第五讲 地球的运动

1、第五讲地球的运动第五讲地球的运动 地球的自转地球的自转地球的公转地球的公转 第一节地球的自转第一节地球的自转 自转的发现及证明自转的发现及证明 自转的规律性自转的规律性 自转的后果自转的后果 地球自转的发现及证明地球自转的发现及证明 自转的发现 天体的周日运动 自转的证明 两极扁缩 落体偏东 傅科摆的偏转 北极 南极 天体的周日运动天体的周日运动 日月星辰 以日为周期在 天球上绕地球 自东向西运动 的现象 周 日 圈 上中天 下中天 两极扁缩两极扁缩 地球的赤道半径和极半径 赤道半径6378km 极半径6357km F F1 F2 F F1 F2 落体偏东落体偏东 B A B 东 含义 从高处

2、下落的物体，并不垂 直的降落到地面点，而是 稍稍偏向东方的点。 原因 物体的惯性使落体在下落 过程中保持这一较大的速度 A B 地球的自转使落体具有更 大的线速度 V 傅科摆偏转傅科摆偏转 原理 惯性使摆的摆动方 向超然于地球自转。 傅科摆实验 傅科摆特点 傅科摆是法国物理学家 傅科在1851年为证明地 球自转而设计的一种摆。 傅科摆的特点傅科摆的特点 特殊的悬挂装置 长摆绳 重摆锤 刻有度数的圆盘 傅科摆实验傅科摆实验 1851年，傅科 在巴黎万神庙用单 摆成功的作了一次 著名的实验，用以 证明地球自转。 图为万神庙外 观。 悬挂于大厅的傅科摆悬挂于大厅的傅科摆 摆绳长67米 摆锤重27千克

3、 下方为直径米的沙盘 地球真的在转动地球真的在转动 傅科摆每经过一个 周 期的震荡，在沙盘 上画出的轨迹都会偏 离原来的轨迹，在直 径6米的沙盘边缘，两 个轨迹之间相差大约3 毫米。 “地球真的是 在转动啊”，有的人 不禁发出了这样的感 慨。 150年前 傅科摆实验 所用的 沙盘 和标尺 现仍 保存于巴黎 万神庙大厅。 N S P P 地球自转的规律性地球自转的规律性 极移和进动 极移 两极在地表的移动 各地经纬度的微小变化 地轴进动概念原因后果 方向、周期和速度 N S N S 极移曲线极移曲线 15m 地轴进动地轴进动 陀螺的进动 地轴以25800年为周期，以黄赤 交角为角半径绕黄轴自东向

4、西的 旋转运动 速度： 50.29/年 地轴地轴 黄轴黄轴 地轴进动原因地轴进动原因 地球的形状 黄赤交角 地球的自转 F1 F2 PK 扁球体附加引力 促使天轴向黄轴靠拢 惯性力图保持地轴 的空间指向 地轴进动后果地轴进动后果 天极的改变 极星的变迁 春分点的西移 K P 极星的变迁极星的变迁 春分点的西移春分点的西移 K P 周期： 25800年 速度： 50.29/年 方向： 自东向西 地球自转方向地球自转方向 右手拇指指向北极，则四指 环绕方向为地球自转方向 右手定则 自西向东 6060 3030 00 南极南极 南极：顺时针 6060 3030 00 北极北极 北极：逆时针 判断下列

5、各图中地轴北端的指向判断下列各图中地轴北端的指向 或者地球自转方向或者地球自转方向 N 地球自转的周期地球自转的周期恒星日恒星日 某恒星连续两次通过某 地上中天的时间间隔。 恒星日 太阳日 1恒星日23小时56分 1太阳日24小时 太阴日 1太阴日24小时50分 6060 3030 00 北极北极 A 恒星日与太阳日的区别恒星日与太阳日的区别 太阳日比 恒星日约 长4分钟。 P P P E1 E2 E3 59 在一个太阳 日中： 地球自转了 360 59 恒星日与太阴日的区别恒星日与太阴日的区别 M1 M2 1338 M3 在1太阴日中， 地球自转了 373 38 太阴日比恒星 日长54分钟,

6、 比太阳日长50 分钟 三种周期的比较三种周期的比较 参考点地球自转角度 所需时间 恒星日 太阳日 太阴日 地球自转速度地球自转速度 角速度 线速度 3600 360023h56m150/h 随纬度的升高而减小； 随高度的升高而增大。 单位时间内地球绕轴 自转的角度 地球自转线速度地球自转线速度 465m/s4万km/日 赤道上 在纬度处 2 r T 2R T 2Rcos T cos h rh 在高度h处 h 2 r h T 2(R+h)cos T 地球自转速度的变化地球自转速度的变化 长期变化 季节变化 不规则变化 月球对于地球的潮汐作用使地球 自转不断减慢。日的长度大约 在100年内增长毫

7、秒。 气团的季节性移动造成的振幅约 为2025毫秒的季节变化。 地球内部物质的移动或太阳活动 的影响 ，没有一定规律。 地球自转的后果地球自转的后果 天体的周日运动 水平运动的 左右偏转 不同天体的周日运动 不同纬度的周日运动 不同天体的周日运动不同天体的周日运动 恒星的周日运动是地 球自转的单纯反映 旋轴方向周期 太阳的周日运动有地球公转的因素 月球的周日运动有月球公转的因素 思考？ 周期为太阳日。 周期为太阴日。 恒星周日运动反映了地球自转恒星周日运动反映了地球自转 思考思考 某恒星21：00位于某地上中天， 第二天它位于该地上中天的时间是 几点？ 月亮某日18：00位于某地上中天， 第二

