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 FF1 F2 FF1F2落体偏东落体偏东BAB东含义从高处下落的物体，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

2、使落体在下落过程中保持这一较大的速度 AB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，

3、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。NSPP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NSNS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F1F2PK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

4、变迁春分点的西移KP极星的变迁极星的变迁春分点的西移春分点的西移KP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6060303000南极南极南极：顺时针6060303000北极北极北极：逆时针判断下列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6060303000北极北极A恒星日与太阳日的区别恒星日与太阳

5、日的区别太阳日比恒星日约长4分钟。PPPE1E2E359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M1M21338M3在1太阴日中，地球自转了373 38太阴日比恒星日长54分钟,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 rT2RT2RcosT cos hrh在高度h处h2 r hT2(R+

6、h)cosT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

7、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ZP90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

8、 |的南天天体为恒显星。水平运动的左右偏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小光行差位移

9、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视差观测者测定恒星测定年代 测定数值 现代测定值白塞

10、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CV-VV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 VC0.0001 20.47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

11、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 KP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

12、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r1r236003600 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PbPaab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，Tb2Ta2=b3a3TbTa=b3a3=baba =abTbTaVaVb =baVaVb地内地地外 会合运动周期（会合运动周期（s s）PbPa设在一个会合周期中，Pb