地球运动及其地理意义

第五章地球运动及其地理意义第一节地球运动的主要方式第二节地球自转及其地理意义第三节地球公转及地理意义第四节变化中的地球运动第一节地球运动的主要方式•自转•公转•月地绕转•地轴进动•极移•板块运动第二节地球自转及其地理意义思考题•1.如何证明地球的自转?•2.何谓地轴进动?其规律、成因与后果是什么？•3.何谓极移现象？其规律、成因与后果是什么？一、地球自转的证明1.落体偏东现象:自由落体总是偏落在铅垂线东侧的现象。2.傅科摆偏转现象:（1）摆的结构与特点:ABA'B'Ct东西②特点——摆动周期长速度慢（阻力小），惯性大维持时间长，摆动平面不受支架水平转动的牵连。（2）偏转现象：在北半球摆动平面发生顺时针偏转,南半球则相反。NCB=AA'BB'东偏位移=AA'-BB'=CB'①结构——重锤，长钢丝，万向节。傅科摆及其悬挂装置——万向节钢丝长67米锤重28公斤首次实验在巴黎保泰安教堂完成摆的运动可以超然于地球的自转，但悬挂摆的支架一般却要带动它参与地球的自转。为解决这一问题，傅科采取了一种简单而巧妙的装置－万向节（如图），从而使摆动平面超然于地球的自转。2摆动平面金属摆锤钢丝134小时北半球摆面偏转方向（2）偏转现象：在北半球摆动平面发生顺时针偏转，南半球则相反。摆面偏转的本质是地球自转北极南极图1.2?4傅科摆的偏转北半球顺时针偏转南半球逆时针偏转赤道无偏转(3)解释——说明地球在自转。二、地球自转的规律1、自转的周期（1）恒星日（23h56m）某恒星（或春分点）连续两次上中天的时间间隔（真周期，地球自转360°）。（2）太阳日（均值24h）日心连续两次上中天的时间间隔（昼夜更替的周期，地球平均自转360°59′）P161（3）太阴日（24h50m）月心连续两次上中天的时间间隔（潮汐周期，地球平均自转373°38′）太阳月亮同一恒星★★AA13°38′59′59′2、自转的速度（1）角速度——全球一致。=15°/小时（2）线速度V=（R+h）cosRh（3）的微小变化①季节性变化:由气团洋流的运动引起（±1/1000秒）②长期变慢——由潮汐摩擦引起（+1.6秒/10万年）。③不规则变化地内物质运动引起。大冰期自转快，间冰期自转慢。LP天北极P'天南极图A（三）地球自转的地理意义1、天球的周日运动PP'天赤道图B地平圈PP'图C地平圈①天体周日运动的轨迹（周日圈）平行于天赤道。②天体周日圈的大小随天体δ绝对值的增大而缩小。③地理纬度不同，天体周日圈的倾角不同θ=90°-||θ在西班牙哥林那地区1999.11.18拍到的狮子座流星雨南天极星留迹2、昼夜与时间的更替(1)昼夜更替——使太阳均匀加热地球,对生命活动有利。(2)时间交替——时区的产生。3、地球坐标的确定164-166（1)经纬线与地球上的方向（2）地理坐标的经纬度（3）地球上的距离4、物体水平运动的方向偏转C'AA'BACBNSB'①南北向弹体的偏转②东西向弹体的偏转AA'BB'OO'NS(1)现象:在北半球弹体偏向目标右方,南半球则偏左方。北半球:AA=BB'AA'(右偏)南半球:BB=CC'BB'(偏左)(2)解释:P166-168(3)地转偏向力(科里奥利力A)A=2mVsin在自转的地球上，每一个质点的圆运动的中心都在地轴上，惯性离心力的方向都垂直并背离地轴。如把一地的惯性离心力分解为垂直和水平方向的两个分力，那么，这后一分力作用下，物质有向赤道集聚的趋势，地球变成了扁球体。5、导致赤道隆起地球变扁•艾森彗星的行踪？（20131129）•–嫦娥三号发射（20131202）思考题1.何谓恒星的周年视差位移和恒星的光行差位移,两者之间有何区别?2.简述地球公转的规律(轨道参数,周期,速度)。3.古人如何发现太阳的周年视运动?第三节地球的公转运动一、地球公转的发现与证明(P168-170)1、公转的发现——1543年哥白尼提出日心说认为地球与行星是绕日公转的。