第四章地球运动的地理意义.docx

1、第四章地球运动的地理意义第四章 地球运动的地理意义教学目的：1、掌握：（1）太阳回归运动：太阳回归运动与太阳赤纬、太阳直射点移动的关系。 （2）昼夜长短：昼夜交替的原因、昼夜长短的公式及计算方法、昼夜长短的纬度分布及季节变化。（3）太阳高度：太阳高度的概念及计算公式、正午太阳高度的纬度和季节变化规律、正午太阳高度的测定。（4）四季和五带：四季递变的原因、四季的划分、五带的划分及其特征。（5）历法：历法的概念及编历原则、历法的分类、阴历、阳历、阴阳历、中国的农历。（6）时间：地方时与地方经度的关系、时区与区时的概念及推算、日界线和日期的进退、日期的推算。2、理解：太阳回归运动，半昼弧的公式，太阳

2、高度的概念及计算公式，四季和五带，历法的概念，阴历、阳历、阴阳历、中国的农历，地方时、标准时、区时、法定时，日界线，及其区时和日期的推算。晨昏蒙影、平太阳时和真太阳时及时差。3、了解：影响昼夜长短的其它因素，五带分论，观象授时和历法起源，公元的来历、拟议中的阳历改革、从世界时到协调世界时、地球上的日期。教学重点：太阳回归运动概念，太阳回归运动与太阳直射点移动的关系；昼夜长短的计算方法，昼夜长短如何随纬度和季节而变化；太阳高度的定义及计算方法，太阳高度随纬度和季节而变化的规律；四季和五带的划分；区时推算及日期的推算。教学难点：昼夜长短的计算方法，昼夜长短如何随纬度和季节而变化；太阳高度的定义及计

3、算方法，太阳高度随纬度和季节而变化的规律；地球上四季的递变和五带的形成；区时推算及日期的推算，日界线。教学课时： 18课时教材分析： 本章教材的核心是太阳回归运动概念，太阳回归运动与太阳直射点移动的关系；昼夜长短的计算方法，昼夜长短如何随纬度和季节而变化；太阳高度的定义及计算方法，太阳高度随纬度和季节而变化的规律；四季和五带的划分；区时推算及日期的推算，日界线。本章内容跟实际生活结合得比较紧密，如昼夜长短的变化、地球上四季的递变和五带的形成、不同地方的区时之差、正午太阳高度随纬度和季节而变化的规律等等知识都是人们在实际生活中可以感受到的，因此讲课过程中一定要理论联系实际，尽量讲得形象易懂一些。

4、因此本章内容关键在于如何帮助学生正确地理解有关概念；逐步培养学生的观察能力、想象能力和空间思维能力，为使学生逐步形成有关物质运动的辩证唯物主义观点奠定基础；为了达到教学目的，在教学过程中要加强学生的实践活动，多利用教具和挂图，使学生从观察入手，步步深入地理解有关知识及其知识间的联系，同时培养学生的能力，积极引导学生观察、思考，进行灵活多样的练习，充分调动学生的积极性和主动性。同时培养学生理论联系实际的能力，把理论知识应用于实际生活中，学会用书本知识解释现实生活中的一些自然现象，例如用太阳回归运动的知识解释昼夜长短和太阳高度的纬度和季节变化规律。又用昼夜长短和太阳高度的纬度和季节变化规律来解释地

5、球上四季的递变和五带的形成，等等。教学方法： 讲授法、谈话法兼讨论法、提问法。球面三角法简介球面三角形是由大圆弧连接球面上的三点所构成的三角形。与平面三角形一样，用大写字母表示顶点或三个角，用小写字母表示三个边。但与平面三角形不同的是，球面三角形的边常用角度表示。球面三角形边的余弦公式取球面三角形ABC，将各顶点与球心O连接，可得球心三面角OABC。过顶点A作b、c两边的切线，分别交OB、OC延长线于M、N，由此得到两个平面三角形OMN、AMN。平面三角形OMN和AMN中：由于AM、AN分别为b、c两边的切线，所以MAN等于AOC平面和AOB平面所夹的两面角，即MAN=A，于是即：因为：所以：

