1.3 地球的运动 第2时 地球的公转 学案（湘教版必修1）

[学习目标]　1.通过实验演示，理解地球公转的方向、周期、速度等。2.了解黄赤交角的概念及大小，理解其对太阳直射点移动状况的影响。3.绘图分析说出正午太阳高度的大小和昼夜长短随纬度和季节的变化规律，总结出四季更替的原因。

一、地球的公转

1．轨道：地球绕太阳运行的路径叫公转轨道。地球公转轨道面叫①黄道面。地球公转的轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个②焦点上。
2．方向：沿公转轨道自③西向④东。
3．速度：每天向东移动约⑤59′。
4．周期：地球公转的周期为⑥1年，约为⑦365日⑧6时⑨9分。
5．黄赤交角：地球的赤道面与黄道面之间的夹角，叫黄赤交角，约为⑩23.5°。也可以说地轴与黄道面之间约呈⑪66.5°的夹角。
二、地球公转的地理意义
1．原因：由于⑫黄赤交角的存在，使得地球位于公转轨道的不同位置时，太阳光线直射点的⑬纬度位置不同。
2．表现：太阳直射点的南北移动、各地正午太阳高度的变化、⑭昼夜长短的变化以及
⑮四季的更替、⑯五带的划分。
3．五带：南、北回归线之间，是一年之中获得太阳辐射能量最多的区域，称为热带。
⑰南、北极圈之内，是地球上最寒冷的区域，称为寒带。南、北半球热带与寒带之间，是南、北温带。
4．正午太阳高度：太阳相对于⑱地平面的高度角叫太阳高度，太阳高度的最大值为⑲90°。各地太阳高度在地方时⑳12时时最大，称为正午太阳高度。正午太阳高度在太阳光直射的纬线最○21大，向南、北两侧逐渐降低。
5．昼夜长短变化：当太阳光直射北半球时，北半球昼○22长夜○23短，纬度越高，昼越○24长，夜越○25短，在北极圈内，出现太阳整日不落的○26极昼现象；在南半球则昼○27短夜○28长，纬度越高，昼越○29短，夜越○30长，在南极圈内，出现○31极夜现象；○32赤道上各地的昼夜长短基本上没有什么变化。
6．四季变化：地球公转造成地球○33中纬度地区形成明显的四季变化。○34夏季是一年中白昼较长、正午太阳高度较大的季节；○35冬季是一年中白昼较短、正午太阳高度较小的季节；
○36春秋两季是冬夏两季的过渡季节。

探究点一　地球的公转
【探究材料】
实验：探究太阳直射点的回归运动。
1. 实验目的：通过实验，形象直观地观察太阳直射点的南北移动。
2. 实验材料准备：地球仪一个、小灯泡及灯泡座、可套在小灯泡上的灯罩筒。
3. 实验过程：
（1）将电灯座固定在桌子的正中央，并将灯泡固定在灯座上充当太阳。
（2）在距离灯泡的适当距离处放一个地球仪代表地球。
（3）将灯罩筒一端套在灯泡上，使另一端直射出的光为一束平行光。
（4）打开灯泡开关，并将房间其他灯关闭，让从灯罩筒射出的光束直射到地球仪上，让________始终指向一个方向，并移动地球仪。
4. 实验结果：若每步实验做得到位，在此实验过程中，你将观察到
________________________________________________________________________。
产生此现象的原因是________________________________________。
5. 实验总结在此实验过程中，有的同学并未观测到上述结果，你认为可能的原因是什么？
6. 若黄赤交角变为24.5°，太阳直射的范围将会如何变化？若黄赤交角变为0或90°后，地球将怎样绕日公转。太阳直射点还有没有回归运动？
【探究归纳】
3.④地轴
4.太阳直射点在南北回归线间往返移动　地轴的空间指向不变，黄赤交角的大小不变
5.地心未与平行光束在同一平面上，地轴与桌面的夹角不是66.5°。
6.若黄赤交角变为24.5°，则太阳直射点在24.5°N～24.5°S之间移动，太阳直射范围变大。黄赤交角变为0°时；地球正着绕日公转，太阳一直直射赤道，无回归运动。黄赤交角变为90°时；地球躺着绕日公转，太阳一直直射极点，地球一半永远是极夜，另一半永远是极昼。
【规律总结】
地球公转速度的变化

