第一章

地球的運動第一節

地球的自轉和公轉課標要求：

結合實例，說明地球運動的地理意義。學習目標：結合示意圖，掌握地球自轉和公轉的基本特征；結合實例，分析航天基地選擇的區位條件；觀察示意圖，理解并分析黃赤交角的產生、變化及其意義。傅科擺實驗為了證明地球在自轉，法國物理學家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的擺動實驗，傅科擺由此而得名。實驗在法國巴黎先賢祠最高的圓頂下方進行，擺長67米，擺錘重28公斤，懸掛點經過特殊設計使摩擦減少到最低限度。這種擺慣性和動量大，因而基本不受地球自轉影響而自行擺動，并且擺動時間很長。在傅科擺試驗中，人們看到，擺動過程中擺動平面沿順時針方向緩緩轉動，擺動方向不斷變化。分析這種現象，擺在擺動平面方向上并沒有受到外力作用，按照慣性定律，擺動的空間方向不會改變，因而可知，這種擺動方向的變化，是由于觀察者所在的地球沿著逆時針方向轉動的結果，地球上的觀察者看到相對運動現象，從而有力地證明了地球是在自轉.傅科擺放置的位置不同，擺動情況也不同。在北半球時，擺動平面順時針轉動；在南半球時，擺動平面逆時針轉動。而且緯度越高，轉動速度越快，在赤道上的擺幾乎不轉動，在兩極極點旋轉一周的周期則為一恒星日（23小時56分4秒），簡單計算中可視為24小時。傅科擺擺動平面偏轉的角度可用公式θ°=15°tsinφ來求，單位是度。式中φ代表當地地理緯度，t為偏轉所用的時間，用小時作單位，因為地球自轉角速度1小時等于15°，所以，為了換算，公式中乘以15°地球的自轉地球的公轉地球的自轉和公轉一、地球的自轉1、定義地球圍繞其自轉軸的旋轉運動。地軸：地球的自轉軸（假想軸），方向永遠指向北極星附近。（1）為什么這些恒星在天空中看起來都圍繞北極星附近做圓周運動？2011年11月，一個晴朗無月的夜晚在中國科學院國家天文臺興隆觀測站拍攝，團隊將相機對準北極星附近的星空并固定好，通過長達六小時的曝光，得到一張絢麗的星軌照片。地球圍繞地軸不停自轉。地軸的北端始終指向北極星附近。在北半球觀察,恒星似乎圍繞北極星附近作圓周運動。A若A點的緯度為30°N，求A點的北極星仰角度數。αβα=βγθβ＋γ=90°θ＋γ=90°θ=β=αθ是緯度，α是北極星的仰角，所以北半球某地北極星的仰角等于該地的緯度。最大位置在北極點，為90°，南半球看不到北極星。3、自轉周期（1）以太陽為參照物：太陽的中心連續通過同一子午線的時間間隔。此時地球自轉360°59′，所用時間：24小時，即為一個太陽日。（2）以遙遠的恒星為參照物：同一子午線兩次對向同一顆恒星的時間間隔。此時地球自轉360°，所用時間：23小時56分4秒，即為一個恒星日。4、自轉速度（角速度和線速度）（1）角速度（單位時間內轉過的角度）360°÷23h56′4″≈15°/h≈1°/4min南北兩極點自轉角速度為0（2）線速度（單位時間內轉過的弧長）赤道上的線速度：V=4萬km÷23h56′4″≈1670km/h某條緯線上的線速度：Vα=4萬km×cosα÷23h56′4″≈1670cosαkm/h自轉線速度由赤道向兩極遞減，兩極點為0。思考1.地球自轉線速度由赤道至兩極有什么變化規律？2.南北兩極點的角速度和線速度分別是多少？3.分別計算赤道和北緯60°地球自轉線速度，說明他們有什么關系？思考：除了緯度以外，還有什么因素影響線速度的大?。康厍蛲叫l星的自轉線速度與赤道的自轉線速度相比，哪個大？在緯度相同情況下，海拔越高的地方自轉線速度越大。地球自轉速度的分布規律及影響因素因素影響關系緯度緯度相同，線速度相同負相關緯度越低，線速度越大海拔海拔越高，線速度越大正相關線速度等值線的判讀自轉線速度由北向南遞增的為北半球，遞減的為南半球。自轉線速度介于1670~1447km/h的位于低緯度地區，介于837~1447km/h的位于中緯度地區，介于0~837km/h的位于高緯度地區。837km/h1447km/hAB凸高為山凸低為谷地球自轉的應用：衛星發射問題思考1：從海拔和緯度角度分析，我國航天發射場的分布特征。思考2：發射航天器時，一般朝向什么方向？為什么？分布在低緯度和高海拔地區向東發射。可獲得