6、同理可得：用文字可表述为：球面三角形任何一边的余弦，等于其余两边余弦的乘积，再加上这两边正弦及其夹角余弦的连乘积。球面三角形边的正弦公式过C点任OAB平面的垂线，交于D，再从D向OA、OB引垂线DE、DF，并连接CE、CF，由此可得4个平面直角三角形：OEC、OFC、CDE、CDF，并且CED=A，CFD=B。由图可知：， 所以可得： 同理可证：， 所以： 用文字可表述为： 球面三角形各边的正弦与其对角的正弦成正比。第1节 四季和五带地球上之所以有四季递变和五带区分，其根本原因在于黄赤交角，即黄道面对于赤道面的倾斜；而直接原因则是太阳相对于天赤道的回归运动。一、太阳的回归运动（solar tr

7、opical movement）1.太阳回归运动的概念由于黄赤交角的存在，太阳在天球上自西向东沿黄道的周年视运动，必然导致太阳在天球上相对于天赤道做南北往返运动；同时，也必然导致在地球上太阳直射点相对于地球赤道做南北往返运动，这两种南北向的往返运动统称为太阳的回归运动。2太阳回归运动的周期3太阳回归运动的界线太阳在天球上往返运动所能达到的最北最南点所在的赤纬圈和太阳直射点在地球上所能达到的最北最南点所在的纬线圈，是太阳回归运动的最北最南界线，称为回归线。回归线上各点相对于赤道面的角距离等于太阳在天球上最北最南点的赤纬或太阳直射点达到最北最南点时的纬度，也等于黄赤交角的大小。4晨昏圈与极圈晨昏圈

8、是地球上昼夜半球的分界线。如果不考虑大气的折射作用，且把太阳光看成平行光的话，理想的晨昏圈一个大圆；而实际上太阳光不是平行光，再加上大气的折射作用，所以实际的晨昏圈是一个往夜半球平移了大约100km的小圆。如精度要求不高，仍可把晨昏圈视为一个大圆。由于理想晨昏圈平面与太阳光线垂直，所以随着太阳的回归运动，晨昏圈会在南北极两侧摆动，摆动的幅度正好等于太阳直射点在赤道南北两侧的摆动幅度，即2326。晨昏圈偏离极点的最南最北时与之相切的纬线圈，称为极圈，其纬度等于回归线纬度的余角，即6634。极圈至极点的范围内，有极昼极夜现象发生，所以极圈也是极昼极夜现象的最南或最北界线。5太阳回归运动定量地表现为

9、太阳赤纬或太阳直射点纬度的周年变化（任何时候，太阳赤纬总是等于太阳直射点纬度）按黄经划分二十四气和黄道十二宫，各气或各宫在地理意义上更重要的差异在于其太阳赤纬不同。太阳的周日圈就是太阳每日所在的赤纬圈，太阳赤纬的逐日变化必然引起太阳周日圈的逐日变化，太阳周日圈的逐日差异也必然导致太阳出没时刻与方位及其中天高度的逐日变化，进而导致昼夜长短与正午太阳高度大小的逐日变化。太阳的赤纬随其黄经变化而变化，并可由太阳黄经推算太阳赤纬，推算公式为：当=0时，=0；=90时，=2326；=180时，=0；=270时，=-2326。太阳赤纬增大时，太阳向北移动；反之，太阳赤纬减小时，太阳向南移动；太阳赤纬为0时

10、，太阳位于天赤道上。6太阳回归运动与地球公转太阳回归运动及其赤纬的周年变化，是太阳周年运动的一个侧面。而太阳周年运动本射，则是地球公转的反映。因此，从根本上说，太阳回归运动，必须用地球公转及其轨道来说明。地理上的方向常同地球自转相联系，经线或地轴代表南北方向，赤道或纬线表示东西方向。如果将地球自转确定的方向应用于宇宙空间，则地轴是垂直的，赤道是水平的；那么地球公转轨道（黄道）只能是斜的，黄赤交角就是黄道面相对于赤道面的倾斜。相对于地球自转的自西向东，地转公转的方向就不再单纯的是向东，而是存在一个南北向的运动分量。每年北至日、南至日、升分日和降分日，地球分别位于轨道的最南点、最北点和中点，而太阳

