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1.3 地球的運動 第2時 地球的公轉 學案（湘教版必修1）

[學習目標]　1.通過實驗演示，理解地球公轉的方向、周期、速度等。2.了解黃赤交角的概念及大小，理解其對太陽直射點移動狀況的影響。3.繪圖分析說出正午太陽高度的大小和晝夜長短隨緯度和季節的變化規律，總結出四季更替的原因。

一、地球的公轉

1．軌道：地球繞太陽運行的路徑叫公轉軌道。地球公轉軌道面叫①黃道面。地球公轉的軌道是一個橢圓，太陽位于橢圓的一個②焦點上。
2．方向：沿公轉軌道自③西向④東。
3．速度：每天向東移動約⑤59′。
4．周期：地球公轉的周期為⑥1年，約為⑦365日⑧6時⑨9分。
5．黃赤交角：地球的赤道面與黃道面之間的夾角，叫黃赤交角，約為⑩23.5°。也可以說地軸與黃道面之間約呈⑪66.5°的夾角。
二、地球公轉的地理意義
1．原因：由于⑫黃赤交角的存在，使得地球位于公轉軌道的不同位置時，太陽光線直射點的⑬緯度位置不同。
2．表現：太陽直射點的南北移動、各地正午太陽高度的變化、⑭晝夜長短的變化以及
⑮四季的更替、⑯五帶的劃分。
3．五帶：南、北回歸線之間，是一年之中獲得太陽輻射能量最多的區域，稱為熱帶。
⑰南、北極圈之內，是地球上最寒冷的區域，稱為寒帶。南、北半球熱帶與寒帶之間，是南、北溫帶。
4．正午太陽高度：太陽相對于⑱地平面的高度角叫太陽高度，太陽高度的最大值為⑲90°。各地太陽高度在地方時⑳12時時最大，稱為正午太陽高度。正午太陽高度在太陽光直射的緯線最○21大，向南、北兩側逐漸降低。
5．晝夜長短變化：當太陽光直射北半球時，北半球晝○22長夜○23短，緯度越高，晝越○24長，夜越○25短，在北極圈內，出現太陽整日不落的○26極晝現象；在南半球則晝○27短夜○28長，緯度越高，晝越○29短，夜越○30長，在南極圈內，出現○31極夜現象；○32赤道上各地的晝夜長短基本上沒有什么變化。
6．四季變化：地球公轉造成地球○33中緯度地區形成明顯的四季變化。○34夏季是一年中白晝較長、正午太陽高度較大的季節；○35冬季是一年中白晝較短、正午太陽高度較小的季節；
○36春秋兩季是冬夏兩季的過渡季節。

探究點一　地球的公轉
【探究材料】
實驗：探究太陽直射點的回歸運動。
1. 實驗目的：通過實驗，形象直觀地觀察太陽直射點的南北移動。
2. 實驗材料準備：地球儀一個、小燈泡及燈泡座、可套在小燈泡上的燈罩筒。
3. 實驗過程：
（1）將電燈座固定在桌子的正中央，并將燈泡固定在燈座上充當太陽。
（2）在距離燈泡的適當距離處放一個地球儀代表地球。
（3）將燈罩筒一端套在燈泡上，使另一端直射出的光為一束平行光。
（4）打開燈泡開關，并將房間其他燈關閉，讓從燈罩筒射出的光束直射到地球儀上，讓________始終指向一個方向，并移動地球儀。
4. 實驗結果：若每步實驗做得到位，在此實驗過程中，你將觀察到
________________________________________________________________________。
產生此現象的原因是________________________________________。
5. 實驗總結在此實驗過程中，有的同學并未觀測到上述結果，你認為可能的原因是什么？
6. 若黃赤交角變為24.5°，太陽直射的范圍將會如何變化？若黃赤交角變為0或90°后，地球將怎樣繞日公轉。太陽直射點還有沒有回歸運動？
【探究歸納】
3.④地軸
4.太陽直射點在南北回歸線間往返移動　地軸的空間指向不變，黃赤交角的大小不變
5.地心未與平行光束在同一平面上，地軸與桌面的夾角不是66.5°。
6.若黃赤交角變為24.5°，則太陽直射點在24.5°N～24.5°S之間移動，太陽直射范圍變大。黃赤交角變為0°時；地球正著繞日公轉，太陽一直直射赤道，無回歸運動。黃赤交角變為90°時；地球躺著繞日公轉，太陽一直直射極點，地球一半永遠是極夜，另一半永遠是極晝。
【規律總結】
地球公轉速度的變化

