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第5讲　地球的自转和公转
一、地球的自转
1.方向
自西向东
2.周期
时间 旋转角度 意义
恒星日 23时56分4秒 360° 自转的真正周期
太阳日 24小时 360°59′ 昼夜交替周期
3.速度
角速度 除南北极点外，各地均为15°/h
线速度 由赤道向两极逐渐减小，赤道最大，极点为零
二、地球的公转
1.
2.周期
名称 1回归年 1恒星年
参照物 太阳 其他恒星
时长 365日5时48分46秒 365日6时9分10秒
特点 直射点的移动周期 公转的真正周期
3.轨道与速度
三、黄赤交角及其影响
1.概念：地球公转轨道平面(即黄道平面)同赤道平面的夹角。目前，其大小是23°26′。如图所示：
2.影响：引起太阳直射点在南、北回归线之间往返运动。
关键素能一　地球自转速度及其应用
【真题研析】
[例1] (经典真题·天津卷)下图所示照片是摄影师在夜晚采用连续曝光技术拍摄的。照片中的弧线为恒星视运动轨迹。读图，完成(1)～(2)题。
(1)据图判断，摄影师拍摄的地点位于(　　)
A.低纬地区 B.中纬地区
C.北极附近 D.南极附近
(2)图中a恒星视运动转过的角度约为50°，据此判断摄影师连续拍摄的时间为(　　)
A.1个多小时 B.3个多小时
C.5个多小时 D.7个多小时
答案　(1)A　(2)B
【素能升华】
1.影响地球自转线速度变化的因素
因素 影响 关系
纬度 海拔相同的条件下，纬度相同，线速度相同；纬度越低，线速度越大 负相关
海拔 纬度相同的条件下，海拔越高，线速度越大 正相关
2.地球自转线速度大小的应用
(1)判断南、北半球
由北向南，线速度越来越大的为北半球；越来越小的为南半球。如上图位于北半球。
(2)判断纬度带
自转线速度
如上图位于中纬度。
(3)判断地势高低
地球自转线速度等值线凸向数值低处，说明线速度比同纬度其他地区大，即地势较高(如上图中A处可能为山地、高原等)；地球自转线速度等值线凸向数值高处，说明线速度比同纬度其他地区小，即地势较低(如上图中B处可能为谷地、盆地等)。
(4)航天发射基地选址
航天发射基地应选择在自转线速度较大(纬度低、海拔高)的地区，并且向东发射。例如，海南文昌相对于其他三个航天发射中心(西昌、酒泉、太原)纬度低，可充分借助地球自转动力，节省燃料，降低发射成本。
[知识拓展]　航天发射基地选址的条件
气象条件 晴天多、阴雨天少，风速小，湿度低，有利于发射和跟踪
纬度因素 纬度低，自转线速度大，可以节省燃料和成本
地形因素 地形平坦开阔，有利于跟踪观测
海陆位置 大陆内部气象条件好，隐蔽性强，人烟稀少，安全性强；海上人类活动少，安全性强
交通条件 内外交通便利，有利于大宗物资运输
安全因素 出于国防安全考虑，有的建在山区、沙漠地区，有的建在地广人稀处
【对点精练】
(2022·保定阶段练习)高山滑雪是冬奥会的传统项目，风速、地形、地球自转速度变化都影响运动员的高水平发挥，下图示意崇礼(41°N，海拔500米)某教练训练计划中表示地球表面自转线速度与海拔的关联。读图，完成1～2题。
1.a、b、c、d四个训练场地中纬度最高的是(　　)
A.a B.b
C.c D.d
答案　B
解析　a、c海拔相同，线速度c>a，表明c纬度更低；a、b线速度相同，b海拔更高，表明b纬度较a更高；在a、b相同线速度上作辅助的e点，使e点与d点的海拔相同，原理同上，分析可得出纬度b>e>d，e>a。综上分析，四地中b的纬度最高。
2.该教练制定的训练计划要向全球教练员推广，为加强运动员对地球自转线速度影响的克服能力，下列说法可信的是(　　)
A.奥斯陆(60°N，海拔500米)教练应将训练场地放在低海拔处
B.罗马(41°N，海拔100米)教练可将训练场地放在当地
C.柏林(52°N，海拔10米)教练应将训练场地移向高纬度处
D.悉尼(34°S，海拔100米)教练可将训练场地放在当地
答案　D
