地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)課件

第一章

地球的運(yùn)動第一節(jié)

地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)課標(biāo)要求：

結(jié)合實(shí)例，說明地球運(yùn)動的地理意義。學(xué)習(xí)目標(biāo)：結(jié)合示意圖，掌握地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的基本特征；結(jié)合實(shí)例，分析航天基地選擇的區(qū)位條件；觀察示意圖，理解并分析黃赤交角的產(chǎn)生、變化及其意義。傅科擺實(shí)驗(yàn)為了證明地球在自轉(zhuǎn)，法國物理學(xué)家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的擺動實(shí)驗(yàn)，傅科擺由此而得名。實(shí)驗(yàn)在法國巴黎先賢祠最高的圓頂下方進(jìn)行，擺長67米，擺錘重28公斤，懸掛點(diǎn)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)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(zhuǎn)影響而自行擺動，并且擺動時(shí)間很長。在傅科擺試驗(yàn)中，人們看到，擺動過程中擺動平面沿順時(shí)針方向緩緩轉(zhuǎn)動，擺動方向不斷變化。分析這種現(xiàn)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動的結(jié)果，地球上的觀察者看到相對運(yùn)動現(xiàn)象，從而有力地證明了地球是在自轉(zhuǎn).傅科擺放置的位置不同，擺動情況也不同。在北半球時(shí)，擺動平面順時(shí)針轉(zhuǎn)動；在南半球時(shí)，擺動平面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。而且緯度越高，轉(zhuǎn)動速度越快，在赤道上的擺幾乎不轉(zhuǎn)動，在兩極極點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周的周期則為一恒星日（23小時(shí)56分4秒），簡單計(jì)算中可視為24小時(shí)。傅科擺擺動平面偏轉(zhuǎn)的角度可用公式θ°=15°tsinφ來求，單位是度。式中φ代表當(dāng)?shù)氐乩砭暥?，t為偏轉(zhuǎn)所用的時(shí)間，用小時(shí)作單位，因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)角速度1小時(shí)等于15°，所以，為了換算，公式中乘以15°地球的自轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)一、地球的自轉(zhuǎn)1、定義地球圍繞其自轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。地軸：地球的自轉(zhuǎn)軸（假想軸），方向永遠(yuǎn)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(yùn)動？2011年11月，一個(gè)晴朗無月的夜晚在中國科學(xué)院國家天文臺興隆觀測站拍攝，團(tuán)隊(duì)將相機(jī)對準(zhǔn)北極星附近的星空并固定好，通過長達(dá)六小時(shí)的曝光，得到一張絢麗的星軌照片。地球圍繞地軸不停自轉(zhuǎn)。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(yùn)動。A若A點(diǎn)的緯度為30°N，求A點(diǎn)的北極星仰角度數(shù)。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(diǎn)，為90°，南半球看不到北極星。3、自轉(zhuǎn)周期（1）以太陽為參照物：太陽的中心連續(xù)通過同一子午線的時(shí)間間隔。此時(shí)地球自轉(zhuǎn)360°59′，所用時(shí)間：24小時(shí)，即為一個(gè)太陽日。（2）以遙遠(yuǎn)的恒星為參照物：同一子午線兩次對向同一顆恒星的時(shí)間間隔。此時(shí)地球自轉(zhuǎn)360°，所用時(shí)間：23小時(shí)56分4秒，即為一個(gè)恒星日。4、自轉(zhuǎn)速度（角速度和線速度）（1）角速度（單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度）360°÷23h56′4″≈15°/h≈1°/4min南北兩極點(diǎn)自轉(zhuǎn)角速度為0（2）線速度（單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)線速度由赤道向兩極遞減，兩極點(diǎn)為0。思考1.地球自轉(zhuǎn)線速度由赤道至兩極有什么變化規(guī)律？2.南北兩極點(diǎn)的角速度和線速度分別是多少？3.分別計(jì)算赤道和北緯60°地球自轉(zhuǎn)線速度，說明他們有什么關(guān)系？思考：除了緯度以外，還有什么因素影響線速度的大小？地球同步衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)線速度與赤道的自轉(zhuǎn)線速度相比，哪個(gè)大？在緯度相同情況下，海拔越高的地方自轉(zhuǎn)線速度越大。地球自轉(zhuǎn)速度的分布規(guī)律及影響因素因素影響關(guān)系緯度緯度相同，線速度相同負(fù)相關(guān)緯度越低，線速度越大海拔海拔越高，線速度越大正相關(guān)線速度等值線的判讀自轉(zhuǎn)線速度由北向南遞增的為北半球，遞減的為南半球。自轉(zhuǎn)線速度介于1670~1447km/h的位于低緯度地區(qū)，介于837~1447km/h的位于中緯度地區(qū)，介于0~837km/h的位于高緯度地區(qū)。837km/h1447km/hAB凸高為山凸低為谷地球自轉(zhuǎn)的應(yīng)用：衛(wèi)星發(fā)射問題思考1：從海拔和緯度角度分析，我國航天發(fā)射場的分布特征。思考2：發(fā)射航天器時(shí)，一般朝向什么方向？為什么？分布在低緯度和高海拔地區(qū)向東發(fā)射?？色@得

