月球 高中研究性学习报告.docx

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月球高中研究性学习报告

[正文]

一.探究的目的和意义

（1）课题的社会背景：

科技高速发展，人们对宇宙的探究热度很高，人类的知识在无数次探索中充实。

（2）现实意义：

可以让我们更加清楚地了解我们的邻居——月球，充实知识，以小见大的感受现代科学如何一步步发展。

（3）对中学生而言的具体操作价值：

让我们对于天文知识有更深刻地了解，对我们的邻居月球有更科学的看法。

对我们的地球在宇宙中的独特性有更深邃的认知，对于我们人类的存在的原因有重新的认识。

二.研究过程

（1）人员分工：

XXX：

收集文字资料，制作课件，写报告。

XXX：

收集文字资料，根据模型讲解月球潮汐减缓地球自转的原因。

XXX：

收集文字资料，整理归类排版。

XXX：

收集视频资料并剪接，安排研究计划。

XXX：

制作试验原理的Flash，找模型材料。

XXX：

收集文字资料，制作模型。

（2）方法、步骤：

1.根据XXX的研究计划，大家各自收集资料，聚集资料让成可整理。

2.XXX、XXX推理假设，并阅读材料，完成有关认知，理论。

3.XXX制作试验原理的Flash,并和XXX用材料制作模型，完成实验部分。

4.XXX用收集的资料制作课件，写报告和个人小结材料。

（3）试验方法、步骤：

1.用打火机把中性笔管烧弯，变成“V”字形。

2.把两只筷子分别插到中性笔管两端。

3.用塑料袋把纸包住，开两个洞，把一条绳子穿过塑料袋。

4.把两条绳子系到中性笔管上，另一端系在一起，把白色橡皮泥捏到上面呈球形。

5.把黑色橡皮泥捏到塑料袋上和中性笔管上。

（4）试验原理：

两支筷子就是地球自转，月球公转各自的转轴，绳子代表引力，白色橡皮泥捏成的球代表月球，塑料袋包住的纸代表地球上的海洋，黑色橡皮泥代表一部分陆地。

当转轴分别以27ω，ω的角速度转动时，就模拟了地月系的运动状态。

（5）预期结果：

虽然转轴分别以27ω，ω的角速度转动时，就模拟了地月系的运动状态，但是由于模型需要支撑点，两个转轴转动使得支撑点无法找到，所以动态的转动实际上无法模拟，所以只能静态讲解。

