摘要：地月系统是个特殊的双星系统，我们已经较为清楚认识和解决了很多物理问题。例如为何月球绕地球转，是地球的卫星；地球、月球球心连线上有一个特殊的失力点；为何会出现日食、月食等天文奇观等。但还有很多有关地月系统的迷团，等待着人们去揭开。
　　关键词：月球地球双星系统失力点日食月食
　　月球是离地球最近的星球，自古以来人们对月球特别关注。中国古代有嫦娥奔月之说，西方国家有月亮神的名称，皆说明人民对月球的关注。现在我们对月球的有些问题，已有了科学的认识。但还有很多问题仍然是未知的谜，等待看我们去研究和揭示。月球与地球关系密切，两者组成地月系统。从物理学角度指導学生探究地月系统，不仅有益于对这个双星系统的认识，而且对提升学习物理的兴趣，增强学习物理的动力有重要的意义。如何指导学生探究地月系统？可以从学生已掌握的知识入手，让学生运用物理知识和方法去探索去解决，去发现新问题。
　　地月系统是双星系统，地球与月球之间存在着万有引力。按理说，双星系统在万有引力的作用下，以双星质心连线中的某一点为轴做相同角速度的圆周运动，为何地月系统却是月球绕地球做圆周运动，并将月球称为地球的卫星呢？
　　我们将地月系统视为一般的双星系统，根据右表提供的信息，计算一下地月系统转动轴心离地球球心的距离。根据激光往返地月表面的时间 和光速 ，算出地、月表面的距离 ，可算出地球、月球的球心距 。如图1所示设地月系统旋转中心轴C离地球球心距离为 ，离月球球心距离为 ，地球质量为 ，月球质量为 ，地由和月球做圆周运动的向心力由地球、月球的万有引力提供，有下列方程：
　　
　　可得 。地球的质量可由质量为 的物体在地球表面受到的重力近似等于地由对它的万有引力这个关系求得，即 ，可得地球质量 。同样可求出月球质量 。代入上列方程得
　　
　　根据表中提供的信息及算出的 值，可算得 ，约为地球半径的 倍。地球转动的转轴就在地球内部。且能算得地心绕轴转动的线速度约为12m/s，向心加速约为3.15×10-5m/s2。所以地球的转动可以忽略，近似认为月球绕地球做圆周运动。
　　地月系统中还有一个极为特殊的位置，物体处在这个位置，就不受力的作用。这个位置在地球、月球球心的连线上，见图1中的 点。质量为 的物体在这个位置，受到的地球引力和月球引力刚好相等，二力平衡。设这点离月球球心距离为 ，有
　　
　　可得 ，根据上述数据可算得 ，约为地球和月球的球心距的十分之一。物体在该位置可认为不受力作用，因为地球和月球的球心距的十分之一。物体在该位置可认为不受力作用，因为地球和月球对它的引力互相平衡，物体内部无拉伸或压缩的情况。这跟静止在地球表面上的物体不同，静止在地球表面上的物体受重力和支持力作用，两力合力为零，但物体内部出现上下挤压的情况。做自由落体运动的物体处于完全失重状态，内部没有挤压或拉伸的情况，但它所受的重力使它处于加速状态。唯有在地球与月球之间那个特殊的位置，物体处于平衡状态，内部无拉伸或压缩的情况，这个位置可以称为失力点。上个世纪阿波罗飞船探索月球曾经过该位置，宇航员对飞船的受力情况作过描述：在飞向月球的途中，经过该位置之前受力向地球一边，经该位置之时，突然失力，之后又倒向了月球那一边。
　　应用力学知识还能求地球的质量、平均密度，求月球质量、平均密度等问题，还能解释世界各地每日发生的潮汐之外，每月还会出现两次潮差最大和潮差最小的现象等。万有引力定律和牛顿运动定律是解决地月系统相关问题的基本定律。
　　地月系统的问题还涉及光学知识，例如日食和月食。举日食为例，为何白天太阳看不见了，或太阳的一部分看不见了，古代人不清楚其原因，只记载了发生时的现象，称之为日食。日食又分全食、偏食和环食，根据光的直线传播原理可以清楚解释。如图2所示，当太阳、月球和地球三者近似处在一条直线上，太阳光射到月球上，月球背阳一侧出现了影区。影分本影（见图2中A区），半影（见图2中B区）和伪半影（见图2中C区），地球处在月球的影区，本影区的地方见不到太阳，为日全食；半影区的地方只见到太阳的一部分，为日偏食。若地球某阳面某些地方处于伪本影区，这地方就见不到太阳的中间部分，只见到一个明亮的光环，称日环食。
　　 我们已经科学认识地月系统，解决了很多有关地月系统的物理问题，不再光凭美丽的想象来描述月球。但还有很多有关地月系统的谜团等待着我们去揭开。例如地球的公转周期为一年，自转周期为1天，两者相差很大。而月球的公转周期与自转周期相同，都是27.3天（约一月），这是为何？地月系统又是如何形成？我们在引导学生应用物理原理解释问题的同时，要提出新的问题，鼓励学生积极探索自然规律。这对于培养科学人才，提高国民的科学素质有着重要的意义。
　　参考文献
　　【1】李艳平、申先甲主编：《物理学史教程》。科学出版社2003年