8、天它位于该地上中天的时间是 几点？ 不同纬度的周日运动不同纬度的周日运动 Z P 90 恒显星 出没星 恒隐星 对于40N来说， 下列赤纬的天体 属于哪类恒星？ +40 +70 -50 -70 三类恒星的范围三类恒星的范围 范围赤纬 恒显星 出没星 恒隐星 高于90的恒星 介于(90)）之间 高于(90)的恒星 距离仰极以内 天赤道两侧 90的距离内 距离俯极以内 60N所见的天体周日运动情况所见的天体周日运动情况 天北极为仰极，天体的周日圈与地平 圈呈30角。 赤纬高于+ 30的北天天体为恒显星。 赤纬在 30之间的天体为出没星。 赤纬高于|- 30 |的南天天体为恒显星。 水平运动的左右偏

9、转水平运动的左右偏转 原因 科里奥利力 地转偏向力 F=2mvSin 用经纬线的偏转解释运动偏向用经纬线的偏转解释运动偏向 N 地球上的方向是以经 纬线为标准的。 由于地球自转，经纬 线的方向是变化的。 惯性使物体力图保持 原运动状态不变。 s 作业作业 什么是地轴进动？其后果是什么？ 比较恒星日、太阳日、太阴日的区别。 说明600N，300S，900S所见到的恒星 周日运动情况。 用经纬线的偏转解释地球上水平运动 物体的偏向。 78 第7、9题。 地球的公转地球的公转 公转的后果 公转的规律公转的证明 地球公转及其证明地球公转及其证明 恒星的周年视差 恒星的光行差 视差位移 位移路线 位移大

10、小 光行差位移及路线 恒星的视差位移恒星的视差位移 由于地球在轨道上的位 移而引起的恒星的视位置在 天球上改变的现象 视差位移路线视差位移路线 周年视差 周年视差 视差位移大小视差位移大小 周年视差：地球的轨道半径 对恒星的最大张角。 关于恒星周年视差的测定关于恒星周年视差的测定 哥白尼 恒星没有这种现象（周年视差），说明 它们的距离太大，以至地球轨道同它们 相比可以忽略不计，从而不能看到这种 现象。 开普勒 现在实验没有成功，不要紧，我相信将 来一定能够成功。或早或晚，或许是明 天，或许是百年之后，天文学家总有一 天会找出地球绕太阳运动的证据来。 最先测定的恒星的周年视差最先测定的恒星的周年

11、视差 观测者测定恒星测定年代 测定数值 现代测定值 白塞耳（德）天鹅座6118380.3140.30 亨德逊（英）南门二18390.980.76 斯特鲁维（俄）织女星18390.2610.124 白塞耳（1784-1846），德国著名的天文 学家和数学家，1837年，白塞尔发现天 鹅座61正在非常缓慢地改变位置，第二 年，他宣布这颗星的视差是0.31弧秒， 这是世界上最早测定的恒星视差之一。 光行差位移光行差位移 C V -V V合 S1S2 光行差位移：由于地球 轨道速度对星光方向的 影响，使恒星的视方向 和真方向之间存在一定 偏差的现象。 光行差常数： tg V C 0.0001 20.4

12、7 光行差位移路线光行差位移路线 地球公转的规律地球公转的规律 轨道和方向周期速度 地球公转轨道地球公转轨道 近日点 远日点 半长轴a1.496108km 半短轴b1.4958108km 近日距离1.471108km 远日距离1.521108km 月初通过近日点， 月初通过远日点。 近日点每年东旋11 近日点的东旋近日点的东旋 近日点在轨道上不固定， 东旋11/年。 黄赤交角与地轴的倾斜 黄赤交角黄赤交角 黄道面 赤道面 2326 K P 地球公转的周期地球公转的周期 恒星年 回归年 近点年 交点年 太阳在黄道上连续两次通过春分点的 时间间隔 太阳在黄道上连续两次通过同一恒星的 时间间隔 1恒

13、星年365.2564日 1回归年365.2422日 地球在轨道上连续两次通过近日点的 时间间隔 1近点年365.2596日 太阳在黄道上连续两次通过同一黄白交点 的时间间隔 1交点年346.6200日 岁差 恒星年与回归年恒星年与回归年 r1 r2 36003600 50.29 四种年的比较四种年的比较 周期参考点所用时间 公转角度 恒星年 回归年 近点年 交点年 地球公转速度地球公转速度 平均速度 3600 3600365.2564日59/日 角速度 线速度V29.78 km/S 速度的变化 61/日30.3 km/S 57/日29.3 km/S 近日点 远日点 地球公转的后果地球公转的后果

14、 太阳的周 年运动 行星同太 阳的会合 运动 太阳周年运动太阳周年运动 太阳以恒星年为周期在黄 道上自西向东的视运动 方向 周期 路线 二十四气 的含义 弧段等分点时段时刻 二十四气与黄道十二宫二十四气与黄道十二宫 行星与太阳的会合运动行星与太阳的会合运动 行星轨道速度比较 会合运动周期 距日越近，速度越大 地内地地外 行星与太阳相对位置的变化 行星的逆行 行星轨道速度比较行星轨道速度比较 Pb Pa a b 如图，设两行星的公转周期分别为Ta、 Tb ，公转速度分别为Va、Vb ， 则 Va=2a/ TaVb=2b/ Tb 根据开普勒第三定律， Tb2 Ta2 = b3 a3 Tb Ta = b3 a3 = b a b a = a b Tb Ta Va Vb = b a Va Vb 地内地地外 会合运动周期（会合运动周期（s s） Pb Pa 设在一个会合周期中，Pb转过的角 度为， 则Pa转过的角度为360+ = 360 Tb 360