2、公转的证明(1)恒星的周年视差位移(1838年由贝塞耳首测)AA'BB'比邻星=0.76天鹅座61=0.3秒差距=1/1秒差距=3.26光年比邻星的距离(秒差距)=1/=1/0.76=1.32(秒差距)=4.29(光年)(2)光行差(1725年由布拉德雷发现)——由于地球的公转运动,使恒星的视方向与其真方向产生的差角(k)。周年视差（2）光行差（1725年由布拉德雷发现）——由于地球的公转运动,使恒星的视方向与其真方向产生的差角（k）。真方向真方向CkK=20.5“①视差位移与光行差位移的方向差别AA'BB'ABA'B'视差位移方向光行差位移的方向Ve以下雨为例①视差位移与光行差位移的方向差别②光行差（K）的大小：K随Ve与C夹角的增大而增大。当Ve⊥C时K值最大，称为光行差常数。对于任意恒星，只要地球位于通过星日连线且垂直于地球轨道的平面与地球轨道的交点上，则该恒星的K值最大。③光行差常数：∵K角很小其所对的弦弧近似相等∴用弧度表示有：K=Ve/C=0.0000993化为角秒有:K=206265×0.0000993=20.48″Ve→→→→K（3）多普勒效应170二、地球公转的规律1.地球的轨道参数(1)轨道扁率=(a-b)/a=1/7000(2)黄赤交角=23°26'21.448北天极23°26'(3)日地距离(前面已述)2.地球公转周期(1)恒星年——日心连续两次通过黄道同一恒星的时间间隔。（真周期365.2564日)(2)回归年——日心连续两次通过春分点的时间间隔。（季节交替的周期365.2422日）公元2000年地球的公转周期名称参考点点多移动比较恒星年年的长度恒星年恒星无明显自行----365.2564日回归年春分点每年西移50”恒星年365.2422日近点年近日点每年东移11”恒星年365.2596日交点年黄白交点每年西移20°恒星年346.6200日天球黄道天北极天南极春分点秋分点夏至点冬至点春分点每年西移50.26″春分点西移和岁差现象解释岁差——恒星年比回归年长北黄极KK′南黄极岁差现象：为我国汉代天文学家——刘歆最早发现有关解释（171,182,183）•1.春分点西移：地轴进动的结果之一•2.黄白交点西退：由于太阳对月球的引力，两个交点的连线沿黄道与月球运行的相反方向向西移动，这种现象称为交点退行。交点每年移动19°21’，约18.6年完成一周。这一现象对地球的章动和潮汐起重要影响。•3.近点年及长期摄动：近点年是地球公转速度变化的周期，主要用于太阳运动的研究。•天体在运动中，除受中心天体的引力作用外，还受到周围其他天体介质等诸多因素的作用，这些作用与中心天体的引力相比是很小的，因此称为摄动。•章动：（183）月球在白道上运行，黄白交角平均为5°9’，月球经常位于黄道的上面或者下面，这就使得岁差现象变得复杂，北天极在绕着黄北极转动时，不断在其平均位置的上下做周期性的微小摆动，振幅9”，这种微小摆动称为章动，周期1806年。3.地球公转速度(1)平均角速度=360°/恒星年=59'08/日(2)平均线速度=29.78km/s(3)速度的年变化日期位置角速度线速度一月初近日点61'10/日30.0km/s七月初远日点57'10/日29.3km/s三、地球公转的地理意义1、太阳的周年视运动K黄道K'地球S1S2S3E2E3M2E1M1（1）太阳周年视运动的发现——古人根据黄道上夜半中星（恒星）的周年变化确认太阳的周年视运动。（2）地球公转的位置、方向、速度、周期，都可以通过太阳的周年视运动反映出来。M3春：狮子中天；太阳—飞马夏：天蝎中天；太阳—猎户秋：飞马中天；太阳—狮子冬：猎户中天；太阳—天蝎夜半中星随季节的变化EastChinaNormalUniversity2、天文四季的变化1）太阳回归运动与四季形成1722）太阳高度的周年变化3）昼夜长短的周年变化4）四季的划分太阳回归运动的天文成因:①黄赤交角的存在。