解析　由题可知，为加强运动员对地球自转线速度影响的克服能力，应将训练场地放在地球自转线速度最大的地区，即高海拔地区或低纬度地区。结合选项，悉尼纬度最低，地球自转线速度最大，可将训练场地放在当地进行，D项说法最可信。
(2022·南京师大附中模拟)2022年5月10日1：56，被喻为“太空快递”的天舟四号货运飞船在海南文昌航天发射场发射，同日8：54与空间站天和核心舱成功对接，为今年6月份即将在酒泉发射的神舟十四号3名航天员在轨驻留提前运送了相关物资。下图为文昌发射场和酒泉发射场的位置图。据此完成第3题。
3.与酒泉发射场相比，文昌发射场最关键的优势因素为(　　)
A.气候 B.位置
C.地形 D.技术
答案　B
解析　与酒泉发射场相比，文昌发射场纬度较低，自转线速度大，火箭发射初速度大，能够提高火箭载重、节约燃料，因此，文昌发射场最关键的优势因素是位置，B正确；气候、地形、技术不是优势，A、C、D错误。故选B。
关键素能二　黄赤交角及其影响
【真题研析】
[例2] (经典真题·江苏卷)在地球公转过程中，若以地球为参照系，可看到太阳在黄道上运行。图1是天赤道与黄道的示意图，图2是太阳在黄道上的视运行轨迹图。读图，回答(1)～(2)题。
图1
图2
(1)6月初，太阳在黄道上的位置是(　　)
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
(2)太阳处于甲、乙位置时(　　)
A.地球公转速度相同
B.同一地点昼长变化趋势相同
C.日地距离相同
D.同一地点日出方位相同
(1)6月初接近图2中的哪两个节气之间？
(2)太阳所处的甲、乙两位置与冬至点有何关系？
答案　(1)D　(2)D
解析　第(1)题，6月初接近夏至日，即太阳位于图2中春分点与夏至点之间的丁位置。第(2)题，由图2可知，太阳所处的甲、乙两位置关于冬至点对称。乙位置的日期在冬至日之前，甲位置的日期在冬至日之后。甲位置日期的地球公转速度较乙位置日期快，排除A项；乙位置日期之后北半球某地昼长先变短后变长，甲位置日期之后昼长变长，排除B项；甲位置日期时的日地距离较乙位置日期时短，排除C项；太阳处于甲、乙位置时，地球上同一地点日出方位相同，D项正确。
【素能升华】
1.与黄赤交角相关的几组数据关系
(1)黄赤交角＝回归线的度数。
(2)黄赤交角与极圈度数互余。
(3)黄赤交角＝晨昏线与地轴的最大夹角。
2.黄赤交角变化的影响
【对点精练】
登封观星台(约34°N，113°E)是中国现存最早的古天文台建筑。观星台上有两间小屋，小屋之间有一横梁，台下正北方有一“长堤”(如图1)，每天正午，横梁的影子会投在“长堤”上，利用它可以了解四季变化。据此完成4～5题。
4.当地球由甲处向丁处运动期间，正午时横梁在“长堤”上的投影逐日移动方向为(　　)
A.东 B.西
C.南 D.北
答案　C
解析 读图2，当地球由甲处向丁处(从春分日到夏至日)运动期间，太阳直射点由赤道向北回归线移动，登封位于北回归线以北，此时北半球正午太阳高度变大，正午日影变短，且日影正午朝北，因此投影往南移动。
5.若黄赤交角变小，则夏至日该地正午时横梁在“长堤”上投影的位置有何变化(　　)
A.向北移 B.向南移
C.向东北移动 D.向西北移动
答案　A
解析　若黄赤交角变小，北回归线的纬度变低，登封位于北回归线以北，正午太阳高度与直射点和所求点之间的纬度差互余，因此该地最大的正午太阳高度变小，投影变长，位置向北移。
[模拟应考]
1.(2022·上海徐汇二模)“带食日出”是日偏食的一种景象，初升的红日从地平线升起的时候就缺了一块。下列天体运动中，与“带食日出”密切相关的是(　　)
①地球的自转　②地球的公转　③月球的自转
④月球的公转
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
答案　B
解析　“带食日出”中的“日出”是地球自转产生；“带食日出”中的“食”为日偏食，日食(包括日偏食)是月球公转至日地之间，月球遮挡地球某些区域所致，因此月球公转与“带食日出”密切相关。