（6）试验的器材：

中性笔管，橡皮泥，筷子，绳子，吸管，纸，塑料袋，书。

（7）试验的过程：

XXX根据模型讲解月球潮汐减缓地球自转的原因。

（8）试验的结果：

成功的以相对的观念选取合适的参考系讲解了月球潮汐减缓地球自转的原因。

三.课题成效

（1）研究的结果：

1.概况：

月球也称太阴，俗称月亮。

是地球唯一的天然卫星，也是离地球最近的天体，月球的年龄大约有46亿年。

月球直径约3476公里，是地球的3/11、太阳的1/400。

月球的体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81左右，月球表面的重力约是地球重力的1/6。

月球表面有阴暗的部分和明亮的区域。

月球的正面永远都是向着地球，其原因是潮汐长期作用的结果。

月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的。

（后文中有详细描述）

月球约27.3天绕地球运行一周，而每小时相对背景星空移动半度，即与月面的视直径相若。

与其他卫星不同，月球的轨道平面较接近黄道面，而不是在地球的赤道面附近。

月球的轨道平面（白道面）与黄道面（地球的公转轨道平面）保持着

5.145396°的夹角。

月球上没有大气，再加上月面物质的热容量和导热率又很低，因而月球表面昼夜的温差很大。

白天，在阳光垂直照射的地方温度高达127℃；夜晚，温度可降低到-183℃。

轨道偏心率0.055

近地点距离363,300千米

远地点距离405,500千米

平均公转周期27.32天

赤道直径3,476.2千米

表面面积3.976×10^7平方千米

体积2.199×10^10立方千米

质量7.349×10^22千克

平均密度水的3.350倍

赤道重力加速度1.62m/s^2（地球的1/6）

逃逸速度2.38千米/秒

大气压1.3×10^-10千帕

月壳由多种主要元素组成，包括：

铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝及氢。

月球有丰富的矿藏。

月球土壤中还含有丰富的氦3。

（成为未来人类可能开发的能源）

关于月球自转公转：

月球上的一天相当于地球的27.3天，这是因为月球的一面始终对着我们，月球一面固定对着地球，因此月球必须是足足围绕地球转一圈,才能围绕着自己的轴线自转一圈，而月球的一面始终对着我们的原因是因为在月球形成的时候，它的表面是熔融状态，是流体的话就会有潮汐现象，那个时候地球对月球和月球对地球都有影响，互相产生潮汐现象，减缓或增加了月球自转速度（月球形成时月球自转周期和月球公转周期不相等，当由于潮汐现象使得月球自转周期和月球公转周期都变成27.3天的时候，由于惯性会让月球自转周期和月球公转周期的大小会反过来，之后潮汐现象反过来作用于月球自转，比如开始时月球自转周期大于月球公转周期，自转速度大，那么潮汐现象会使自转速度变小，当自转速度变小到自转周期小于月球公转周期的时候，潮汐现象又会使自转速度变大，就这样摆动变化），在月球冷却以前，月球自转周期和月球公转周期差不多一致，都是27.3天了。

2.对地球的影响：

对地球海洋的影响：

潮汐使地球海洋形状变化：

根据万有引力公式，由于面对月亮的海洋受到月球的引力大，而相对的另一面受到的引力小，所以地球面对月亮的面和背对月亮的面都有潮，这也是一天中两次潮的原因。

（注：

月球与太阳引潮力之比为11：

5）

对地球地轴的影响：

使地轴保持在一定的角度，这个倾斜保持了季节的周期。

对地球气候的影响：

稳定地球的气候。

对地球生物产生、进化的影响：

由于很久以前月球离地球很近，转速很大（公转周期只5个小时），相互之间的引力很大，使得当时有很强的潮汐现象（几乎是今天的1000倍），如此极大的潮汐能够撕开地壳坚硬的外层，其中的矿物质等就会被海水卷到大海中，这利于制造出适宜的海洋环境，让生命得以发育。

有些科学家认为潮水坑是生物由海洋走向陆地的理想之地，生物在这里可以湿半天，干半天，逐渐长出自己的腿，走向陆地。

正因为有了月球，地球的自转速度才能减慢，使得现在一天24小时，我们的生物钟就和这差不多，如果没有月球，地球一天只有6小时，这样的话就会阻碍生命进化。

3.月球成因：

早期认知：

公元前455年，希腊学者Anaxagoras推断月球只是地球甩出去的一块石头。

其同时代的大多数人认为月球是神灵或者一个巨大的火球。

直到伽利略用望远镜观察月球时才发现和肉眼看起来不同的是，它上面有很多因为表面凹凸不平而形成的亮的区域和阴影区。

他绘制了月球图。

最近有证据表明在1609年7月，英国人托马斯·哈里亚特就根据自己使用天文望远镜所观察到的情景画出了月球图，这一时间比伽利略早了几个月。

托马斯·哈里亚特绘制的月球图

伽利略绘制的月球图

而伽利略因为认为月球是一颗其它的行星等原因，并没有公开推测月球的起源。

分裂理论：

在1898年，著名生物学家达尔文的儿子乔治•达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出，月球本来是地球的一部分，后来由于地球转速太快，把地球上一部分物质抛了出去，这些物质脱离地球后形成了月球，而遗留在地球上的大坑，就是现在的太平洋。

这一观点很快就收到了一些人的反对。

他们认为，以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的。

再说，如果月球是地球抛出去的，那么二者的物质成分就应该是一致的。

可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，发现二者相差非常远。

俘获理论：

这种假设认为，月球本来只是太阳系中的一颗小行星，有一次，因为运行到地球附近，被地球的引力所俘获，从此再也没有离开过地球。

还有一种接近俘获说的观点认为，地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起，久而久之，吸积的东西越来越多，最终形成了月球。