②地轴指向相对不变。2）太阳高度角的周年变化（1）正午太阳高度角(h)的表达式:N⊙hh=90º-（-⊙）…….半球适用h=90º-|-⊙|……….全球适用注明①与⊙均为北正南负。②当h0表示太阳在地平之上。③当h0表示太阳在地平之下。（2）正午太阳高度角(h)的纬度及季节变化：①无论任何季节，在=⊙处的h为最大值（90º）。②在半球范围内，任意两地正午太阳高度角之差等于这两地的纬度差。hA=90º-（A-⊙）hB=90º-（B-⊙）两式相减得：hA-hB=B-A③纬度越高正午太阳高度角的年平均值(h)越小h=90º-||h最大=90º-〔-（+23.5º）〕h最小=90º-〔-（-23.5º）〕∵h最大+h最小2∴h==2（90º-）2=90º-④在||≥23º26′的地方h的年变化为单峰型。⑤在南、北回归线之间h的年变化为双峰型。夏至点PP'春分点冬至点3）昼夜长短的周年变化秋分点（1）昼夜的现象①晨昏线——昼夜半球的分界线。②昼夜长短——由昼弧、夜弧决定。昼弧：处于昼半球的纬线弧段。夜弧：处于夜半球的纬线弧段。冬至(12月22日)在地球上在天球上昼弧：太阳周日圈在地平上的弧段。夜弧：太阳周日圈在地平下的弧段。PP′地平圈秋分(9月23日)春分(3月21日)夏至(6月22日)（2）昼长表达式（1）推导：如图所示：A、C分别太阳出没点，太阳在B点中天；BC为半昼弧。太阳从B到C所用的时间（角）为：t在球面三角形CPZ中，据边余弦定理得：CosCZ=cosPZcosPC+sinPZsinPCcost∵CZ=90°;PZ=90°-φ；PC=90°-δ⊙；∴0=sinφsinδ⊙+cosφcosδ⊙costcost==-tgφtgδ⊙PP′Z′ZNSACBQ′tφ-sinφsinδ⊙cosφcosδ⊙值域[-1,+1]←定义域（0~180°）↑←值域(-∞,+∞)（2）昼长表达式推导：cost=-tgφtgδ⊙释义（数学及地理意义）：当：φ=0（赤道上），cost=0，t=90°2t=180°→12h当:δ⊙=0（春秋分），cost=0，t=90°2t=180°→12h当:φ与δ⊙同号有：0≥cost≥-1（第二象限角）即：昼长夜短。当:φ与δ⊙异号有：1≥cost≥0（第一象限角）：即：昼短夜长。当:-tgφtgδ⊙≥1→极夜现象。当:-tgφtgδ⊙≤-1→极昼现象。180°≥t≥90°360°≥2t≥180°24h≥2t≥12h90°≥t≥0°180°≥2t≥0°12h≥2t≥0h释义：太阳直射点所在的半球。地球处于夏半年的半球。释义：太阳直射点不在的半球。地球处于冬半年的半球。（3）昼长的纬度变化和季节变化:夏半年(春分秋分)越北昼越长,越南昼越短。冬半年(秋分春分)越南昼越长,越北昼越短。赤道终年昼夜平分。春秋二分全球昼夜平分，冬夏二至昼夜长短达到极值。极昼极夜总是出现在=±（90°-|⊙|）的纬圈之内。纬度越高昼长年较差越大任意地点的昼长年平均值均为:12h:0°30°50°66.5°90°较差0h4h8h24h半年夏至春秋分⊙冬至⊙4）四季的划分1、四季的性质、含义与划分①太阳高度角的年变化②昼夜长短的年变化由太阳直射点的回归运动所致.2、影响四季变化的天文因素:天文四季——在半球范围内大气上界获得太阳热能的时间分配。夏至(6月22日)冬至(12月22日)夏至点冬至点秋分点PP'春分点3、五带的划分及特征（1）五带的性质与含义①性质：天文热量带②含义：大气上界太阳辐射的纬度分布（2）五带的划分与意义：热带北温带南温带北寒带无极昼极夜北极圈有极昼极夜南极圈有直射阳光北回归线南回归线无直射阳光无直射阳光有极昼极夜南寒带天文热量带地面温度带气候带植被带土壤带第四节变化中的地球运动•一、自转速率的变化177-178•二、极移•三、地轴进动•四、极移和岁差的区别PN极地面地轴二、极移1、极移现象在地轴