【考例探究1】　读图，回答下列问题。

(1)图中有一处明显错误，请改正。
(2)A为______星，B为________面；C为________面。α、β二角中，________为黄赤交角，度数是____。
(3)黄赤交角度数与回归线度数的关系是________。
(4)地球在公转过程中表现出的特点是________________和________________基本不变。
(5)由于____________的存在，使太阳直射点在________________(纬线)和________________(纬线)之间作周期性往返运动。
答案　(1)上图中的地球自转方向画反了，正确画法如下图所示。

(2)北极　黄道　赤道　α　23.5°
(3)数值相等
(4)地轴空间指向　黄赤交角大小
(5)黄赤交角(或α)　北回归线(23.5°)　南回归线(23.5°S)(两者前后顺序可对调)
解析　第(1)题，地球的自转方向是自西向东，在北极上空看为逆时针方向，所以图中错误之处为地球自转方向画反了。第(2)题，较为简单，注意地轴与赤道面垂直，所以C为赤道面，那么，B为黄道面，自然B、C面之间的夹角α为黄赤交角，度数为23.5°。实际上，黄赤交角的度数即太阳直射点南北移动的最大范围的界限，即南北回归线(23.5°N)。第(4)题，地球在自转的同时，也绕着太阳公转，同时地轴的倾斜方向在空间上是稳定的，始终指向北极星附近。第(5)题，由于黄赤交角的存在，且地球在运动中的地轴的倾斜方向保持不变，导致太阳直射点在南北回归线之间作周期性往返运动。
探究点二　正午太阳高度的变化
【探究材料】
2010年6月，赵亮的父母在“阳光花园”购买了一套位于一层的住房。2011年1月，全家入住后，发现阳光全被前排楼房挡住了。他感到很困惑，那天看房时，小院内阳光充足，怎么才过了几个月，阳光就被挡住了呢？

1．你能结合上图帮赵亮分析一下原因吗？
2．深圳一研究性学习小组，研究后他们认为：在一个窗户朝正南的房间里，全年正午阳光都能照射到房内。你认为是否正确？为什么？
3．下图是他们绘制的冬至日旗杆影子在日出、正午、日落时的示意图。该图表达是否正确？为什么？

4．“太阳高度”“正午太阳高度”“太阳直射”有何区别？
【探究归纳】
1．正午楼房影子的长度随正午太阳高度的变化而变化。正午太阳高度越高，影子越短；反之，越长。阳光花园的正午太阳高度1月时比6月要小得多，因此看房时影子也要长得多。
2．不正确；深圳位于北回归线以南，夏至日前后，阳光不能进入房内。
3．不正确；正午旗杆影子小于日出与日落时旗杆影长。
4．太阳高度指入射光线与观测者所在地平面的夹角。一日内最大的太阳高度才称为正午太阳高度。太阳光线与地平面夹角为90°时，称为太阳直射。
【规律总结】
1．正午太阳高度的分布变化规律
(1)正午太阳高度的分布规律：由直射点所在纬度向南北两侧递减。
(2)
随季节变化北回归线及其以北地区；夏至日达到最大值，冬至日达到最小值南回归线及其以南地区：冬至日达到最大值，夏至日达到最小值回归线之间的地区：太阳两次直射，但回归线上直射一次
2．正午太阳高度的计算
正午太阳高度的计算公式：H＝90°－直射点与所求地点纬度之差。若直射点与所求地点同在南半球或者同在北半球，两点纬度差为大数减去小数；若直射点与所求地点分属于南北不同半球，两点纬度差为两纬度之和。各地正午太阳高度的计算除按公式H＝90°－α±φ计算外，利用图示法也非常便捷。

如上图所示：当太阳直射B点(10°N)时，A点(40°N)正午太阳高度是：
HA＝90°－AB＝90°－(40°－10°)＝60°
当太阳直射B点(10°N)时，C点(23.5°S)正午太阳高度是：
HC＝90°－BC＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°
若计算出某地正午太阳高度等于零，说明此点此时在晨昏线上；若小于零，说明此点此时为极夜。
3．正午太阳高度的应用
(1)计算楼间距(以北半球为例)

