对“迎着月亮看前方积水是亮是暗”问题的探究

摘   要：探讨初中物理习题“月亮照积水是亮是暗”的问题。采用模型法进行科学推理，然后用实物模拟的方法进行科学论证。通过探究，发现人迎着月亮看前方积水，有亮有暗。研究表明，初中物理此类型题目的结论需要严谨的理论和实验支持，以更好地培养学生的科学思维。

关键词：光的反射；月亮照积水；明暗问题

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2024）8-0074-2

“光的反射”是人教版初中物理八年级上册第四章《光现象》的第２节，它是上一节“光线”模型的应用，也是学习下一节“光的折射”的铺垫。在本节课教材的“动手动脑学物理”栏目中，出现题目“迎着月光走，地上发亮的是水；背着月光走，地上发暗的是水，请你依据所学光的反射知识进行解释”［１］，在相应练习册中也常出现“在较暗的环境中，甲迎着月亮看前方积水，是亮还是暗”这类的情境问题（图１）。所有的答案都按照教材进行解释：迎着月亮看前方积水，发生了镜面反射，所以积水比之于旁边地面是亮的。而实际生活中的观察，让我们对这种解释产生了怀疑。通过模型法和实物模拟的方法，对这个问题进行了深入探究。

１    模型法科学推理

按常识，对模型设定：人眼距离地面１．５ ｍ；积水宽度为１ ｍ；人距离积水０．５ m；月光为平行光。

情况一 人不动，月亮相对位置发生变化。

作光路图如图２所示。由光路图可以推断，按照模型设定情况，能观察到月光发亮的范围在４５°到７１．６°之间，即当月亮光在Ｂ区域，积水才会发亮；当月亮光在Ａ、Ｃ区域时，积水发暗。

情况二 月亮不动（取光与地面夹角为４５°），人向着积水方向移动。

作光路图如图３所示。由光路图可以推断，按照设定情况，当人行走在Ｂ区域时才能看到积水发亮；当人行走在Ａ、Ｃ区域时，则看到积水发暗。基于光路图可以推断，当月光与地面夹角发生变化，不为４５°时，Ａ、Ｃ区域仍将存在。

通过光路图推理，得到结论：迎着月亮看前方积水，积水发亮还是发暗跟月亮与地面夹角和人距离水潭远近有关，发暗、发亮都有可能。

２    模拟法科学论证

２．１    模拟器材选择和相对位置设定

设定人眼距离地面１．５ ｍ，积水宽度为１ ｍ，人距离积水０．５ m。

选取直径为８ cm的发光小球为模拟月球进行实验，实验中要保证观察者看月球和模拟月球的视角一样。如图４所示，Ｏ点为人所处位置，Ｄ１为月球直径，Ｌ１为月地距离；Ｄ２为模拟球的直径，Ｌ２为模拟球距观察者的距离。为了保证视角一样，必须让Ｌ１／Ｄ１＝Ｌ２／Ｄ２。经查询，月球直径约为３４７６．２８ km，月地距离在３５．７万～３９．９万公里之间变化，在模拟实验中取月地距离为３８万公里，Ｌ１／Ｄ１＝１０９，由Ｌ１／Ｄ１＝Ｌ２／Ｄ２算得观察者距小球的直线距离大约为８ m。

选取手机摄像头模拟人的眼睛。选在晚上光线较暗时进行实验（图５）。

２．２    模拟实验进行科学论证

情况一论证  人不动，月亮相对位置发生变化（模型如图２）。

观察者（手机）距小球的直线距离为８ m，小球与地面夹角为４５°时，小球距地面高度约为６ m；当小球与地面夹角为７１．６°时，小球距地面高度约为６ m。实验记录如表１所示。

情况二论证 月亮不动（取光与地面夹角为４５°），人向着积水方向移动（模型如图３）。实验记录如表２所示。

３    结  论

得到一个结论需要无数个例子，而驳倒一个结论只需要一个反例。上述的具体分析和实验，通过设定一个符合常识的模型数据，计算确定模拟球的位置，对“迎着月光走，地上发亮的是水”这种说法提出了实际反例，论证了教科书和很多习题中有关此问题的答案都是不严谨的。多年来，老师们常常让“正确答案”先入为主，并用镜面反射来解释此“正确答案”，对答案是否严谨并未进行质疑。作为物理老师，要能发现问题，要求真求证，不唯答案论，让我们的教学更加严谨，达到学科育人求真的目的。

参考文献：

［１］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．物理八年级上册［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１２：７３-７６.

（栏目编辑    蒋小平）