(2022·河南天一大联考)Eutelsat Quantum量子卫星由欧洲空中客车防务及航天公司研发建造，是世界首颗在轨可重新编程量子卫星。世界标准时间2021年7月30日21时，该卫星从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空，到达地球上空的36 000千米的地球静止轨道(属于地球同步轨道卫星的一种)。下图示意法属圭亚那的地理位置。据此完成2～3题。
2.库鲁航天中心发射卫星的优势条件是(　　)
A.当地自然资源丰富
B.廉价劳动力丰富
C.降水少，发射窗口期长
D.节省燃料，提高火箭运力
答案　D
解析　库鲁发射中心最大的优势是接近赤道，纬度较低，地球自转线速度大，发射时初速度大，可节省核燃料，D正确；航天发射属于技术密集型产业，与自然资源丰富程度、廉价劳动力等关系不大，A、B错；库鲁发射中心属于热带雨林气候，降水多，C错。
3.与库鲁航天中心相比，定轨后的该量子卫星的运行速度(　　)
A.线速度大，角速度大
B.线速度小，角速度小
C.线速度大，角速度相等
D.线速度相等，角速度大
答案　C
解析　该量子卫星属于地球同步轨道卫星的一种，运行周期与地球自转一周的时间相等，所以其运行角速度等于地球自转的角速度；同步轨道卫星位于地球赤道上空，距离地球的高度约为36 000千米，自转半径大于地面上任意一点，所以线速度也大于地面上任意一点，故定轨后的该量子卫星的运行速度与库鲁航天中心相比，线速度大，角速度相等。
(2022·重庆巴蜀中学阶段练习)北京时间2022年6月5日10时44分，搭载神舟十四号载人飞船的长征二号F遥十四运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，6月5日17时42分成功对接天和核心舱(距离地表约400千米)，三位航天员将展开为期六个月的任务。据此完成4～5题。
4.航天员在驻留期间，天和核心舱绕太阳运动的线速度大小变化为(　　)
A.一直不变 B.先增后减
C.先减后增 D.持续减小
答案　C
解析　核心舱绕地球公转，则地球与核心舱构成了一个天体系统，该天体系统绕太阳公转，这样核心舱绕太阳运动线速度变化也就是地球绕日公转线速度的大小变化，在航天员驻留期间，地球绕日公转经过了远日点，远日点公转线速度较慢，所以航天员在6月5日～12月5日的驻留期间，核心舱绕日运动的公转线速度会先减后增。
5.在天和核心舱内24小时里可看到多次日出日落，其原因是(　　)
A.核心舱公转速度慢于地球自转速度
B.核心舱公转与地球自转是同步的
C.核心舱公转速度快于地球自转速度
D.核心舱公转方向与地球自转相反
答案　C
解析　日出日落是地球自转运动的结果，地球上昼夜交替的周期是24小时，但是因为天和核心舱绕地球公转速度快于地球自转，在核心舱里可以看到多次日出日落。
读黄赤交角示意图，图中PQ为地轴，MN为黄道平面，回答6～8题。
6.角②的度数是(　　)
A.23°26′ B.46°52′
C.66°34′ D.43°08′
答案　C
解析　角②的度数与黄赤交角互余，故其度数＝90°－23°26′＝66°34′。
7.当太阳直射点由H移至N的过程中，下列说法中正确的是(　　)
A.北半球正午太阳高度变大
B.地球公转速度不断减慢
C.极昼范围扩大，极夜范围缩小
D.南半球各地昼渐长、夜渐短
答案　B
解析　当太阳直射点由H移至N的过程中，即太阳直射点由赤道移向北回归线的过程中，北半球北回归线及其以北地区的正午太阳高度变大；地球在黄道上的位置接近远日点，故地球公转速度不断减慢；北极地区极昼范围逐渐扩到最大，南极地区极夜范围也在扩大；南半球各地昼渐短、夜渐长。
8.如果黄赤交角增大1°，那么地球上五带范围的变化是(　　)
A.北寒带范围变大1° B.南温带范围缩小1°
C.热带范围变大1° D.各带范围不变
答案　A
解析　如果黄赤交角增大1°，那么地球上五带范围的变化是北寒带范围变大1°；南温带范围缩小2°；热带范围变大2°。
