地球運動及其地理意義

會計學1地球運動及其地理意義第一節(jié)地球運動的主要方式自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)月地繞轉(zhuǎn)地軸進動極移板塊運動第1頁/共47頁第二節(jié)地球自轉(zhuǎn)及其地理意義思考題1.如何證明地球的自轉(zhuǎn)?2.何謂地軸進動?其規(guī)律、成因與后果是什么？3.何謂極移現(xiàn)象？其規(guī)律、成因與后果是什么？第2頁/共47頁一、地球自轉(zhuǎn)的證明1.落體偏東現(xiàn)象:自由落體總是偏落在鉛垂線東側(cè)的現(xiàn)象。2.傅科擺偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象:（1）擺的結(jié)構(gòu)與特點:ABA'B'Ct東西②特點——擺動周期長速度慢（阻力?。?，慣性大維持時間長，擺動平面不受支架水平轉(zhuǎn)動的牽連。（2）偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象：在北半球擺動平面發(fā)生順時針偏轉(zhuǎn),南半球則相反。NCB=AA'>BB'東偏位移=AA'-BB'=CB'①結(jié)構(gòu)——重錘，長鋼絲，萬向節(jié)。第3頁/共47頁傅科擺及其懸掛裝置——萬向節(jié)鋼絲長67米錘重28公斤首次實驗在巴黎保泰安教堂完成第4頁/共47頁第5頁/共47頁

擺的運動可以超然于地球的自轉(zhuǎn)，但懸掛擺的支架一般卻要帶動它參與地球的自轉(zhuǎn)。為解決這一問題，傅科采取了一種簡單而巧妙的裝置－萬向節(jié)（如圖），從而使擺動平面超然于地球的自轉(zhuǎn)。

第6頁/共47頁2擺動平面金屬擺錘鋼絲134小時

北半球擺面偏轉(zhuǎn)方向（2）偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象：在北半球擺動平面發(fā)生順時針偏轉(zhuǎn)，南半球則相反。第7頁/共47頁擺面偏轉(zhuǎn)的本質(zhì)是地球自轉(zhuǎn)第8頁/共47頁赤道無偏轉(zhuǎn)(3)解釋——說明地球在自轉(zhuǎn)。第9頁/共47頁二、地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律1、自轉(zhuǎn)的周期（1）恒星日

（23h56m）某恒星（或春分點）連續(xù)兩次上中天的時間間隔（真周期，地球自轉(zhuǎn)360°）。（2）太陽日（均值24h

）日心連續(xù)兩次上中天的時間間隔（晝夜更替的周期，地球平均自轉(zhuǎn)360°59′

）

P161（3）太陰日（24h50m）月心連續(xù)兩次上中天的時間間隔（潮汐周期，地球平均自轉(zhuǎn)373°38′）太陽月亮同一恒星★★AA13°38′59′59′第10頁/共47頁2、自轉(zhuǎn)的速度（1）角速度——全球一致。=15°/小時（2）線速度

V=（R+h）cosRh（3）的微小變化①季節(jié)性變化:由氣團洋流的運動引起（±1/1000秒）②長期變慢——由潮汐摩擦引起（+1.6秒/10萬年）。③不規(guī)則變化地內(nèi)物質(zhì)運動引起。大冰期自轉(zhuǎn)快，間冰期自轉(zhuǎn)慢。L第11頁/共47頁P

天北極P'天南極地平圈天赤道圖A（三）地球自轉(zhuǎn)的地理意義1、天球的周日運動PP'天赤道圖B地平圈

出沒星區(qū)恒顯星區(qū)恒隱星區(qū)PP'圖C地平圈①天體周日運動的軌跡（周日圈）平行于天赤道。②天體周日圈的大小隨天體δ絕對值的增大而縮小。③地理緯度不同，天體周日圈的傾角不同θ=90°-|