較大初速度，節省燃料。航天發射場的選址海南文昌是我國繼西昌、酒泉、太原之后建設的第四個航天發射中心。從地球運動角度分析文昌發射中心的優勢條件。緯度低，可充分借助地球自轉動力，節省燃料，降低發射成本。緯度條件：緯度越低，地球自轉線速度越大，越有利于節省燃料。氣候條件：氣候干旱，降水稀少;天氣晴朗，能見度高。地形條件：地形平坦開闊，地勢相對較高(平坦開闊利于地面設備跟蹤測控，地勢高則地球自轉的線速度較大)。氣象條件：要盡量選擇晴朗天氣多、大氣污染輕、透明度高的地區地質條件：地質巖層穩定交通位置：交通便利，有利于大型設備的運輸。人口密度：航天基地最好布局在人口密度較小的地區，以保證安全。”二、地球的公轉1、定義地球繞太陽的運動，叫作地球公轉。2、公轉方向自西向東，北極上空看，呈逆時針。3、公轉周期0102以恒星為參照物：太陽和某一個恒星在同一位置上的起點，當觀測到太陽再回到這個位置時的時間間隔。1年的時間長度為365日6時9分10秒，稱為恒星年，這是地球公轉的真正周期。太陽連續兩次通過春分點的時間間隔。1年的時間長度為365日5時48分46秒，稱為回歸年。以太陽為參照物：4.公轉軌道和速度地球公轉的軌道是近似正圓的橢圓軌道，太陽位于橢圓的一個焦點上。，A→B角速度和線速度都減慢B→A角速度和線速度都加快1近快，7遠慢開普勒第二定律太陽系中太陽和運動中的行星的連線在相等的時間內掃過相等的面積。思考春分點和秋分點把地球公轉軌道等分為兩部分。通常年份，北半球夏半年的日數是186天，冬半年的日數是179天，造成這種日數差異的原因是什么？三、黃赤交角黃赤交角就是地球黃道平面（公轉平面）與地球赤道平面（自轉平面）之間的夾角黃赤交角是一個相對穩定的角度，當前為23°26′1、概念（1）一軸：地軸（2）兩面:指赤道平面與黃道平面（3）三角度：黃道平面與赤道平面的交角為23°26′地軸與黃道平面的夾角為66°34′地軸與赤道平面的夾角為90°黃赤交角＝回歸線的度數

黃赤交角與極圈度數互余1、相關概念：一軸、兩面、三角度太陽直射點：地表接受太陽垂直照射的點；地球表面太陽高度角為90°的點；地心與太陽光的連線與地球表面的交點。影響思考1：如果地球“身體站直”公轉，太陽直射點在地球表面的緯度位置會移動嗎？冬至12月22日夏至6月22日秋分9月23日春分