11、直射点则分别落在北回归线、南回归线和赤道上。南至日到次年北至日，地球从轨道最北点移到最南点，行程约为4.7108Km，直线距离约3108Km，向南分量约为1.2108Km，太阳赤纬从-2326变为2326，太阳直射点从南回归线移到北回归线；北至日到南至日，地球从轨道最南点移到最北点，向南分量约为1.2108Km太阳赤纬从2326变为-2326，太阳直北回归线移至南回归线。地球公转的1.2108Km南北运动分量，造成太阳赤纬23262=4652的变化，即地球公转在南北方向上，平均每改变711km，太阳赤纬就改变1。按这个速度，在春秋分前后，地球大约只需要公转1分钟，就能使太阳赤纬增减1；这是因为

12、春秋分前后，地球公转南北分量最大，约为30sin2326=12km/s，即720km/min。二、昼夜长短1晨昏线（圈）2昼夜交替昼夜交替能否出现及其周期长短既与地球自转有关，又与地球公转有关。3晨昏圈分纬线为昼弧和夜弧两部分，分别表示昼长和夜长昼夜弧的长短因晨昏线随太阳直射点的南北移动而发生变化。春秋二分，晨昏线等分所有纬线，全球昼夜平分。北至日，晨昏线与极圈相切，越往北，昼弧越长；北极圈内的纬线全线皆昼弧，称为极昼；南极圈内的纬线全线皆夜弧，称为极夜。南至日，晨昏线与极圈相切，越往北，昼弧越短；北极圈内的纬线全线皆夜弧，称为极夜；南极圈内的纬线全线皆昼弧，称为极昼。4昼夜长短的定量表示在天

13、球上，昼弧和夜弧表现为太阳周日圈被地平圈分割成的两部分：地平圈之上的部分为昼弧；地平圈之下的部分是夜弧。这样，可用解球面三角形的方法求日没时的时角而得到半昼弧长度：半昼弧公式表明，决定昼夜长短的因素有两个，即地理纬度和太阳赤纬。前者是空间因素，即地理因素；后者是时间因素，即季节因素。由此可见昼夜长短因纬度而不同，因季节而变化。半昼弧公式的几何意义十分清晰。太阳赤纬的变化，表示其周日圈的改变，而不同的周日圈被地平圈分割的情形各异：赤纬越高，周日圈越小，昼弧越长。地理纬度的不同，决定周日圈相对于地平圈的倾角大小：纬度越高，周日圈越倾斜，昼弧越长。由半昼弧公式可得：昼夜等长的条件： 昼长夜短的条件：

14、昼短夜长的条件：极昼的条件：极夜的条件：5昼夜长短的纬度分布昼夜长短的纬度差异赤道全年昼夜等长太阳直射半球，昼长夜短，的地区有极昼现象非太阳直射半球，昼短夜长，的地区有极夜现象昼夜长短的四个纬度带极昼地带：以极点为中心，以太阳赤纬为半径的地球极冠地带昼长夜短地带：赤道与极昼地带之间的地区，宽度为昼短夜地带：赤道与极夜地带之间的地区，宽度为极夜地带：以极点为中心，以太阳赤纬为半径的地球极冠地带 6昼夜长短的季节变化 昼夜长短的季节差异二分时，全球昼夜平分二至时，昼夜长短极端：或昼最长、夜最短；或昼最短、夜最长各地全年平均昼长相等，皆为12小时升降二分发生昼长夜短与昼短夜长，极昼与极夜的交替和南北

15、倒转南北二至发生昼减夜增和昼增夜减的交替和昼夜由极值向均值趋平，同时昼长夜短地带、昼短夜长地带和极昼极夜地带发生范围扩大和缩小的更替昼夜长短极值出现的时间，南北半球相反纬度越高，昼夜长短变化幅度越大极昼极夜随太阳赤纬的变化而变化。值越大，极昼极夜范围越广。自春分到夏至，北极地区的极昼和南极地区的极夜都从极点扩大到极圈；自夏至到秋分，则从极圈缩小到极点。冬半年反之。7昼夜长短的其它因素太阳视半径大气折射作用眼高差8晨昏蒙影晨昏蒙影的概念晨昏蒙影的形成原因晨昏蒙影的种类晨昏蒙影时间长短随纬度和季节变化的规律三、太阳高度1太阳高度的概念和意义太阳高度的概念太阳高度，是指太阳相对于地平面的角距离，也即