較大初速度，節(jié)省燃料。航天發(fā)射場的選址海南文昌是我國繼西昌、酒泉、太原之后建設(shè)的第四個(gè)航天發(fā)射中心。從地球運(yùn)動角度分析文昌發(fā)射中心的優(yōu)勢條件。緯度低，可充分借助地球自轉(zhuǎn)動力，節(jié)省燃料，降低發(fā)射成本。緯度條件：緯度越低，地球自轉(zhuǎn)線速度越大，越有利于節(jié)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(shè)備跟蹤測控，地勢高則地球自轉(zhuǎn)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(qū)地質(zhì)條件：地質(zhì)巖層穩(wěn)定交通位置：交通便利，有利于大型設(shè)備的運(yùn)輸。人口密度：航天基地最好布局在人口密度較小的地區(qū)，以保證安全?！倍⒌厍虻墓D(zhuǎn)1、定義地球繞太陽的運(yùn)動，叫作地球公轉(zhuǎn)。2、公轉(zhuǎn)方向自西向東，北極上空看，呈逆時(shí)針。3、公轉(zhuǎn)周期0102以恒星為參照物：太陽和某一個(gè)恒星在同一位置上的起點(diǎn)，當(dāng)觀測到太陽再回到這個(gè)位置時(shí)的時(shí)間間隔。1年的時(shí)間長度為365日6時(shí)9分10秒，稱為恒星年，這是地球公轉(zhuǎn)的真正周期。太陽連續(xù)兩次通過春分點(diǎn)的時(shí)間間隔。1年的時(shí)間長度為365日5時(shí)48分46秒，稱為回歸年。以太陽為參照物：4.公轉(zhuǎn)軌道和速度地球公轉(zhuǎn)的軌道是近似正圓的橢圓軌道，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)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(yuǎn)慢開普勒第二定律太陽系中太陽和運(yùn)動中的行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。思考春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)把地球公轉(zhuǎn)軌道等分為兩部分。通常年份，北半球夏半年的日數(shù)是186天，冬半年的日數(shù)是179天，造成這種日數(shù)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(zhuǎn)平面）與地球赤道平面（自轉(zhuǎn)平面）之間的夾角黃赤交角是一個(gè)相對穩(wěn)定的角度，當(dāng)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(shù)

黃赤交角與極圈度數(shù)互余1、相關(guān)概念：一軸、兩面、三角度太陽直射點(diǎn)：地表接受太陽垂直照射的點(diǎn)；地球表面太陽高度角為90°的點(diǎn)；地心與太陽光的連線與地球表面的交點(diǎn)。影響思考1：如果地球“身體站直”公轉(zhuǎn)，太陽直射點(diǎn)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(shí)際上在地球公轉(zhuǎn)過程中，太陽直射點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)繼續(xù)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(diǎn)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(diǎn)繼續(xù)北移。到了夏至日，太陽再次直射23°26′N。太陽直射點(diǎn)在23°26′S、23°26′N之間的往返運(yùn)動，稱為太陽直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動。活動：繪制太陽直射點(diǎn)回歸運(yùn)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(diǎn)在地球表面的移動速度：變快課堂小結(jié)1自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)定義繞地軸旋轉(zhuǎn)。北極星仰角=當(dāng)?shù)氐木暥壤@太陽運(yùn)動方向自西向東（北逆南順）自西向東周期恒星日（時(shí)間、意義）恒星年（時(shí)間、意義）太陽日（時(shí)間、意義）回歸年（時(shí)間、意義）速度角速度1近快、7遠(yuǎn)慢線速度（計(jì)算方法、影響因素）應(yīng)用航天發(fā)射問題課堂小結(jié)2黃赤交角產(chǎn)生黃道平面與赤道平面的夾角影響回歸運(yùn)動（示意圖）五帶的劃分變化及其影響案例探究

地球自轉(zhuǎn)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(zhì)時(shí)期地球自轉(zhuǎn)的情況。在6億多年前，地球上一年大約有424天，表明那時(shí)地球自轉(zhuǎn)速率比現(xiàn)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(jīng)過一百年，地球自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角動量變小，從而引起月球以每年3～4厘米的速度遠(yuǎn)離地球，使月球繞地球公轉(zhuǎn)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(nèi)部地核和地幔的耦合、地球表面物質(zhì)分布的改變等也會引起地球自轉(zhuǎn)長期變化。恒星日為23時(shí)56分4秒；太陽為24小時(shí)其中有公轉(zhuǎn)的3分56秒。不規(guī)則變化"年際變化"地球自轉(zhuǎn)速度除上述長期減慢外，還存在著時(shí)快時(shí)慢的不規(guī)則變化，這種不規(guī)則變化同樣可以在天文觀測資料的分析中得到證實(shí)，其中從周期為近十年乃至數(shù)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(dá)到約±3毫秒，引起這種變化的真正機(jī)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(xué)者認(rèn)為，與地球自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量變化有關(guān)。年際變化的幅度為0.2～0.3毫秒，相當(dāng)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(dāng)?shù)囊恢滦?，這可能與全球性大氣環(huán)流有關(guān)。然而引起這種一致性的真正原因正處于進(jìn)一步的探索階段。此外，地球自轉(zhuǎn)的不規(guī)則變化還包括幾天到數(shù)月周期的變化，這種變化的幅度約為±1毫秒。地球自轉(zhuǎn)的周期性變化地球自轉(zhuǎn)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(jié)性變化，是二十世紀(jì)三十年代發(fā)現(xiàn)的，它表現(xiàn)為春天地球自轉(zhuǎn)變慢，秋天地球自轉(zhuǎn)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(fēng)的季節(jié)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(zhuǎn)具有周日和半周日變化是在最近的十年中才被發(fā)現(xiàn)并得到證實(shí)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(zhuǎn)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(guān)數(shù)據(jù)。完成小題。1.與圖中所示信息最接近的節(jié)氣是()A.春分 B.夏至

C.秋分 D.冬至2.圖示當(dāng)天太陽直射點(diǎn)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(shí)段內(nèi)，宜豐的正午太陽高度最接近()A.50° B.60° C.70° D.8