學習方法 – 日環食的西入東出(上)

各位高三在暑假過後就要面臨第一次模擬考了,其中自然科當中的地球科學,有一個很麻煩的章節叫做「天文」,裡頭有許多題目需要立體觀念和做圖輔助才能釐清重點,找到正確答案,這次我們就來練習一個綜合性的題型,來做一個大整理吧!

今年,2020年6月21日在臺灣嘉義可以看見日環食,不知道大家有沒有參與這次百年難得一見的奇景呢?這次有幸躬逢其盛,看到許多爸爸媽媽帶著小朋友到草地戶外,帶著自製的觀測箱,甚至是焊接用的護目鏡,一起在下午三點尋找定點觀測,直到四點的食甚,現場的一陣陣驚呼和各種拍手叫好讓人為之動容,現在想起還是有些悸動。

首先,我們先來看這篇報導的第一張圖,
用 iPhone 拍攝的太陽軌跡!自然景觀攝影師這樣捕捉日環食
時間是下午四點,大家能分辨得出哪邊是東南西北嗎?

因為太陽此時準備西落,所以圖片下方是西方,上方是東方喔!

那麼,藉由國中高中所學的地球科學之中,我們能看出什麼更細緻、更深一層的運作原理嗎?
這次會以底下的三個階段帶大家複習和分析

  • 第一個階段:日食月食的成因
  • 第二個階段:三個常見星體運動的角度關係
  • 第三個階段:西邊入,東邊離開

 

第一個階段:日食月食的成因

月食是因為地球擋住太陽光,使得月球部分地區無法反射太陽光而失去月光;但是月全食的時候月球會帶著淡淡的古銅色喔!
這次的日食則是月球擋住太陽光。
日地月連線,也就是,才有機會產生月食;日月地連線,也就是,才有機會產生日食。
但是因為太陽運行的軌道(或稱黃道面),月亮運行的軌道(或稱白道面)並不會每次都重疊,所以不會每次就產生月食或日食。

國中基本上就學到這邊。

第二個階段:三個常見星體運動的角度關係

再來我們來處理一下三個時間週期:1天、1個月、1年

周日運動:地球自轉一圈

我們可以利用
地球自轉一圈需要1天
360度=1天=24小時
15度=1小時=60分鐘
最後得到
1度=4分鐘

周月運動:月球繞地球公轉一圈

我們可以利用
月球公轉一圈需要1個月
360度=1個月=30天
12度=1天=24小時
1/2度=1小時

周年運動:地球繞太陽公轉一圈

我們可以利用
地球公轉一圈需要1年
360度=1年=365天
1度大約=1天

再加上
上面三種週期都有一個共同點,就是當你從北極星往地球的方向看,周日周月周年運動都是逆時針旋轉

這會導致一個很特別,也很重要的結果,在這個視角下,東西方向的判斷跟平常我們在地圖上看到的右邊是東和左邊是西不一樣,像是下圖所示。
擷取_2020_07_21_00_16_17_941

第二個階段的總結

把這個東西方向和前面提到的角度組合,我們會得到:
因為周日運動,所以在地球上的人觀察太陽和月亮,每小時會由東向西移動 15度。
後面我們會以2小時為單位討論,所以會是

每經過兩小時,太陽和月亮,會由東向西移動30度。

因為周月運動,所以在地球上的人觀察月亮,每小時會由西向東移動1/2度。
後面我們會以2小時為單位,所以會是

每經過兩小時,月亮,會由西向東移動1度。

 

第三個階段:西邊入,東邊離開

這部份我們就先留到下一篇再一起討論吧!

學習方法 – 110學測的自然準備 物理/化學/地球科學

重點先講在前頭:高三自然科的選修部分盡量學習、吸收

高中學測的自然科包含了四個科目,物理、化學、生物、地球科學。
其中有名的就是生物部分往往都會出現一兩題超過基礎生物範圍的題目,對於生物有興趣,之後也想要走三類科系的考生,不如就好好處理高三的選修生物部分吧!

以下列舉一些重要關鍵字

物理部分

高一物理著重在觀念:四大作用力水波的性質克卜勒第二運動定律電磁感應都卜勒效應量子力學
計算的部份請注意高一物理的克卜勒第三運動定律和高二物理的碰撞(第二次模擬考範圍)。

化學部分

計算注意化學劑量濃度反應熱
觀念必備有機化合物的官能基(第二次模擬考範圍)和氣體的製備沈澱表
氣體的製備可參考這篇:學測化學整理筆記:氣體的製備
實驗要注意介面活性劑(第二次模擬考範圍)和電池

地球科學

可參考這篇
地球科學:相對濕度/乾絕熱直減率/濕絕熱直減率
地球科學:實際水氣壓/飽和水氣壓/相對濕度/露點溫度
基本上建議在暑假就把地球科學的全部範圍念完,之後只要複習就好,目的是把時間省下來好好準備高三的選修科目

這些重要關鍵字還記得多少呢?如果記憶很模糊的話,不如直接從這些關鍵字開始吧!

