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地球的自转
GEOGRAPHY
导 语
太阳东升西落,斗转星移轮回,昼夜长短不一,春夏秋冬交替,这些现象都与地球的运动密切相关。自转公转,赤道黄道,回归往返,日日年年……地球的运动遵循着自然法则,蕴藏着无穷奥秘,更赋予我们的生活以斑斓的色彩。
探 究
我国建设酒泉、太原、西昌三大内陆卫星发射基地后,又在海南文昌新建了航天发射基地。2016年11月3日20时,我国新一代重型运载火箭“长征五号”在文昌发射升空。“长征五号”是目前我国运载能力最强、推力最大的火箭,也是运载能力居世界第三位的火箭。
图1-1 “长征五号”火箭升空
图1-2 我国四大卫星发射基地分布
地球自转
目 录
CONTENTS
01
02
地球自转的地理意义
PART 01
地球自转
地球的自转方向
-02
北极星
地 轴 E-axis
北半球俯视图
逆时针旋转
南半球俯视图
顺时针旋转
S
N
地球自西向东绕地轴在不停地旋转,这是地球的自转。从北极上空看,地球呈逆时针方向旋转;从南极上空看,地球呈顺时针方向旋转。地球自转一周所需的时间,就是地球的自转周期。
图1-3 地球自转示意
地球自转一周所需的时间是一日。在计算自转周期时,选定的参考点不同,一日的时间长度和名称略有差别。
地球自转
探 究
傅科摆
1851年,法国物理学家傅科(1819—1868)在巴黎先贤祠成功地进行了一次著名的摆动实验,傅科摆由此而得名。傅科用一根长67米的细钢丝绳作为摆线,上端悬挂在先贤祠大厅的穹顶上,下端吊一个重28千克的金属球作为摆锤,摆锤下方嵌一枚尖针,地面放置沙盘。这样,当摆锤往复摆动的时候,尖针便在沙盘上画出一道道痕迹。由于地面(沙盘)随地球自转缓缓移动,摆锤每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并慢慢发生旋转。傅科的演示生动地证明:地球绕地轴在不停地旋转。
图1-4 法国巴黎先贤祠的傅科摆
地球自转
阅 读
地球在自转的同时,也绕太阳公转。以太阳为参考点,地球自转一周叫作一个太阳日;以恒星为参考点则称为恒星日。据此,完成相关任务。
1. 将一个小的球体放置在桌面上,进行两项模拟演示。
(1)恒星日模拟:演示者面向小球自西向东原地转动身体,转动一周后停顿下来,此时演示者会再一次面向小球。(说明:由于恒星距离地球非常遥远,从恒星上看,一日内地球在公转轨道上的位置几乎不变,其移动距离可忽略不计。)
图1-5 太阳日与恒星日示意
地球自转
活 动
图1-5 太阳日与恒星日示意
(2)太阳日模拟:演示者面向小球自西向东转动身体,在转动的同时,自西向东移动自己的位置,转动一周后停顿下来,此时演示者并未面向小球,只有再转动一个较小的角度后,才会再一次面向小球。
地球自转
活 动
图1-5 太阳日与恒星日示意
2.读图1-5,比较太阳日与恒星日的差异,根据已学知识,以太阳日为标准,计算一个恒星日的时间长度,并将结果填入下表。
名称
太阳日
恒星日
地球自转的角度
360°
时间长度
24时0分
时 分
应用价格
地球自转的真正周期
地球自转
活 动
今晚20:00,小王从天文望远镜中欣喜地看到织女星,若保持望远镜位置和方向不变,明晚小王想再次在望远镜中看到织女星,应该什么时刻看?
恒星
Fixed Star
恒星
Fixed Star
A
地球的自转周期 The rotation period of the earth
-03
太阳 SUN
地球自西向东自转,自转一周的时间是1日
选定的参照物不同,1日的时间长度略有差别,名称也不同
恒星
Fixed Star
地球的自转周期
-03
太阳 SUN
恒星
Fixed Star
如果以遥远的恒星为参照物,则1日的时间长度为23时56分4秒
称为恒星日,是地球自转的真正周期
23时56分4秒
A
A
恒星
Fixed Star
A
地球的自转周期 The rotation period of the earth
-03
太阳 SUN
如果以太阳为参照物
则1日的时间长度为24时,称为太阳日
24时
恒星
Fixed Star
A
A
地球自转速度可用角速度和线速度来描述。根据地球自转的周期,可以知道地球自转的角速度约为15 ° /时。地球表面除南北两极点外,任何地点的自转角速度都相同。而地球自转的线速度,则由于纬度的不同而有差异。
地球自转
地球自转的速度
α
α
l1
l2
0°
60°
1、什么是角速度?说出地球自转角速度的分布规律。
2、什么是线速度?说出地球自转线速度的分布规律。
角速度
概 念:单位时间内转过的角度。(α)
分布规律:除两极点外,任何地点的自转角速度都等于15°/h,(极点角速度=0)。
线速度
概 念:单位时间内经过的路程。(l)
分布规律:由赤道向两极递减,赤道最大,极点线速度=0。
w=y/t
(w角速度 y走过的弧度 t时间)
V=S/t
(V线速度 S走过的弧长 t时间)
地球自转的速度
分别计算赤道和北纬60°地球自转线速度,说明它们有什么关系?