(2022·广东专题练习)下图是地球公转轨道示意图，P点是近日点，图中甲、乙、丙、丁四点将轨道均分成四等份。读图回答9～10题。
9.地球在公转轨道上运动所用时间最少的一段是(　　)
A.甲→乙 B.乙→丙
C.丙→丁 D.丁→甲
答案　A
解析　地球公转到近日点时，公转速度最快，远日点时公转速度最慢，图中P为近日点，公转速度最快，因而用时最少的是甲→乙，A正确。
10.2019年2月4日是中国的传统节日“除夕”，此时地球在公转轨道上的位置最接近(　　)
A.甲点 B.乙点
C.丙点 D.丁点
答案　B
解析　近日点是1月初，结合公转方向可知，2月4日应位于P点之后1个月左右，最接近乙点，B正确。
(2022·甘肃高县一中月考)北斗七星几乎是夜空中最亮、最容易识别的恒星。我国古代先民不仅用它来指示方向，还能用它区分季节。下图为一年内四个日期的同一时刻看到的北斗七星位置的合成图。据此完成11～12题。
11.图中北斗七星斗柄的朝向变化是由于地球的(　　)
A.顺时针自转 B.逆时针自转
C.顺时针公转 D.逆时针公转
答案　D
解析　北斗斗柄指向上的变化是由于地球的公转造成的，地球的公转形成季节的变化。地球的公转是逆时针方向，D正确。
12.我们观察到一天内北斗七星的位置(　　)
A.固定不变
B.逆时针旋转每小时约15度
C.顺时针旋转每小时约15度
D.逆时针旋转每小时约30度
答案　B
解析　北斗七星是恒星，地球上观察恒星的时间间隔是一个恒星日，大致是23时56分4秒。以北极星为参照物，地球是顺时针旋转，由于恒星不动，我们观察到一天内北斗七星的位置是逆时针旋转每小时约15度，B正确。
[真题实战]
(2022·1月浙江卷)摄影爱好者在南半球某地朝西北固定方向拍摄太阳照片，拍摄时间为K日及其前、后第8天的同一时刻。图1为合成后的照片，图2为地球公转轨道示意图。完成第1题。
图1
图2
1.K日地球位置位于图2中的(　　)
A.① B.②
C.③ D.④
答案　B
解析　由材料可知，朝西北方向拍摄太阳照片，为日落照片。日落西北时，太阳直射点位于北半球。K日前、后第8天同一时刻太阳几乎重叠，根据太阳对称规律，K日应为北半球夏至日；由图2可知，①为近日点，为1月初，则②③之间为远日点，根据地球运动方向，②位置符合。
(2021·湖北卷)深空网是支持深空探测活动，放飞人类太空梦想的核心系统。深空站作为深空网的重要组成部分，主要任务是建立天地联系通道，实现对航天器的跟踪测量和数据传输，其系统复杂，对站址环境条件要求苛刻，建设维护成本极高。我国已基本建成功能完备、性能先进、全球布局的深空网，为“天问一号”火星探测保驾护航。如图示意佳木斯深空站和全球主要深空站分布。据此完成2～4题。
2.单个深空站无法实现对航天器的连续测控覆盖，主要是因为(　　)
A.地球公转 B.地球自转
C.地球形状 D.地球大小
答案　B
解析　地球存在自转运动，会造成单个深空站目标跟踪不连续，出现测控盲区，故B正确。
3.为了实现全天24小时360°对航天器的连续跟踪，需要建立的深空站个数至少是(　　)
A.2 B.3
C.4 D.5
答案　B
解析　据图可知，中国、美国、欧洲航天局在全球建立的深空站都是三个，且我国已基本建成功能完备、性能先进、全球布局的深空网，可推知需要建立的深空站至少是3个，故B正确。
4.为进一步优化我国深空站的全球布局，图中①～④可选为站址的是(　　)
A.①② B.①③
C.②④ D.③④
答案　A
解析　由上题分析可知，要实现全天24小时360°全方位连续跟踪，至少要建立三个深空站，即经度每隔120°布局一个。读图可知，中国三个深空站经度分别为：佳木斯站130°E、喀什站76°E附近、阿根廷站68°W附近；①②③④的经度分别为：15°W附近、15°E附近、80°W附近、58°W附近。据此可知①②两地符合，③④两地与阿根廷站经度位置接近，在此布局作用不大，故A正确。

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