16、太阳在地平坐标系中的高度。太阳高度的意义太阳高度决定了地面所获热量的多少。2太阳高度的定量表示和周日变化规律任意时刻太阳高度的三角公式太阳高度周日变化规律日出到日落，太阳高度先由小变大后由大变小。3正午太阳高度涵义与计算 正午太阳度的涵义正午太阳度，是太阳中天时与地平面之间的角距离，是一天中最大的太阳高度。正午太阳高度的计算公式代表地理纬度，不论南北半球都看作正值；有正负之分，太阳直射半球取正，非直射半球取负；此式所表示的正午太阳高度北半球以南点起算，南半球以北点起算，计算结果可以大于90，也可以小于0。正午太阳高度的图解计算（代表中天太阳的天顶距）4夜半太阳低度的计算5正午太阳高度的纬度分布

17、自太阳直射点向南北递减；两地的纬度差，即为两地的差。的具体纬度差异随季节而变化二分时，自赤道向南北递减，至两极递减为0北至时，自北回归线向南北递减，至南北极分别递减为-2326和2326,北半球各地,南半球各地。南至时，自南回归线向南北递减，至南北极分别递减为2326和-2326,北半球各地,南半球各地。6正午太阳高度的季节变化北回归线以北地区（），北至日的达一年中的最大值，南至日的达一年中的最小值。南北回归线之间（），出现两次极大值和两次极小值：两次极大值=90主极小值=次极小值=南回归线以南地区（），北至日的达一年中的最小值，南至日的达一年中的最大值。不同纬度H的季节变化四、地球上的四季1

18、四季的成因和性质四季的成因直接原因：太阳的回归运动引起昼夜长短和正午太阳高度的季节变化根本原因：黄赤交角的存在四季的性质季节变化是半球性现象日地距离变化是影响季节变化的全球性因素，太阳赤纬引起的昼夜长短和正正太阳高度的变化是影响季节变化的半球性因素。由于日地距离变化不大，因此，半球性因素是季节变化的主要因素；日地距离的变化不能改变太阳赤纬变化所造成的冬夏季。季节变化首先是天文现象，然后才是气候现象季节变化作为一种天文现象，体现为昼夜长短和正午太阳高度的季节变化。2太阳直射点的移动和四季递变在地球上，太阳直射点的移动，决定南北半球的正午太阳高度和昼夜长短的消长。太阳直射点在南(北)半球移动，或向

19、南（北），或向赤道（回归线）运动具有不同的天文含义。3四季的划分我国四季：四立为起止点，二分二至为中点，强调季节的天文特征。 春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连， 秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。西方四季：二分二至为起止点，侧重于气候特征。天文四季与气候四季天文四季，各季长短相等；同一季节，不同纬度有相同的始终。气候四季，各季长短不等，且同一季节，在不同纬度上会有不同的始终。五、地球上的五带1五带的性质五带是季节地带各带在季节上具有一定的特点，是一个地带的共性，也是相对于其他地带的个性。五带是天文地带五带的划分是以天文特点为依据，是天文地带。五带是纬度地带昼夜长短和正午太阳高度的分布和变化，都因纬

20、度而异，所以按昼夜长短和正午太阳高度划分五带，就是按纬度划分地带。2五带的划分划分的依据五带的划分，以纬度为唯一标准，即以正午太阳高度和昼夜长短为标准。五带的界线正午太阳高度作为划分五带的一个依据，存在纬度差异，最突出的差异表现为有无直射阳光。有无直射阳光的纬度界线是热带和南北温带的天文界线。昼夜长短作为划分五带的一个依据，也存在纬度差异，其突出差异表现为有无极昼和极夜。有无极昼和极夜的纬度界线就是划分温带和寒带的天文界线。3五带分论带宽面积比重正午太阳高度昼夜长短热带465239.8%两次极大，两次极小季节变化幅度小南（北）温带430851.9%一次极大，一次极小南（北）寒带23268.3%

