地球的自转和公转课件

第一章

地球的运动第一节

地球的自转和公转课标要求：

结合实例，说明地球运动的地理意义。学习目标：结合示意图，掌握地球自转和公转的基本特征；结合实例，分析航天基地选择的区位条件；观察示意图，理解并分析黄赤交角的产生、变化及其意义。傅科摆实验为了证明地球在自转，法国物理学家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的摆动实验，傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎先贤祠最高的圆顶下方进行，摆长67米，摆锤重28公斤，悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度。这种摆惯性和动量大，因而基本不受地球自转影响而自行摆动，并且摆动时间很长。在傅科摆试验中，人们看到，摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。分析这种现象，摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到相对运动现象，从而有力地证明了地球是在自转.傅科摆放置的位置不同，摆动情况也不同。在北半球时，摆动平面顺时针转动；在南半球时，摆动平面逆时针转动。而且纬度越高，转动速度越快，在赤道上的摆几乎不转动，在两极极点旋转一周的周期则为一恒星日（23小时56分4秒），简单计算中可视为24小时。傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15°tsinφ来求，单位是度。式中φ代表当地地理纬度，t为偏转所用的时间，用小时作单位，因为地球自转角速度1小时等于15°，所以，为了换算，公式中乘以15°地球的自转地球的公转地球的自转和公转一、地球的自转1、定义地球围绕其自转轴的旋转运动。地轴：地球的自转轴（假想轴），方向永远指向北极星附近。（1）为什么这些恒星在天空中看起来都围绕北极星附近做圆周运动？2011年11月，一个晴朗无月的夜晚在中国科学院国家天文台兴隆观测站拍摄，团队将相机对准北极星附近的星空并固定好，通过长达六小时的曝光，得到一张绚丽的星轨照片。地球围绕地轴不停自转。地轴的北端始终指向北极星附近。在北半球观察,恒星似乎围绕北极星附近作圆周运动。A若A点的纬度为30°N，求A点的北极星仰角度数。αβα=βγθβ＋γ=90°θ＋γ=90°θ=β=αθ是纬度，α是北极星的仰角，所以北半球某地北极星的仰角等于该地的纬度。最大位置在北极点，为90°，南半球看不到北极星。3、自转周期（1）以太阳为参照物：太阳的中心连续通过同一子午线的时间间隔。此时地球自转360°59′，所用时间：24小时，即为一个太阳日。（2）以遥远的恒星为参照物：同一子午线两次对向同一颗恒星的时间间隔。此时地球自转360°，所用时间：23小时56分4秒，即为一个恒星日。4、自转速度（角速度和线速度）（1）角速度（单位时间内转过的角度）360°÷23h56′4″≈15°/h≈1°/4min南北两极点自转角速度为0（2）线速度（单位时间内转过的弧长）赤道上的线速度：V=4万km÷23h56′4″≈1670km/h某条纬线上的线速度：Vα=4万km×cosα÷23h56′4″≈1670cosαkm/h自转线速度由赤道向两极递减，两极点为0。思考1.地球自转线速度由赤道至两极有什么变化规律？2.南北两极点的角速度和线速度分别是多少？3.分别计算赤道和北纬60°地球自转线速度，说明他们有什么关系？思考：除了纬度以外，还有什么因素影响线速度的大小？地球同步卫星的自转线速度与赤道的自转线速度相比，哪个大？在纬度相同情况下，海拔越高的地方自转线速度越大。地球自转速度的分布规律及影响因素因素影响关系纬度纬度相同，线速度相同负相关纬度越低，线速度越大海拔海拔越高，线速度越大正相关线速度等值线的判读自转线速度由北向南递增的为北半球，递减的为南半球。自转线速度介于1670~1447km/h的位于低纬度地区，介于837~1447km/h的位于中纬度地区，介于0~837km/h的位于高纬度地区。837km/h1447km/hAB凸高为山凸低为谷地球自转的应用：卫星发射问题思考1：从海拔和纬度角度分析，我国航天发射场的分布特征。思考2：发射航天器时，一般朝向什么方向？为什么？分布在低纬度和高海拔地区向东发射。可获得

较大初速度，节省燃料。航天发射场的选址海南文昌是我国继西昌、酒泉、太原之后建设的第四个航天发射中心。从地球运动角度分析文昌发射中心的优势条件。纬度低，可充分借助地球自转动力，节省燃料，降低发射成本。纬度条件：纬度越低，地球自转线速度越大，越有利于节省燃料。气候条件：气候干旱，降水稀少;天气晴朗，能见度高。地形条件：地形平坦开阔，地势相对较高(平坦开阔利于地面设备跟踪测控，地势高则地球自转的线速度较大)。气象条件：要尽量选择晴朗天气多、大气污染轻、透明度高的地区地质条件：地质岩层稳定交通位置：交通便利，有利于大型设备的运输。人口密度：航天基地最好布局在人口密度较小的地区，以保证安全。”二、地球的公转1、定义地球绕太阳的运动，叫作地球公转。2、公转方向自西向东，北极上空看，呈逆时针。3、公转周期0102以恒星为参照物：太阳和某一个恒星在同一位置上的起点，当观测到太阳再回到这个位置时的时间间隔。1年的时间长度为365日6时9分10秒，称为恒星年，这是地球公转的真正周期。太阳连续两次通过春分点的时间间隔。1年的时间长度为365日5时48分46秒，称为回归年。以太阳为参照物：4.公转轨道和速度地球公转的轨道是近似正圆的椭圆轨道，太阳位于椭圆的一个焦点上。，A→B角速度和线速度都减慢B→A角速度和线速度都加快1近快，7远慢开普勒第二定律太阳系中太阳和运动中的行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。思考春分点和秋分点把地球公转轨道等分为两部分。通常年份，北半球夏半年的日数是186天，冬半年的日数是179天，造成这种日数差异的原因是什么？三、黄赤交角黄赤交角就是地球黄道平面（公转平面）与地球赤道平面（自转平面）之间的夹角黄赤交角是一个相对稳定的角度，当前为23°26′1、概念（1）一轴：地轴（2）两面:指赤道平面与黄道平面（3）三角度：黄道平面与赤道平面的交角为23°26′地轴与黄道平面的夹角为66°34′地轴与赤道平面的夹角为90°黄赤交角＝回归线的度数