为了使楼房底层获得充足的太阳光照，一般说，纬度较低的地区楼间距较小，纬度较高的地区楼间距较大。解题关键是计算当地冬至日的正午太阳高度，并计算影长。公式：L＝H•cotα，α＝90°－(φ±23.5°)其中φ为当地的地理纬度。
(2)计算热水器安装角度
要最大限度地利用太阳能资，应该合理设计太阳能热水器的倾斜角度，使太阳能热水器集热板与太阳光线垂直，提高太阳能热水器的效率。即α＋H＝90°时效果最佳。太阳能热水器的安装倾角＝纬度差(即当地纬度和太阳直射点纬度的差值)。
【考例探究2】　下图为6月22日与12月22日地球表面四地正午太阳高度。读图回答(1)～(2)题。

(1)四地按地球自转线速度由大到小排列，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，丙地正午太阳高度角为90°，当地为23°26′N；甲地6月22日正午太阳高度在52°左右，12月22日正午太阳高度在6°左右，且为四地中最小，可判断甲地位于北回归线以北；丁地12月22日正午太阳高度在62°左右，6月22日正午太阳高度为四地中最小，可判断丁地位于南回归线以南；乙地接近南回归线，且位于南回归线以北。丁地12月22日太阳高度比甲地6月22日正午太阳高度大，说明丁比甲地更接近回归线，纬度比甲地低。四地纬度由低到高排列为乙—丙—丁—甲。自北向南依次是甲—丙—乙—丁。纬度越高，线速度越小，所以四地线速度由大至小为乙—丙—丁—甲。
探究点三　昼夜长短的变化
【探究材料】
人们一直梦想着能在太空中旅行，能欣赏宇宙的奇观。其实我们都是太空旅行者。地球用365.256天绕行太阳一周，并用23.934 5小时自转一圈。我们习以为常的日月星辰东升西落，一年四季的轮回更替，昼夜长短的变化，都是地球运动的结果。

天安门广场每天升国旗的时间在特色的公告牌上公布。国家规定每天日出时间升旗，以象征五星红旗与太阳同升。因为每天日出时间有变化，升旗时间也随之变化。
1．是什么原因导致每天日出时间的变化？
2．学校的作息时间表因季节不同而调整，冬季的起床时间明显晚于夏季，这是为什么？
3．黑龙江省的漠河镇有我国的“北极村”之称，每年都有一段时间出现“白夜”现象，你知道是什么时间出现吗？原因何在？
【探究归纳】
1．由于太阳直射点的移动导致昼夜长短的变化。故每天日出时间不同。
2．冬季昼短，夏季昼长，故冬季的起床时间要明显晚于夏季。
3．夏至日，出现“白夜”现象。因为漠河镇纬度高，夏至日太阳直射北回归线，昼最长，太阳几乎全部在地平线以上。
【规律总结】
1．昼夜长短变化的原因及时空变化规律
太阳直射点的移动结果之一是形成了地球上昼夜长短的变化。

2．太阳直射点与昼夜长短的关系
（1）太阳直射点所在的半球(该半球为夏半年)，昼长夜短，纬度越高，白昼越长；另一半球(冬半年)昼短夜长，纬度越高，白昼则越短。
（2）直射点的纬度越高，地球上各地昼夜相差越大，出现极昼极夜的范围越大。太阳直射北回归线时，北半球各地昼最长，夜最短，北极圈内出现极昼现象，而南半球则昼最短，夜最长，南极圈内出现极夜现象。太阳直射南回归线时则相反。
（3）赤道上全年昼夜等长，春秋分日全球昼夜等长。
（4）南北半球相同纬度的地方昼长、夜长刚好相反。
【考例探究3】　据报道，某年3月9日，我国科考队员在中国北极黄河站(78°55′N,11°56′E)观看了极夜后的首次日出。完成(1)～(3)题。
(1)当日，科考队员在黄河站看到日出时，北京时间约为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．10时 B．13时 C．16时 D．19时
(2)当日，日落于黄河站的(　　)
A．东方 B．西方 C．南方 D．北方
(3)据此推算，黄河站此次极夜开始的时间约在前一年的 (　　)
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)题，首先明确3月9日在黄河站观看极夜后首次日出时，晨昏线应和78°55′N相切，切点过11°56′E，即11°56′E为12时，可求出北京时间约为19时。第(2)题，由上题解析知，该日黄河站夜长24小时，12时日出，12时日落，此时太阳在正南方地平面。第(3)题，昼夜长短的变化规律和太阳直射点的移动规律是一致的，都有时间上的对称性。因此黄河站极夜结束时3月9日距春分3月22日的时间应和极夜开始时距9月23日的时间相等，前者为春分前13天，则后者为秋分后13天，故选B。

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