【考例探究1】　讀圖，回答下列問題。

(1)圖中有一處明顯錯誤，請改正。
(2)A為______星，B為________面；C為________面。α、β二角中，________為黃赤交角，度數是____。
(3)黃赤交角度數與回歸線度數的關系是________。
(4)地球在公轉過程中表現出的特點是________________和________________基本不變。
(5)由于____________的存在，使太陽直射點在________________(緯線)和________________(緯線)之間作周期性往返運動。
答案　(1)上圖中的地球自轉方向畫反了，正確畫法如下圖所示。

(2)北極　黃道　赤道　α　23.5°
(3)數值相等
(4)地軸空間指向　黃赤交角大小
(5)黃赤交角(或α)　北回歸線(23.5°)　南回歸線(23.5°S)(兩者前后順序可對調)
解析　第(1)題，地球的自轉方向是自西向東，在北極上空看為逆時針方向，所以圖中錯誤之處為地球自轉方向畫反了。第(2)題，較為簡單，注意地軸與赤道面垂直，所以C為赤道面，那么，B為黃道面，自然B、C面之間的夾角α為黃赤交角，度數為23.5°。實際上，黃赤交角的度數即太陽直射點南北移動的最大范圍的界限，即南北回歸線(23.5°N)。第(4)題，地球在自轉的同時，也繞著太陽公轉，同時地軸的傾斜方向在空間上是穩定的，始終指向北極星附近。第(5)題，由于黃赤交角的存在，且地球在運動中的地軸的傾斜方向保持不變，導致太陽直射點在南北回歸線之間作周期性往返運動。
探究點二　正午太陽高度的變化
【探究材料】
2010年6月，趙亮的父母在“陽光花園”購買了一套位于一層的住房。2011年1月，全家入住后，發現陽光全被前排樓房擋住了。他感到很困惑，那天看房時，小院內陽光充足，怎么才過了幾個月，陽光就被擋住了呢？

1．你能結合上圖幫趙亮分析一下原因嗎？
2．深圳一研究性學習小組，研究后他們認為：在一個窗戶朝正南的房間里，全年正午陽光都能照射到房內。你認為是否正確？為什么？
3．下圖是他們繪制的冬至日旗桿影子在日出、正午、日落時的示意圖。該圖表達是否正確？為什么？

4．“太陽高度”“正午太陽高度”“太陽直射”有何區別？
【探究歸納】
1．正午樓房影子的長度隨正午太陽高度的變化而變化。正午太陽高度越高，影子越短；反之，越長。陽光花園的正午太陽高度1月時比6月要小得多，因此看房時影子也要長得多。
2．不正確；深圳位于北回歸線以南，夏至日前后，陽光不能進入房內。
3．不正確；正午旗桿影子小于日出與日落時旗桿影長。
4．太陽高度指入射光線與觀測者所在地平面的夾角。一日內最大的太陽高度才稱為正午太陽高度。太陽光線與地平面夾角為90°時，稱為太陽直射。
【規律總結】
1．正午太陽高度的分布變化規律
(1)正午太陽高度的分布規律：由直射點所在緯度向南北兩側遞減。
(2)
隨季節變化北回歸線及其以北地區；夏至日達到最大值，冬至日達到最小值南回歸線及其以南地區：冬至日達到最大值，夏至日達到最小值回歸線之間的地區：太陽兩次直射，但回歸線上直射一次
2．正午太陽高度的計算
正午太陽高度的計算公式：H＝90°－直射點與所求地點緯度之差。若直射點與所求地點同在南半球或者同在北半球，兩點緯度差為大數減去小數；若直射點與所求地點分屬于南北不同半球，兩點緯度差為兩緯度之和。各地正午太陽高度的計算除按公式H＝90°－α±φ計算外，利用圖示法也非常便捷。

如上圖所示：當太陽直射B點(10°N)時，A點(40°N)正午太陽高度是：
HA＝90°－AB＝90°－(40°－10°)＝60°
當太陽直射B點(10°N)時，C點(23.5°S)正午太陽高度是：
HC＝90°－BC＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°
若計算出某地正午太陽高度等于零，說明此點此時在晨昏線上；若小于零，說明此點此時為極夜。
3．正午太陽高度的應用
(1)計算樓間距(以北半球為例)

為了使樓房底層獲得充足的太陽光照，一般說，緯度較低的地區樓間距較小，緯度較高的地區樓間距較大。解題關鍵是計算當地冬至日的正午太陽高度，并計算影長。公式：L＝H•cotα，α＝90°－(φ±23.5°)其中φ為當地的地理緯度。
(2)計算熱水器安裝角度
要最大限度地利用太陽能資，應該合理設計太陽能熱水器的傾斜角度，使太陽能熱水器集熱板與太陽光線垂直，提高太陽能熱水器的效率。即α＋H＝90°時效果最佳。太陽能熱水器的安裝傾角＝緯度差(即當地緯度和太陽直射點緯度的差值)。
【考例探究2】　下圖為6月22日與12月22日地球表面四地正午太陽高度。讀圖回答(1)～(2)題。