R
r
θ
地心
赤道
N
0°
60°
任一纬线的自转线速度=
纬线圈周长
自转周期
纬线圈周长=
2πr
=2πR·cosθ
=40000·cosθ 千米
60°纬度的自转线速度约为赤道的一半。
60°纬线圈周长=40000·cos60千米
=20000千米
自转周期相同
地球自转
1.假设地球是正球体(地球半径取6371千米),完成下表内容(将计算结果精确到个位)。
纬度
线速度/(千米/时)
0°
30°
45°
60°
90°
活 动
活动
1.假设地球是正球体(R=6371km),完成下表。
纬度 0 30 45 60 90
线速度Km/h
1670
1447
1178
835
0
2.将上述计算结果标注在图1-6的相应位置上,再归纳地球自转线速度随纬度变化的规律。(略)
3.根据对珊瑚化石生长纹的研究,在距今3.7亿年前,1年约有400天。议一议,这一地理现象表明地球自转速度在怎样变化?导致其变化的主要原因可能是什么?
图1-6 地球自转的角速度和线速度
在同一纬度,随着海拔的上升,线速度将会怎么变化呢?
地球自转
活 动
知识拓展
地球赤道同步卫星,其公转角速度、线速度与地球对应点的关系如何?
提示:同步卫星的公转角速度与地面对应点的角速度相同,线速度大于地面的对应点。
PART 02
地球自转的地理意义
地球自转的地理意义
(一)导致昼夜交替现象
地球是一个不发光、不透明的球体,因而在同一时间里,太阳只能照亮地球表面的一半。向着太阳的半球,是白昼;背着太阳的半球,为黑夜。昼半球与夜半球的分界线,称为晨昏线(圈)。由于地球不停地自转,昼夜也就不断地交替。因此,各地温度发生昼夜变化,生物形成昼夜节律(又称“生物钟”)。
图1-7 昼半球与夜半球
晨昏线(圈)把所经过的纬线圈分割成昼弧和夜弧。
昼夜交替
地球不发光、不透明 → 昼夜现象
地球自转
昼夜
更替
地球自转的地理意义
动手演示昼夜交替现象,完成相关任务。
为了取得理想的演示效果,本活动宜在悬挂不透光窗帘的房间内开展,也可在夜间进行。演示步骤及相关要求如下:
①在一张较大的桌子上,将一盏台灯放置在桌面中央代表太阳,在离台灯约1米远的桌边,放上一个地球仪代表地球。
②关闭房间门窗、拉上窗帘、熄灭灯光,在黑暗的房间里,打开台灯,看一看地球仪哪些部分被照亮,哪些部分照不到,观察昼半球、夜半球和晨昏线(圈)。
③在地球仪上标注你所在的大致位置,自西向东匀速转动地球仪,大约每5秒钟旋转1周。观察你所在的位置什么时候是亮的,什么时候是暗的。
活 动
地球自转的地理意义
1.在上面的演示中,昼夜交替现象是怎样产生的?多少秒钟代表1日?
2.晨昏线(圈)由晨线和昏线组成。顺着地球自转的方向,由夜入昼,为晨线;由昼入夜,为昏线。自西向东拨动地球仪,分别演示你所在的位置处于晨线和昏线上的情形。
3.在地球仪上找到北京和纽约,调整地球仪在桌子上的摆放方位,自西向东拨动地球仪,看一看,两地是否可以同时处在昼半球或夜半球?