21、正午太阳高度很低有极昼（极夜）现象第2节 历法一、历法概说1. 三个计量时间的自然单位和历法三个计量时间的自然单位,即回归年、朔望月和太阳日（平太阳日）。三者之中，日是历法的基本单位，必须保持完整而不能被分割。因些，历月不同于朔望月，历年不同于回归年。所谓历法，就是如何方便地协调年、月、日三种时间单位的方法，即安排年、月、日的法则。2. 观象授时和历法起源历法首先是为农业生产服务。古人不能测定回归年，不得不采用观象授时来预告农事进程。授时是指定季节，观象授时就是指观测自然现象来判断农事季节。观象授时按发展阶段可分地象授时和天象授时。地象授时地象授时，是指观察地面物象来判定季节。天象授时斗柄授时

22、、中星授时和晷影授时所谓天象授时，是指观察天空现象来判断农事季节。其方法有斗柄授时、中星授时和晷影授时。斗柄授时，是根据北斗七星斗柄三星在初昏时所指方向来定季节。其法则为：斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。中星授时，是根据初昏时中天星宿来定季节。晷影授时，是用日晷测定正午日影长度来定季节。3历法的主要内容通过大月和小月、平年和闰年的适当搭配和安排，使平均历月等于朔望月，平均历年等于回归年。4历法分类太阴历：侧重协调朔望月和历月的关系太阳历：侧重协调回归年和历年的关系阴阳历：兼顾朔望月和回归年、历月和历年的关系。二、阴历1阴历概说阴历的首要成分是历月

23、。历月根据按朔望月的长度来决定：大月30天，小月29天；通过大、小月的适当安排，使平均历月接近朔望月。阴历历日的轮转，体现月相的变化，晦朔弦望都在一定的日期出现。阴历年由历月派生而来。12个朔望月相加，接近回归年，故阴历以12个历月的累积作为历年。阴历的优点：每一日都代表一定的月相。阴历的缺点：月序没有季节意义。2回历历月安排：大月30天，小月29天；全年12个历月，逢单为大月，逢双为小月；平均历月29.5天，平年长度为354日。置闰方法：30年11闰；每逢闰年，十二月由小月改为大月。回历以月光初见为每月初一。回历平均历年354.3666，比回归年短10.8756。大体上，每隔32阳历年，回历

24、年就多出一个历年。三、阴阳历1阴阳概说阴阳历试图同时协调朔望月和历月、回归年和历年两方面的关系：既要维持一月中的晦朔弦望，又要照顾一年中的春夏秋冬。阴阳历的阴历成分，表现在历月体现月相循环，以朔望月为标准安排大月和小月。阴阳历的阳历成分，表现在以回归年所相当的朔望月数为标准安排平年和闰年；闰年设置闰月，使使其平均历年接近回归年。置闰方法：19年7闰；闰年有13个历月。2中国旧历夏历、农历与旧历与阴阳历相比，中国旧历的特点阴阳历与二十四气并行采用逐年逐月推算的方法来安排日序、月序以及大小月和平闰年 A以月相定日序：合朔日定为初一；根据先后二次合朔所包含的日数确定历月的大小；朔望月长度的变动，造成

25、经常出现二次或三次大月和小月。 B以中气定月序和闰年：没有中气的月份定为闰月，但如前一月有两个中气，没中气月不作闰月。采用干支纪时制度。四、阳历1阳历概说阳历的基本原则：平均历年=回归年；平均历月=回归年/12置闰方法：平年365天，闰年366天，4年一闰。阳历的优点：阳历历日的轮转，体现太阳的周年运动和季节的轮回，即每一历日，都有不变的太阳黄经和确切的季节含义。阳历的历月由历年派生而来，同月相毫不相干。2公历儒略历平年365天，闰年366天，每4年置1闰年，平均历年365.25日；6个大朋，6个小月，逢单为大，逢双为小（二月为特殊小月，29天）；闰年置闰在二月奥古斯都历实行4年1闰制度；改八

