《两小儿辩日》的物理解析
撰文：王瑛璇、曾雅乔、迟浒辰（北京市陈经纶中学）
编辑：刘昭
新媒体编辑：李云凤
《两小儿辩日》是我们在小学语文课本上学的一篇古文，出自《列子·汤问》，原文如下：孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”一儿曰：“我以日初出远，而日中时近也。”一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？”一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰为汝多知乎？”
小学的时候我们就一直好奇，他们两个人到底谁说对了呢？究竟太阳何时离我们远呢？为了解决这个问题我们深入学习了相关物理知识，今天我们从科学的角度来分析“两小儿辩日”。
太阳何时离我们远？
日地距离是指日心到地心的距离。由于地球的自转和公转，每一时刻地球上的每一个位置与太阳的距离都在变化。其中主要变化是由于地球公转引起的。地球绕太阳公转的轨道为椭圆，如图1所示，其中半长轴为
，半短轴为
，焦距为
，其偏心率为0.0167。地球公转一圈大概需要365天，而早上到中午仅经历约6个小时，所转过的角度
。假设如图1所示早上地球位于A点，那么中午地球位于B点。已知太阳半径
，如图1所示
。设CB=R，则C’B=2a-R，根据余弦定理
，列出方程，可以求得
，
。变化量为0.0001亿千米，相对于整体极其微小，可以忽略不计。所以其实太阳距我们的距离在一天之内我们认为是不变的。
为什么中午我们会感觉热呢？
根据上述的分析，我们知道我们距太阳的远近在早上和中午近似相同，所以距离不是影响我们对温度感知的主要因素。人体所感知的温度，主要是空气温度即气温，空气中的热量主要来源于太阳辐射（指太阳以电磁波的形式向外传递能量，太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流）。太阳的辐射到达地面后，一部分被反射，一部分被地面吸收，使地面升温。地面再通过辐射、传导和对流等方式将热量传给空气，这是空气中热量的主要来源。影响地面温度的因素主要有三点：热量积累，能量密度和能量削减。
从热量积累方面来看：夜间天上挂的是明月，没有太阳、没有辐射，因此大地也没有太阳输送的热量，导致气温不高；而早晨天刚刚亮，太阳辐射较小，且地面没有一定的热量积累，与空气温度温差较小，几乎不向其传递热量，导致早晨“沧沧凉凉”。而到中午时，地面经过近6个小时太阳的照射而积累的热量，使得地面与空气具有较大的温度差，地面向空气传递热量，空气温度升高，人体感知的温度也随之升高。因此“日中如探汤”并非“近者热而远者凉”。
从能量密度方面来看：地面辐射量与太阳辐射紧密相关。太阳辐射的能量在各个方向上是均匀分布的。如图2所示，早上，太阳斜射向大地，因为地球是球体，它的切面是弧形，所以照射的单位面积更大；中午，太阳直射地面，这时它照射到的地面面积比早上的小。因为太阳对地球释放的太阳辐射蕴含的能量在单位时间内是一定的，所以中午照射到的地面面积小，能量密度大，这也会使得中午地面温度高，空气温度高，人体感知温度高。
从能量削减方面来看：由于早晨太阳高度角小，穿越的大气路径长，因此大气对太阳辐射的削弱作用会更大，到达地面的太阳辐射就会更弱；但在中午时，太阳的高度角大，穿越的大气路径短，大气对太阳辐射的削弱作用小
图 3 (a)
图 3 (b)
当光线进入人眼时，不同的晶状体区域具有不同的折射能力。这使得折射后的光线无法汇聚于一点，导致产生像差。在这种情况下，对比度强的图像边缘会出现对比增强的边界效应。明亮物体在视网膜上的成像轮廓之外似乎有一圈光环，从而使物体看起来比实际尺寸更大。这种现象被称为“光渗效应”（在黑色或深色背景衬托下，白色形状具有较强的反射光，并呈现扩散渗出的特征）。当太阳在清晨升起时，周围是深色的天空，而太阳光线由于人眼的对比作用显得更加耀眼，因此给人以太阳巨大的感觉。在正午时分，天空与太阳颜色相近，光线对比度较小，太阳看起来会较小。
形状对比也导致对太阳大小存在不同的感知。一个物体放置在比其大的物体群体中显得较小，而放置在比其小的群体中则显得较大。例如，一个西瓜放在一盒樱桃附近会显得很大；而将这个西瓜与一个完整的菠萝放在一起时，西瓜就会显得小。同样的原理适用于太阳。日出时，太阳周围多为树木或建筑物，对比之下，太阳显得大；正午时分，太阳悬挂于天空，对比之下，则显得较小。人们会认为太阳在早晨较大，而在正午较小。
两位儿童的辩论源于他们看待问题的角度过于片面。随着科学技术的不断发展，我们不断探索和思考，逐渐接近事物的本质。科学的发展与完善始终伴随着批判与反思。无论是出于对自然现象的好奇心，还是为了推动人类历史的进步，中国古代两位儿童独立思考和大胆质疑的精神都值得我们永远传承。
教师点评：
本文是几位年轻学生在阅读语文教材《两小儿辩日》一文后，基于文章中两个儿童争论“太阳何时离我们远近”这一问题，从科学角度出发进行思考的结果。学生们运用数学和物理知识进行思考和探究，最终形成了一篇研究论文。学生们能够从语文文章出发，挖掘其中包含的科学知识，并从理性角度思考和解决相关问题，这充分证明了“跨学科”阅读活动的有效性。在素养导向的语文阅读中渗透和挖掘其他学科知识，并提出有价值的、探究性的问题，能够激发学生深度思考和解决问题的能力，进而提升学生的阅读素养。阅读活动打破了学科之间的学习界限，全面提升了学生在阅读中发现问题、解决问题的能力。
专家点评：
长期的文理分科教育在许多人心中树立了“文科”和“理科”之间的界限，导致语文和物理被视为两门截然不同的课程。事实并非如此。语言文字是表达思想的工具，人的思维既包括文学、艺术思维，也包括逻辑、科学思维。作为基础教育阶段最重要的基础课程，语文与物理有着不可分割的联系。
三位中学同学的作品系统地将语文课文《两小儿辩日》中的故事提炼成一组科学问题，并条理清晰地逐一阐述。尽管对太阳辐照能量密度的描述不够准确，对太阳大小视错觉的解释也还有待进一步讨论，但本文的基本结构体现了作者掌握了科学思维方式和论述结构，初步具备了探索科学问题的潜力。
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