但也有人指出，像月球这样大的星球，地球恐怕没有那么大的力量能将它俘获。

同源理论：

这一假设认为，地球和月球都是太阳系中浮动的星云，经过旋转和吸积，同时形成星体。

在吸积过程中，地球比月球相应要快一点，成为“哥哥”。

这一假设也受到了客观存在的挑战。

通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，人们发现月球要比地球古老得多。

有人认为，月球年龄至少应在70亿年左右。

大碰撞理论：

这一假设认为，太阳系演化早期，在星际空间曾形成大量的“星子”，星子通过互相碰撞、吸积而长大。

星子合并形成一个原始地球，同时也形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体。

这两个天体在各自演化过程中，分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳。

由于这两个天体相距不远，因此相遇的机会就很大。

一次偶然的机会，那个小的天体以每秒5千米左右的速度撞向地球。

剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态，使地轴倾斜，而且还使那个小的天体被撞击破裂，硅酸盐壳和幔受热蒸发，膨胀的气体以及大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。

这些飞离地球的物质，主要有碰撞体的幔组成，也有少部分地球上的物质，比例大致为0.85：

0.15。

在撞击体破裂时与幔分离的金属核，因受膨胀飞离的气体所阻而减速，大约在4小时内被吸积到地球上。

飞离地球的气体和尘埃，并没有完全脱离地球的引力控制，通过相互吸积而结合起来，形成全部熔融的月球，或者是先形成几个分离的小月球，再逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球。

4.远离地球：

证实，远离速度，脱离时间，原因。

证实：

依靠在月球上的镜子的反射作用，在地球上用激光束就可以知道地月之间的距离，也就可以知道月球的远离速度了。

远离速度：

平均每年3.8厘米。

脱离时间：

大约10亿年后。

原因：

1.由于月球公转的角速度，比地球自转的角速度慢，所以地球表面相对于月球，就产生了一个相对运动的速度，由于引力的影响，从而引发了潮汐现象。

而由潮汐现象引起的地球表面的变形，使得引力中心偏离原来的引力中心，正是这一原因导致了地球自转速度的减慢和月球公转速度的加快，从而使月球越来越远离地球。

  2.当然，我们也可以说是潮汐产生的磨擦力造成的，由于力的作用是相互的，所以地球潮汐的磨擦力与月球所受的力是相等的，前面说过，由于地球自转比月球公转快，所以月球便从地球上获得能量，从而加快了月球公转速度。

上面的两种说法是一致的，并不矛盾。

3.美国历史频道宇宙纪录片中的解释是，由于地球自转速度快，在潮汐产生的时候，会产生力矩（摩擦力引起的），从而影响到月球的运动。

（和第二种解释是一样的，只是比较具体）

上述三种解释都得出了月球公转速度变大的结论，根据向心力计算公式，线速度变大会导致向心力变大，使得向心力大于合外力，所以月球作离心运动。

（2）结论：

月球对于地球是十分重要的，在人类移居到其它星球上或者灭绝之前月球是不会离开地球的，所以在这段时间内对地球的作用还存在。

另外从这月球对地球的影响个角度来看，地球上物种的存在的一个很重要的但是容易被人们忽略的因素就是月球。

（3）研究过程中存在的问题：

试验过程中的模型太理想化了，没有考虑到实际操作的种种问题，所以最开始的动态试验计划失败。

另外我们对一部分理论的研究和讨论的结果并不能完全肯定。

（4）对上级的意见和建议：

（5）体会：

在身边其实很多事情都是要我们去发现探索的，看似很远的月球也和我们的生活息息相关，我们体会到月球对于我们的重要性。

让我们对于天文知识有更深刻地了解，对我们的地球在宇宙中的独特性有更深邃的认知，我们人类能够生存下来的条件和月球有很大的关系。

四.参考文件、备注附件的说明

参考文件：

备注附件：