3月21日在赤道，不變化冬至12月22日夏至6月22日秋分9月23日春分

3月21日思考2：實際上在地球公轉過程中，太陽直射點在地球表面的緯度位置會移動嗎？如何移動？北半球夏至日（6月22日前后），太陽直射23°26′N，之后太陽直射點逐漸南移。到了秋分日（9月23日前后），太陽直射赤道，之后太陽直射點繼續南移。到了北半球冬至日（12月22日前后），太陽直射23°26′S，之后太陽直射點逐漸北返。到了春分日（3月21日前后），太陽直射赤道，之后太陽直射點繼續北移。到了夏至日，太陽再次直射23°26′N。太陽直射點在23°26′S、23°26′N之間的往返運動，稱為太陽直射點的回歸運動。活動：繪制太陽直射點回歸運動示意圖—課本P6●●●●●春分日（3.21）夏至日（6.22）冬至日（12.22）秋分日（9.23）春分日（3.21）有陽光直射無陽光直射，無極晝極夜無陽光直射，無極晝極夜無陽光直射，有極晝極夜無陽光直射，有極晝極夜（2）五帶的劃分a3、黃赤交角變化的影響若黃赤交角變大：各溫度帶范圍的變化：熱帶、寒帶范圍變大，溫帶范圍縮小極晝極夜范圍的變化：變大太陽直射點在地球表面的移動速度：變快課堂小結1自轉公轉定義繞地軸旋轉。北極星仰角=當地的緯度繞太陽運動方向自西向東（北逆南順）自西向東周期恒星日（時間、意義）恒星年（時間、意義）太陽日（時間、意義）回歸年（時間、意義）速度角速度1近快、7遠慢線速度（計算方法、影響因素）應用航天發射問題課堂小結2黃赤交角產生黃道平面與赤道平面的夾角影響回歸運動（示意圖）五帶的劃分變化及其影響案例探究

地球自轉速度變化的原因通過對月球、太陽和行星的觀測資料和對古代月食、日食資料的分析，以及通過對古珊瑚化石的研究，可以得到地質時期地球自轉的情況。在6億多年前，地球上一年大約有424天，表明那時地球自轉速率比現在快得多。在4億年前，一年有約400天，2.8億年前為390天。研究表明，每經過一百年，地球自轉周期減慢近2毫秒（1毫秒=千分之一秒），它主要是由潮汐摩擦引起的。此外，由于潮汐摩擦，使地球自轉角動量變小，從而引起月球以每年3～4厘米的速度遠離地球，使月球繞地球公轉的周期變長。除潮汐摩擦原因外，地球半徑的可能變化、地球內部地核和地幔的耦合、地球表面物質分布的改變等也會引起地球自轉長期變化。恒星日為23時56分4秒；太陽為24小時其中有公轉的3分56秒。不規則變化"年際變化"地球自轉速度除上述長期減慢外，還存在著時快時慢的不規則變化，這種不規則變化同樣可以在天文觀測資料的分析中得到證實，其中從周期為近十年乃至數十年不等的所謂"十年尺度"的變化和周期為2～7年的所謂"年際變化"，得到了較多的研究。十年尺度變化的幅度可以達到約±3毫秒，引起這種變化的真正機制尚不清楚，其中最有可能的原因是核幔間的耦合作用，也有學者認為，與地球自轉的轉動慣量變化有關。年際變化的幅度為0.2～0.3毫秒，相當于十年尺度變化幅度的十分之一。這種年際變化與厄爾尼諾事件期間的赤道東太平洋海水溫度的異常變化具有相當的一致性，這可能與全球性大氣環流有關。然而引起這種一致性的真正原因正處于進一步的探索階段。此外，地球自轉的不規則變化還包括幾天到數月周期的變化，這種變化的幅度約為±1毫秒。地球自轉的周期性變化地球自轉的周期性變化主要包括周年周期的變化，月周期、半月周期變化以及近周日和半周日周期的變化。周年周期變化，也稱為季節性變化，是二十世紀三十年代發現的，它表現為春天地球自轉變慢，秋天地球自轉加快，其中還帶有半年周期的變化。周年變化的振幅為20～25毫秒，主要由風的季節性變化引起。半年變化的振幅為8～9毫秒，主要由太陽潮汐作用引起的。此外，月周期和半月周期變化的振幅約為±1毫秒，是由月亮潮汐力引起的。地球自轉具有周日和半周日變化是在最近的十年中才被發現并得到證實的，振幅只有約0.1毫秒，主要是由月亮的周日、半周日潮汐作用引起的。地球自轉速度也有長周期變化，包括78,52,22及11年左右的周期變化。下表為宜豐（28°N，115°E）某兩日的日出日落相關數據。完成小題。1.與圖中所示信息最接近的節氣是()A.春分 B.夏至

C.秋分 D.冬至2.圖示當天太陽直射點的位置和移動方向是()A.南半球，向北移

B.北半球，向北移C.北半球，向南移

D.南半球，向南移3.該時段內，宜豐的正午太陽高度最接近()A.50° B.60° C.70° D.8