學習方法 – 地球科學:相對濕度/乾絕熱直減率/濕絕熱直減率

延續上個禮拜的討論(「學習方法 – 地科:實際水氣壓/飽和水氣壓/相對濕度/露點溫度」:https://cyca100.com/archives/6011 )來進行一點延伸:

相對濕度

既然我們可以把氣溫看作是飽和水氣壓,露點溫度看作是實際水氣壓,在面對一些圖表問題的時候,有個技巧就很好用:氣溫和露點溫度越靠近,相對濕度越大

乾絕熱直減率

海拔越高氣溫通常會下降,在空氣的水氣壓尚未達到飽和時的下降率就是乾絕熱直減率;溫度下降速度會比濕絕熱直減率快。

濕絕熱直減率

在空氣達到飽和時的下降率,這個部分有很多重點可以討論,像是

斜率轉換

表示開始進入露點溫度,可以推論原本的實際水氣壓

不斷地處在飽和

進入濕絕熱直減率後,會不斷處在,飽和、降溫、凝結,然後再一次飽和、降溫、凝結的循環,所以可得到一個結論:如果持續爬高,露點溫度會不斷下降。

濕絕熱直減率小於乾絕熱直減率

前一個重點提到:飽和後再爬高會凝結,水蒸氣凝結成液體的過程會放熱(這個觀念在國中理化學過。);這個動作在地球科學裡面喜歡說成「釋放潛熱」:可以看作是加溫了上升的空氣塊,使得空氣塊的溫度不會下降得這麼快;相較之下乾絕熱直減率的空氣塊沒有凝結這個動作,所以會降溫得比飽和空氣塊快。

學習方法 – 地球科學:實際水氣壓/飽和水氣壓/相對濕度/露點溫度

很多人對於地球科學這一科感到苦惱,但只要有搭配好的講義,地球科學在學測自然的得分上,其實是投資報酬率相當高的科目。

基本題

學測中地球科學的題型有著大量的生活情境題時事題,乍看之下會看得眼花撩亂,但是你如果靜下心來將題目看完,會發現其實不少選項其實比題幹好掌握:題幹好像看得似懂非懂,但是選項其實很間單;也就是把正確答案(觀念題)包裝在許多看似雜亂困難的敘述之中。

念完所需要的時間不多

新關鍵有42個大重點,即便每個禮拜只唸兩個重點,也是二十個禮拜完成;你如果到現在還沒開始念的話,可以分成

有人可以問,可以討論

先專攻自己不熟的部分。

只能自己念

先挑有興趣、擅長的範圍,把它讀熟、唸得更深入。

地球科學當中,大氣是一個很重要的章節,不只和日常生活息息相關,在學測也出現過很多次。常見的重點有

實際水氣壓

實際的水氣含量;跟露點溫度有關:露點溫度越高,實際水氣含量越大。

飽和水氣壓

最大水氣含量;這個值和現在氣溫有關,溫度越高,飽和水氣壓越大;相同氣溫的話,飽和水氣壓就一樣大

相對濕度

實際水氣壓除以飽和水氣壓,可以看做是「距離飽和,已經完成了幾分之幾」。人體可以直接感覺相對濕度,也就是說相對濕度越大,我們會感覺空氣越潮濕;相對濕度越低,我們會覺得空氣乾燥,流的汗蒸發快,有涼爽的感覺。

露點溫度

維持現有的水氣含量(實際水氣壓),利用降溫的方式來達到飽和,所需要的溫度。這個值的大小和現在氣溫無關。如果兩個地點的露點溫度相同,則兩地的水氣含量(實際水氣壓)相同

先在這邊整理一下
我們有兩個溫度:氣溫、露點溫度
兩個水氣壓:實際水氣壓、飽和水氣壓
相對濕度沒有單位

實際水氣壓和露點溫度有關;飽和水氣壓和氣溫有關
相對濕度等於實際水氣壓除以飽和水氣壓
故綜合以上兩句,我們進行以下的推論

如果甲地的氣溫大於乙地的氣溫

甲地的露點溫度小於乙地的露點溫度

則我們可以說

甲地的相對濕度小於乙地的相對濕度