|θ第12頁/共47頁在西班牙哥林那地區(qū)1999.11.18拍到的獅子座流星雨第13頁/共47頁第14頁/共47頁南天極星留跡第15頁/共47頁2、晝夜與時間的更替(1)晝夜更替——使太陽均勻加熱地球,對生命活動有利。(2)時間交替——時區(qū)的產(chǎn)生。3、地球坐標的確定164-166（1)經(jīng)緯線與地球上的方向（2）地理坐標的經(jīng)緯度（3）地球上的距離第16頁/共47頁4、物體水平運動的方向偏轉(zhuǎn)C'AA'BA"CB"NSB'①南北向彈體的偏轉(zhuǎn)②東西向彈體的偏轉(zhuǎn)AA'BB'OO'NS(1)現(xiàn)象:在北半球彈體偏向目標右方,南半球則偏左方。北半球:AA"=BB'>AA'(右偏)南半球:BB"=CC'<BB'(偏左)(2)解釋:P166-168(3)地轉(zhuǎn)偏向力(科里奧利力A)A=2mVsin第17頁/共47頁

在自轉(zhuǎn)的地球上，每一個質(zhì)點的圓運動的中心都在地軸上，慣性離心力的方向都垂直并背離地軸。如把一地的慣性離心力分解為垂直和水平方向的兩個分力，那么，這后一分力作用下，物質(zhì)有向赤道集聚的趨勢，地球變成了扁球體。5、導致赤道隆起地球變扁第18頁/共47頁

艾森彗星的行蹤？（20131129）

嫦娥三號發(fā)射（20131202）第19頁/共47頁思考題1.何謂恒星的周年視差位移和恒星的光行差位移,兩者之間有何區(qū)別?2.簡述地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律(軌道參數(shù),周期,速度)。3.古人如何發(fā)現(xiàn)太陽的周年視運動?第20頁/共47頁第三節(jié)地球的公轉(zhuǎn)運動一、地球公轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)與證明(P168-170)1、公轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)——1543年哥白尼提出日心說認為地球與行星是繞日公轉(zhuǎn)的。2、公轉(zhuǎn)的證明(1)恒星的周年視差位移(1838年由貝塞耳首測)AA'BB'比鄰星=0.76"天鵝座61=0.3"秒差距=1/"1秒差距=3.26光年比鄰星的距離(秒差距)=1/"=1/0.76=1.32(秒差距)=4.29(光年)(2)光行差(1725年由布拉德雷發(fā)現(xiàn))——由于地球的公轉(zhuǎn)運動,使恒星的視方向與其真方向產(chǎn)生的差角(k)。周年視差第21頁/共47頁（2）光行差（1725年由布拉德雷發(fā)現(xiàn)）——由于地球的公轉(zhuǎn)運動,使恒星的視方向與其真方向產(chǎn)生的差角（k）。真方向視方向真方向C視方向kK=20.5“①視差位移與光行差位移的方向差別AA'BB'ABA'B'視差位移方向光行差位移的方向Ve以下雨為例第22頁/共47頁①視差位移與光行差位移的方向差別②光行差（K）的大?。篕隨Ve與C夾角的增大而增大。當Ve⊥C時K值最大，稱為光行差常數(shù)。對于任意恒星，只要地球位于通過星日連線且垂直于地球軌道的平面與地球軌道的交點上，則該恒星的K值最大。③光行差常數(shù)：∵K角很小其所對的弦弧近似相等∴用弧度表示有：K=Ve/C=0.0000993化為角秒有:

K=206265×0.0000993=20.48″Ve→→→→K（3）多普勒效應

170第23頁/共47頁二、地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律1.地球的軌道參數(shù)(1)軌道扁率=(a-b)/a=1/7000(2)黃赤交角=23°26'21.448"北黃極北天極23°26'(3)日地距離(前面已述)2.地球公轉(zhuǎn)周期(1)恒星年——日心連續(xù)兩次通過黃道同一恒星的時間間隔。（真周期365.2564日)(2)回歸年——日心連續(xù)兩次通過春分點的時間間隔。（季節(jié)交替的周期365.2422日）公元2000年第24頁/共47頁地球的公轉(zhuǎn)周期名稱參考點點多移動比較恒星年年的長度恒星年恒星無明顯自行----365.2564日回歸年春分點每年西移50”<恒星年365.2422日近點年近日點每年東移11”>恒星年365.2596日交點年黃白交點每年西移20°<恒星年346.6200日第25頁/共47頁天球黃道天赤道天北極天南極春分點秋分點夏至點冬至點春分點每年西移50.26″春分點西移和歲差現(xiàn)象解釋歲差——恒星年比回歸年長北黃極KK′南黃極歲差現(xiàn)象：為我國漢代天文學家——劉歆最早發(fā)現(xiàn)第26頁/共47頁有關解釋（171,182,183）1.春分點西移：地軸進動的結(jié)果之一2.黃白交點西退：由于太陽對月球的引力，兩個交點的連線沿黃道與月球運行的相反方向向西移動，這種現(xiàn)象稱為交點退行。交點每年移動19°21’，約18.6年完成一周。這一現(xiàn)象對地球的章動和潮汐起重要影響。3.近點年及長期攝動：近點年是地球公轉(zhuǎn)速度變化的周期，主要用于太陽運動的研究。天體在運動中，除受中心天體的引力作用外，還受到周圍其他天體介質(zhì)等諸多因素的作用，這些作用與中心天體的引力相比是很小的，因此稱為攝動。章動：（183）月球在白道上運行，黃白交角平均為5°9’，月球經(jīng)常位于黃道的上面或者下面，這就使得歲差現(xiàn)象變得復雜，北天極在繞著黃北極轉(zhuǎn)動時，不斷在其平均位置的上下做周期性的微小擺動，振幅9”，這種微小擺動稱為章動，周期1806年。第27頁/共47頁3.地球公轉(zhuǎn)速度(1)平均角速度=360°/恒星年=59'08"/日(2)平均線速度=29.78km/s(3)速度的年變化日期位置角速度線速度一月初近日點61'10"/日30.0km/s七月初遠日點57'10"/日29.3km/s第28頁/共47頁三、地球公轉(zhuǎn)的地理意義1、太陽的周年視運動K黃道K'地球S1S2S3E2E3M2E1M1（1）太陽周年視運動的發(fā)現(xiàn)——古人根據(jù)黃道上夜半中星（恒星）的周年變化確認太陽的周年視運動。（2）地球公轉(zhuǎn)的位置、方向、速度、周期，都可以通過太陽的周年視運動反映出來。M3第29頁/共47頁春：獅子中天；太陽—飛馬夏：天蝎中天；太陽—獵戶秋：飛馬中天；太陽—獅子冬：獵戶中天；太陽—天蝎夜半中星隨季節(jié)的變化EastChinaNormalUniversity第30頁/共47頁第31頁/共47頁2、天文四季的變化1）太陽回歸運動與四季形成1722）太陽高度的周年變化3）晝夜長短的周年變化4）四季的劃分太陽回歸運動的天文成因:①黃赤交角的存在。②地軸指向相對不變。第32頁/共47頁2）太陽高度角的周年變化（1）正午太陽高度角(h)的表達式:N⊙hh=90o-（-⊙）…….半球適用h=90o-|-⊙

|……….全球適用注明①與⊙均為北正南負。②當h>0表示太陽在地平之上。③當h<0表示太陽在地平之下。（2）正午太陽高度角(h)的緯度及季節(jié)變化：①無論任何季節(jié)，在=⊙處的h為最大值（90o）。②在半球范圍內(nèi)，任意兩地正午太陽高度角之差等于這兩地的緯度差。hA=90o-（A-

⊙）hB=90o-（B-

⊙）兩式相減得：hA-hB=B-A第33頁/共47頁

③緯度越高正午太陽高度角的年平均值

(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的年變化為單峰型。⑤在南、北回歸線之間h的年變化為雙峰型。第34頁/共47頁夏至點PP'春分點冬至點3）晝夜長短的周年變化秋分點（1）晝夜的現(xiàn)象①晨昏線——晝夜半球的分界線。②晝夜長短——由晝弧、夜弧決定。晝?。禾幱跁儼肭虻木暰€弧段。夜?。禾幱谝拱肭虻木暰€弧段。冬至(12月22日)在地球上在天球上晝?。禾栔苋杖υ诘仄缴系幕《?。夜弧：太陽周日圈在地平下的弧段。PP′天赤道地平圈秋分(9月23日)春分(3月21日)夏至(6月22日)第35頁/共47頁（2）晝長表達式（1）推導：如圖所示：A、C分別太陽出沒點，太陽在B點中天；BC為半晝弧。太陽從B到C所用的時間（角）為：t在球面三角形CPZ中，據(jù)邊余弦定理得：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]