活 动
夜 昼
晨线
昼 夜
昏线
昼夜交替与晨昏线 Alternation of day and night and twilight line
Earth Movement
Geographical significance of earth movement……
昼夜交替与晨昏线 Alternation of day and night and twilight line
-01
夜半球
昼半球
晨线
昏线
夜晚进入白昼
白昼进入夜晚
地球自转的地理意义
(二)物体水平运动方向发生偏转
受地球自转的影响,沿地表做水平运动的物体,无论朝着哪个方向运动,都会偏离其初始的运动方向。在北半球,向其运动方向的右侧偏转;在南半球,向其运动方向的左侧偏转。促使物体水平运动方向发生偏转的力,称为地转偏向力。沿赤道运动的物体,不受地转偏向力的影响,其运动方向不发生偏转。
地球自转的地理意义
地转偏向力由法国工程师和数学家科里奥利(1792—1843)首先确定,故又称科里奥利力,简称科氏力。地转偏向力只作用于水平运动的物体,始终垂直于物体的水平运动方向,它只能改变物体运动的方向,而不能改变其速率。地转偏向力随纬度的增高和物体水平运动速度的增加而加大。
地转偏向力对许多地理事物会产生深远影响。例如,在北半球,河流对右岸的冲刷往往比左岸强烈,常导致大河右岸相对陡峻,左岸相对平缓;高速列车正常运行时,右侧轨道受到的压力比左侧轨道要大;气流、洋流的流向也会因地转偏向力的作用而发生偏转。
阅 读
地球自转的地理意义
(三)产生时差
地球自西向东自转,在同一纬度地区,相对而言,东边的地点比西边的地点先看到日出。这样,时刻就有了早晚之分。东边的地点比西边的地点时刻要早。这种因经度不同而出现的不同时刻,称为地方时。同一时刻,地球上不同经度的地方,有不同的地方时。经度每隔15°,地方时相差1小时;经度每隔1 °,地方时相差4分钟。经度相同的地方,地方时相同。
地方时的早晚示意
A
B
地方时的计算
地球自转的地理意义
时区和区时
为了便于使用,国际上规定将全球划分为24个时区,每个时区跨15个经度。各时区都以本时区中央经线的地方时作为本区的统一时间,这叫作区时,又称标准时。
图1-8 世界时区分布
使用地方时很不方便。1884年的国际经度会议决定,按统一标准划分全球时区,实行分区计时的办法。
地球自转的地理意义
1.议一议世界时区划分方案的合理性,并说明理由。
2.已知某地的经度,根据你学习过的地理和数学知识,提出求该地时区的简捷方法,并举例说明。
活 动
地球自转的地理意义
一般而言,位于同一时区的各地,采用相同的区时;位于不同时区的各地,采用各自的区时;相邻时区的区时相差1小时。在同一日期内,东早西迟。
区时的换算
地球自转的地理意义
根据下列材料,完成相关任务。
已知一个地方的区时,求另外一个地方的区时时, 先计算出两个地方的时区之差。如果所求的地方在已知地方的东边,则加上这个差值;如果在西边,则减去这个差值。例如,纽约位于西五区,当北京时间(东八区区时)是8日下午4时时,纽约的时间为(12+4)-(8+5)=3,即纽约是8日凌晨3时。
1.在类似上面的计算中,如果两项相加超过了24小时,应该怎么办?如果两项相减不够减时,又该怎么办?
活 动
地球自转的地理意义
2.因为地球是球形的,所以东西相距较远的甲、乙两地,我们既可以说乙地在甲地的东边,也可以说乙地在甲地的西边。这时按照上面的方法进行日期和时间的计算,会出现什么样的结果呢?读图1-8,用不同的方法计算纽约的日期和时间,将计算结果填入下表。
城市
按照乙地在甲地的西边计算
按照乙地在甲地的东边计算
日期
时间(区时)
时间(区时)
日期
甲:北京
乙:纽约
设定:9月8日
设定:9月8日
设定:10时
设定:10时
计算:
计算:
计算:
计算:
活 动
地球自转的地理意义
3.从上述计算结果中,可以看出什么问题?你认为应该如何解决这样的问题?试提出一些具体的方案。
活 动
区时计算
3.区时=已知区时±时差(东加西减)
2.区时差=时区差(同减异加)
1.时区换算=经度/15 (四舍五入取整数)
例题:北京时间为10月1日8点,求纽约时间
除非特别说明。当地时间都是使用区时
地球自转的地理意义
在世界地图或地球仪上,可以看到一条大体沿180°经线穿行的折线,这就是国际日界线。它的设定,旨在消除因地球是球形而导致的日期换算的不同结果。为了确保180 °经线上同一地区和岛屿的地方日期相同,故在有的地方改用折线。
日期和国际日界线
地球自转的地理意义
1.读图1-8,完成相关任务。
(1)在进行日期和时间的计算时,如果“穿越”了国际日界线,应该怎样计算?将你认为正确的方法提出来,与同学交流。
(2)有了国际日界线,在世界时区中就有了一个特殊的时区,为什么?
图1-8 世界时区分布
活 动
地球自转的地理意义
2.世界同时存在着两个不同的日期:一部分已进入“今天”,另一部分仍滞留在“昨天”。划分“今天”与“昨天”的日期分界线有两条,一条是国际日界线,另一条是夜半线,即地方时为24时(或0时)的那条经线。据此,完成相关任务。
(1)跟随地球自转,哪条日期分界线是不断移动的,向什么方向移动?
(2)设计示意图,表示世界“今天”与“昨天”的范围,并与同学交流。
(3)2008年8月8日20时,第二十九届夏季奥林匹克运动会开幕式在北京国家体育场隆重举行。这一时刻,全世界是否处在同一天?议一议,什么情况下,全世界同属“今天”?
日界线
N
0°
180°
90°E
90°W
120°E [12:00]
60°W [0:00]
180°
人为[固定]日界线
自然[变动]日界线
7月6日
7月7日
谢谢观看