黄赤交角与极圈度数互余1、相关概念：一轴、两面、三角度太阳直射点：地表接受太阳垂直照射的点；地球表面太阳高度角为90°的点；地心与太阳光的连线与地球表面的交点。影响思考1：如果地球“身体站直”公转，太阳直射点在地球表面的纬度位置会移动吗？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，不变化冬至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：实际上在地球公转过程中，太阳直射点在地球表面的纬度位置会移动吗？如何移动？北半球夏至日（6月22日前后），太阳直射23°26′N，之后太阳直射点逐渐南移。到了秋分日（9月23日前后），太阳直射赤道，之后太阳直射点继续南移。到了北半球冬至日（12月22日前后），太阳直射23°26′S，之后太阳直射点逐渐北返。到了春分日（3月21日前后），太阳直射赤道，之后太阳直射点继续北移。到了夏至日，太阳再次直射23°26′N。太阳直射点在23°26′S、23°26′N之间的往返运动，称为太阳直射点的回归运动。活动：绘制太阳直射点回归运动示意图—课本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）有阳光直射无阳光直射，无极昼极夜无阳光直射，无极昼极夜无阳光直射，有极昼极夜无阳光直射，有极昼极夜（2）五带的划分a3、黄赤交角变化的影响若黄赤交角变大：各温度带范围的变化：热带、寒带范围变大，温带范围缩小极昼极夜范围的变化：变大太阳直射点在地球表面的移动速度：变快课堂小结1自转公转定义绕地轴旋转。北极星仰角=当地的纬度绕太阳运动方向自西向东（北逆南顺）自西向东周期恒星日（时间、意义）恒星年（时间、意义）太阳日（时间、意义）回归年（时间、意义）速度角速度1近快、7远慢线速度（计算方法、影响因素）应用航天发射问题课堂小结2黄赤交角产生黄道平面与赤道平面的夹角影响回归运动（示意图）五带的划分变化及其影响案例探究

地球自转速度变化的原因通过对月球、太阳和行星的观测资料和对古代月食、日食资料的分析，以及通过对古珊瑚化石的研究，可以得到地质时期地球自转的情况。在6亿多年前，地球上一年大约有424天，表明那时地球自转速率比现在快得多。在4亿年前，一年有约400天，2.8亿年前为390天。研究表明，每经过一百年，地球自转周期减慢近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，使地球自转角动量变小，从而引起月球以每年3～4厘米的速度远离地球，使月球绕地球公转的周期变长。除潮汐摩擦原因外，地球半径的可能变化、地球内部地核和地幔的耦合、地球表面物质分布的改变等也会引起地球自转长期变化。恒星日为23时56分4秒；太阳为24小时其中有公转的3分56秒。不规则变化"年际变化"地球自转速度除上述长期减慢外，还存在着时快时慢的不规则变化，这种不规则变化同样可以在天文观测资料的分析中得到证实，其中从周期为近十年乃至数十年不等的所谓"十年尺度"的变化和周期为2～7年的所谓"年际变化"，得到了较多的研究。十年尺度变化的幅度可以达到约±3毫秒，引起这种变化的真正机制尚不清楚，其中最有可能的原因是核幔间的耦合作用，也有学者认为，与地球自转的转动惯量变化有关。年际变化的幅度为0.2～0.3毫秒，相当于十年尺度变化幅度的十分之一。这种年际变化与厄尔尼诺事件期间的赤道东太平洋海水温度的异常变化具有相当的一致性，这可能与全球性大气环流有关。然而引起这种一致性的真正原因正处于进一步的探索阶段。此外，地球自转的不规则变化还包括几天到数月周期的变化，这种变化的幅度约为±1毫秒。地球自转的周期性变化地球自转的周期性变化主要包括周年周期的变化，月周期、半月周期变化以及近周日和半周日周期的变化。周年周期变化，也称为季节性变化，是二十世纪三十年代发现的，它表现为春天地球自转变慢，秋天地球自转加快，其中还带有半年周期的变化。周年变化的振幅为20～25毫秒，主要由风的季节性变化引起。半年变化的振幅为8～9毫秒，主要由太阳潮汐作用引起的。此外，月周期和半月周期变化的振幅约为±1毫秒，是由月亮潮汐力引起的。地球自转具有周日和半周日变化是在最近的十年中才被发现并得到证实的，振幅只有约0.1毫秒，主要是由月亮的周日、半周日潮汐作用引起的。地球自转速度也有长周期变化，包括78,52,22及11年左右的周期变化。下表为宜丰（28°N，115°E）某两日的日出日落相关数据。完成小题。1.与图中所示信息最接近的节气是()A.春分 B.夏至

C.秋分 D.冬至2.图示当天太阳直射点的位置和移动方向是()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.该时段内，宜丰的正午太阳高度最接近()A.50° B.60° C.70° D.8