←定義域（0~180°）↑←值域(-∞,+∞)δ⊙第36頁/共47頁（2）晝長表達式推導：cost

=-

tgφtgδ⊙

釋義（數(shù)學及地理意義）：當：φ=0（赤道上），cost

=0，t=90°2t=180°→12h當:δ⊙=0（春秋分），cost

=0，t=90°2t=180°→12h當:φ與δ⊙

同號有：0≥cost≥-1（第二象限角）即：晝長夜短。當:φ與δ⊙

異號有：1

≥cost≥0

（第一象限角）：即：晝短夜長。當:-

tgφtgδ⊙≥1→極夜現(xiàn)象。當:-

tgφtgδ⊙≤-1→極晝現(xiàn)象。180°≥t≥90

°

360°≥2t≥180

°24h≥2t≥12h

90°≥t≥0

°

180°≥2t≥0

°12h≥2t≥0h釋義：太陽直射點所在的半球。地球處于夏半年的半球。釋義：太陽直射點不在的半球。地球處于冬半年的半球。第37頁/共47頁（3）晝長的緯度變化和季節(jié)變化:夏半年(春分秋分)越北晝越長,越南晝越短。冬半年(秋分春分)越南晝越長,越北晝越短。赤道終年晝夜平分。春秋二分全球晝夜平分，冬夏二至晝夜長短達到極值。極晝極夜總是出現(xiàn)在=±（90°-|⊙|）的緯圈之內(nèi)。緯度越高晝長年較差越大任意地點的晝長年平均值均為:12h

:0°30°50°66.5°90°較差0h4h8h24h

半年夏至春秋分⊙冬至⊙第38頁/共47頁4）四季的劃分1、四季的性質(zhì)、含義與劃分①太陽高度角的年變化②

晝夜長短的年變化由太陽直射點的回歸運動所致.2、影響四季變化的天文因素:天文四季——在半球范圍內(nèi)大氣上界獲得太陽熱能的時間分配。第39頁/共47頁夏至(6月22日)冬至(12月22日)夏至點冬至點秋分點PP'春分點3、五帶的劃分及特征（1）五帶的性質(zhì)與含義①性質(zhì)：天文熱量帶②含義：大氣上界太陽輻射的緯度分布（2）五帶的劃分與意義：熱帶北溫帶南溫帶北寒帶無極晝極夜北極圈有極晝極夜南極圈有直射陽光北回歸線南回歸線無直射陽光無直射陽光有極晝極夜南寒帶天文熱量帶地面溫度帶氣候帶植被帶土壤帶第40頁/共47頁第四節(jié)變化中的地球運動一、自轉(zhuǎn)速率的變化177-178二、極移三、地軸進動四、極移和歲差的區(qū)別第41頁/共47頁PN極地面地軸二、極移1、極移現(xiàn)象在地軸空間指向不變的前提下，地球表面相對地軸運動，導致地極位移的現(xiàn)象。2、極移規(guī)律范圍——擺動幅度0.06″~0.25″（約15m直徑的圓）。方向——北極點逆時針移動。周期——平均1.2年（410~440天）。非周期性漂移：向格陵蘭島每百萬年漂移1°。3、極移成因周期性極移：由地球彈性振蕩與大氣洋流季節(jié)運動引起非周期性極移：與板塊運動有關。根本原因是——地球不是剛體。4、極移后果第42頁/共47頁4、極移后果導致地球坐標系統(tǒng)發(fā)生微小的變化。導致地球赤道發(fā)生微小的變化。5、極移跟蹤

1960年IAG&IUGG將1900~1905年地極的平均位置定為固定平極,并以此作為極移跟蹤的平面坐標原點