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(jié)的變化規(guī)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(xiàn)：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(qū)域，稱為熱帶。
⑰南、北極圈之內(nèi)，是地球上最寒冷的區(qū)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(nèi)，出現(xiàn)太陽整日不落的○26極晝現(xiàn)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(nèi)，出現(xiàn)○31極夜現(xiàn)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(qū)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(jié)；○35冬季是一年中白晝較短、正午太陽高度較小的季節(jié)；
○36春秋兩季是冬夏兩季的過渡季節(jié)。
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(chǎn)生此現(xiàn)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?yōu)?4.5°，太陽直射的范圍將會如何變化？若黃赤交角變?yōu)?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?yōu)?4.5°，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?yōu)?°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?yōu)?0°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(guī)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(shù)是____。
(3)黃赤交角度數(shù)與回歸線度數(shù)的關系是________。
(4)地球在公轉過程中表現(xiàn)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(shù)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(shù)為23.5°。實際上，黃赤交角的度數(shù)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(wěn)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(fā)現(xiàn)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(nèi)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(nèi)。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(qū)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(nèi)。
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(nèi)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(guī)律總結】
1．正午太陽高度的分布變化規(guī)律
(1)正午太陽高度的分布規(guī)律：由直射點所在緯度向南北兩側遞減。
(2)
隨季節(jié)變化北回歸線及其以北地區(qū)；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(qū)：冬至日達到最大值，夏至日達到最小值回歸線之間的地區(qū)：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(shù)減去小數(shù)；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(qū)樓間距較小，緯度較高的地區(qū)樓間距較大。解題關鍵是計算當?shù)囟寥盏恼缣柛叨�，并計算影長。公式：L＝H•cotα，α＝90°－(φ±23.5°)其中φ為當?shù)氐牡乩砭暥取?br />(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?shù)鼐暥群吞栔鄙潼c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?shù)貫?3°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(guī)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(jié)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(zhèn)有我國的“北極村”之稱，每年都有一段時間出現(xiàn)“白夜”現(xiàn)象，你知道是什么時間出現(xiàn)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(xiàn)“白夜”現(xiàn)象。因為漠河鎮(zhèn)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(guī)律總結】
1．晝夜長短變化的原因及時空變化規(guī)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(xiàn)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(nèi)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，而南半球則晝最短，夜最長，南極圈內(nèi)出現(xiàn)極夜現(xiàn)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(jù)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(jù)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(guī)律和太陽直射點的移動規(guī)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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