26、月为大月，并命名为August；九月以后逢单为小，逢双为大；一年7个大月，二月改为28天。格里历（1582年修改儒略历）修正公元3251582年间平均儒略年与回归年之间的累积误差（约10日），从而使春分日回到3月21日，将1852年10月4日以后的日期跳到15日。调整儒略历的置闰法则，改4年1闰为400年97闰：凡能被4年整除的年份为闰年，但凡遇世纪年，必须能被400整除才是闰年。3公元公元（Anno Domini），即基督纪元，是以传说中的基督诞生为元年。公元并不是公历的组成部分。公历颁布于B.C46年，公元则开始实行于A.D532年。4拟议中的阳历改革世界历：一年分四季，一季91日；每季第

27、一个月为大月，后两个月为小月；每季都含13个完整星期，每次新年和每季都从星期日开始；四季总共364日，剩余1日不编入任何月份和星期，入在岁末作为年终假日；如逢闰年，则半第二个号外日安插在六月末，作为闰年假日。第三节 时间一、时间和时间单位1时间概说时刻和时段时间包含两个概念：时刻和时段。时刻表示的是时间的迟早或先后，是无限流逝时间中的某一瞬间；时段也叫时间间隔，是指时间的久暂或长短。物理时刻和钟表时刻物理时刻即时刻本身，是钟表时刻所表示的迟早程度；钟表时刻则是物理时刻的表达形式。同一物理时刻，可以有不同的钟表时刻。2量时的原则周期性、稳定性和可测性。3时间单位计量时间的基本单位是秒。秒长原是从

28、自然单位日长派生出来的，日长的86400分之一就是1秒。秒长的定义平太阳秒1820年，法国科学院提出以全年所有真太阳日的平均长度的86400之一作为1秒。平太阳秒只有理论意义，难以实测和应用。解决办法是用一个假想的太阳代替视太阳，作为测定日长的参考点，利用恒星周日运动与平太阳之间的关系即可测定平太阳日。历书秒地球自转周期不稳定动摇了平太阳秒客观不变的时间标准，而地球公转周期却相当稳定。于是，1958年，国际天文学联合会决议把秒长定义为1900年1月0日12时正回归年长度的1/31556925.9747。不管以后回归年怎样变化，天文历书永远采用这个秒长定义，称为历书秒。原子秒历书秒的精度提高不多

29、，难以满足现代科技的需要。1967年10月，第十三届国际计量大会正式把铯原子跃迁振荡9192631770周所经历的时间定义为一个原子秒长。二、钟表时刻和量时天体时刻是以天体的时角来度量的，所以，时刻会因量时天体不同而不同。1恒星时与太阳时恒星时恒星时，即春分点的时角。春分点之所以被用作量时天体，不仅因为春分点的时角均匀变化，而且因为春分点的时角任何时候都等于上点的赤经，即上中天的恒星的赤经。因为：如恒星正值上中天，那么便有：太阳时太阳时，即太阳的时角。太阳之所以被当作量时天体，是因为太阳的周日运动是昼夜交替的直接原因。恒星时与太阳时量时的差异恒星时的时刻与春分点的时角完全一致；而太阳时的时刻与太阳的时角有12时之差，因为时角度量以午圈为始圈，太阳时角以太阳上中天为零点；而太阳时的时刻却以太阳下中天为零时，于是：恒星时=春分点时角太阳时=太阳时角+12春分点是定点，赤经恒为0时；太阳有周年运动，赤经逐日增大。恒星时与太阳时之间的换算关系恒星时=太阳时+太阳赤经-12时太阳时=恒星时-太阳赤经+12时三、真太阳时、平太阳时及时差1真太阳与平太阳真太阳，即真实存在的太阳，也称视太阳，沿黄道运行，速度不均匀；平太阳是一个假想的太阳，沿天赤道运行，速度均匀不变。真太阳与平太阳具有相同的运动周期，即回归年。2真太阳时与平太阳时真太阳时真太阳时，即