和實物模擬的方法，對這個問題進行了深入探究。

１ 模型法科學推理

按常識，對模型設定：人眼距離地面１．５ ｍ；積水寬度為１ ｍ；人距離積水０．５ m；月光為平行光。

情況一 人不動，月亮相對位置發生變化。

作光路圖如圖２所示。由光路圖可以推斷，按照模型設定情況，能觀察到月光發亮的范圍在４５°到７１．６°之間，即當月亮光在Ｂ區域，積水才會發亮；當月亮光在Ａ、Ｃ區域時，積水發暗。

情況二 月亮不動（取光與地面夾角為４５°），人向著積水方向移動。

作光路圖如圖３所示。由光路圖可以推斷，按照設定情況，當人行走在Ｂ區域時才能看到積水發亮；當人行走在Ａ、Ｃ區域時，則看到積水發暗。基于光路圖可以推斷，當月光與地面夾角發生變化，不為４５°時，Ａ、Ｃ區域仍將存在。

通過光路圖推理，得到結論：迎著月亮看前方積水，積水發亮還是發暗跟月亮與地面夾角和人距離水潭遠近有關，發暗、發亮都有可能。

２ 模擬法科學論證

２．１ 模擬器材選擇和相對位置設定

設定人眼距離地面１．５ ｍ，積水寬度為１ ｍ，人距離積水０．５ m。

選取直徑為８ cm的發光小球為模擬月球進行實驗，實驗中要保證觀察者看月球和模擬月球的視角一樣。如圖４所示，Ｏ點為人所處位置，Ｄ１為月球直徑，Ｌ１為月地距離；Ｄ２為模擬球的直徑，Ｌ２為模擬球距觀察者的距離。為了保證視角一樣，必須讓Ｌ１／Ｄ１＝Ｌ２／Ｄ２。經查詢，月球直徑約為３４７６．２８ km，月地距離在３５．７萬～３９．９萬公里之間變化，在模擬實驗中取月地距離為３８萬公里，Ｌ１／Ｄ１＝１０９，由Ｌ１／Ｄ１＝Ｌ２／Ｄ２算得觀察者距小球的直線距離大約為８ m。

選取手機攝像頭模擬人的眼睛。選在晚上光線較暗時進行實驗（圖５）。

２．２ 模擬實驗進行科學論證

情況一論證 人不動，月亮相對位置發生變化（模型如圖２）。

觀察者（手機）距小球的直線距離為８ m，小球與地面夾角為４５°時，小球距地面高度約為６ m；當小球與地面夾角為７１．６°時，小球距地面高度約為６ m。實驗記錄如表１所示。

情況二論證 月亮不動（取光與地面夾角為４５°），人向著積水方向移動（模型如圖３）。實驗記錄如表２所示。

３ 結 論

得到一個結論需要無數個例子，而駁倒一個結論只需要一個反例。上述的具體分析和實驗，通過設定一個符合常識的模型數據，計算確定模擬球的位置，對“迎著月光走，地上發亮的是水”這種說法提出了實際反例，論證了教科書和很多習題中有關此問題的答案都是不嚴謹的。多年來，老師們常常讓“正確答案”先入為主，并用鏡面反射來解釋此“正確答案”，對答案是否嚴謹并未進行質疑。作為物理老師，要能發現問題，要求真求證，不唯答案論，讓我們的教學更加嚴謹，達到學科育人求真的目的。

參考文獻：

［１］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心．物理八年級上冊［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１２：７３-７６.

（欄目編輯 蔣小平）