(1)四地按地球自轉線速度由大到小排列，依次是(　　)
A．甲、乙、丙、丁　　　 B．乙、丙、丁、甲
C．丙、丁、甲、乙 D．丁、甲、乙、丙
(2)四地自北向南排列，依次是(　　)
A．甲、乙、丙、丁 B．甲、丙、丁、乙
C．丁、乙、丙、甲 D．甲、丙、乙、丁
答案　(1)B　(2)D
解析　6月22日，丙地正午太陽高度角為90°，當地為23°26′N；甲地6月22日正午太陽高度在52°左右，12月22日正午太陽高度在6°左右，且為四地中最小，可判斷甲地位于北回歸線以北；丁地12月22日正午太陽高度在62°左右，6月22日正午太陽高度為四地中最小，可判斷丁地位于南回歸線以南；乙地接近南回歸線，且位于南回歸線以北。丁地12月22日太陽高度比甲地6月22日正午太陽高度大，說明丁比甲地更接近回歸線，緯度比甲地低。四地緯度由低到高排列為乙—丙—丁—甲。自北向南依次是甲—丙—乙—丁。緯度越高，線速度越小，所以四地線速度由大至小為乙—丙—丁—甲。
探究點三　晝夜長短的變化
【探究材料】
人們一直夢想著能在太空中旅行，能欣賞宇宙的奇觀。其實我們都是太空旅行者。地球用365.256天繞行太陽一周，并用23.934 5小時自轉一圈。我們習以為常的日月星辰東升西落，一年四季的輪回更替，晝夜長短的變化，都是地球運動的結果。

天安門廣場每天升國旗的時間在特色的公告牌上公布。國家規定每天日出時間升旗，以象征五星紅旗與太陽同升。因為每天日出時間有變化，升旗時間也隨之變化。
1．是什么原因導致每天日出時間的變化？
2．學校的作息時間表因季節不同而調整，冬季的起床時間明顯晚于夏季，這是為什么？
3．黑龍江省的漠河鎮有我國的“北極村”之稱，每年都有一段時間出現“白夜”現象，你知道是什么時間出現嗎？原因何在？
【探究歸納】
1．由于太陽直射點的移動導致晝夜長短的變化。故每天日出時間不同。
2．冬季晝短，夏季晝長，故冬季的起床時間要明顯晚于夏季。
3．夏至日，出現“白夜”現象。因為漠河鎮緯度高，夏至日太陽直射北回歸線，晝最長，太陽幾乎全部在地平線以上。
【規律總結】
1．晝夜長短變化的原因及時空變化規律
太陽直射點的移動結果之一是形成了地球上晝夜長短的變化。

2．太陽直射點與晝夜長短的關系
（1）太陽直射點所在的半球(該半球為夏半年)，晝長夜短，緯度越高，白晝越長；另一半球(冬半年)晝短夜長，緯度越高，白晝則越短。
（2）直射點的緯度越高，地球上各地晝夜相差越大，出現極晝極夜的范圍越大。太陽直射北回歸線時，北半球各地晝最長，夜最短，北極圈內出現極晝現象，而南半球則晝最短，夜最長，南極圈內出現極夜現象。太陽直射南回歸線時則相反。
（3）赤道上全年晝夜等長，春秋分日全球晝夜等長。
（4）南北半球相同緯度的地方晝長、夜長剛好相反。
【考例探究3】　據報道，某年3月9日，我國科考隊員在中國北極黃河站(78°55′N,11°56′E)觀看了極夜后的首次日出。完成(1)～(3)題。
(1)當日，科考隊員在黃河站看到日出時，北京時間約為(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．10時 B．13時 C．16時 D．19時
(2)當日，日落于黃河站的(　　)
A．東方 B．西方 C．南方 D．北方
(3)據此推算，黃河站此次極夜開始的時間約在前一年的 (　　)
A．9月21～30日 B．10月1～10日
C．10月11～20日 D．10月21～30日
答案　(1)D　(2)C　(3)B
解析　第(1)題，首先明確3月9日在黃河站觀看極夜后首次日出時，晨昏線應和78°55′N相切，切點過11°56′E，即11°56′E為12時，可求出北京時間約為19時。第(2)題，由上題解析知，該日黃河站夜長24小時，12時日出，12時日落，此時太陽在正南方地平面。第(3)題，晝夜長短的變化規律和太陽直射點的移動規律是一致的，都有時間上的對稱性。因此黃河站極夜結束時3月9日距春分3月22日的時間應和極夜開始時距9月23日的時間相等，前者為春分前13天，則后者為秋分后13天，故選B。

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