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第4章 多种多样的运动
第2节 地球的转动
1.知道什么是地球自转和公转,知道地球自转和公转的方向、周期、
绕转中心及产生的现象。（科学观念）
2.利用演示实验,了解昼夜现象和昼夜交替现象的产生,知道昼夜交
替周期。（科学思维、探究实践）
3.知道经度不同的两地之间存在时差,认识北京时间的由来。
（科学观念、科学思维）
4.利用简单的实验装置演示地球公转运动产生的正午太阳高度变化、
杆影变化、四季变化和昼夜长短变化。（探究实践、科学思维）
5.知道春分、夏至、秋分、冬至等二十四节气,理解节气与地球运动
的关系。（科学观念、科学思维）
古代的人们看到太阳周而复始地东升西落,认为太阳在绕地球旋转。其
实,太阳东升西落是地球载着我们不停地自西向东绕地轴旋转的缘故。
1.地球的自转现象
概念 地球始终不停地绕着贯穿南、北两极的地轴旋转，这
种运动被称为自转。
自转轴 地轴（地轴是地球自转的假想轴，它的北端指向北极
星附近，与地表的交点是北极，它的南端与地表的交
点是南极）。
自转方向 从北极上空看，地球呈逆时针方向转动，即自西向东
转动。
图示 ________________________________________________________________________________
周期 地球自转一周所需时间为23时56分4秒，约24小时
（即一天）。
典例1 杭州的辰辰在游乐场看到摩天轮转动的方向如图所示，这和
我们用地球仪演示地球自转时的哪个观察角度相似( )
C
A.从侧面观察 B.从北极上空观察
C.从南极上空观察 D.哪个角度都一样
解析：地球自转的方向是自西向东，从北极上空看，地球呈逆时针
方向自转；从南极上空看，地球呈顺时针方向自转。读图可以看出，
摩天轮的转动方向为顺时针方向，这与我们用地球仪演示地球自转
时从南极上空观察的角度相似。
2.昼夜交替
教材第147页
如图所示，地球仪上面向灯泡的半个地球表面被灯光照亮，背向灯
泡的半个地球表面没有被灯光照到。自己的位置面向灯光时是被照
亮的，照亮代表白天；背向灯光时是暗的，暗代表黑夜。
昼夜 现象 我们从北极上空俯瞰地球，可以发现太阳光始终照亮着半
个地球表面。在同一时间里，太阳光照射到的地球区域是
昼半球；太阳光照射不到的另一半区域是夜半球。这就使
地球上的不同区域有了昼夜之分。
图示 ________________________________________________________________________________
昼夜 交替 现象 地球沿自西向东的方向不停地转动，白昼与黑夜也就交替
出现了，这就是昼夜交替现象。
昼夜 交替 周期 地球每自转一周，白天和黑夜就更替一次，时间约为24小
时，即一天。
特点 产生 时间 差异 由于地球的自转，地球不同位置同一时刻的昼夜情
况是不一样的，有的是正午，有的是子夜，有的正
经历昼夜交替的早晨或傍晚。
昼夜 长短 不同 因为地轴是倾斜的，所以地球上不同地区的昼夜长
短是不同的。在地球的南、北两极地区，昼夜长短
变化最大。
意义 昼夜交替的时间不长，使整个地球表面温差不至于过大， 从而保证了地球上生命有机体的生存和发展。
教材第148页
1.位置与位置的时间分别为12：00和， 位置即将由白天
变为黑夜， 位置即将由黑夜变为白天。
2.（1）地面上水平运动的物体（气流、水流）方向发生偏转,北半
球偏右,南半球偏左。如放水时会出现漩涡，北半球逆时针旋转,南
半球顺时针旋转；北半球河流右岸冲刷严重,南半球相反；龙卷风、
台风的旋转方向等。（2）单摆实验。
典例2 读图，回答下列问题。
（1）请根据所学知识，判断该图是按在北极
还是在南极上空拍摄的图像绘制的。
[答案] 北极
解析：图中弧形箭头说明地球的自转方向是逆时针方向,据此可以
判断该图是按在北极上空拍摄的图像绘制的。
（2）图中A、B、C、D四地中，已经处在白天的是___，已经处在
黑夜的是___，即将进入白天的是___，即将进入黑夜的是___。
D
B
C
A
解析：白天与黑夜的分界线是晨昏线,图中经过点A、C的直线即晨
昏线,再根据太阳光的照射方向可以判断出B、D分别处于黑夜和白
天;根据地球的自转方向可以判断出即将进入白天的是C,即将进入
黑夜的是A。
3.时区划分
时区的 产生 原因 地球自转使我们看到的太阳位置在一天中不断
地发生变化，地球自转的方向为自西向东。
结果 偏东的地方先看到日出，偏西的地方后看到日
出，不同经度的地方产生了不同的地方时。偏
东的地方时间早，偏西的地方时间晚。
全球时区 分布图 为了避免各地地方时不同带来的麻烦，国际上规定：
全球划分成 24 个时区，同一个时区内使用一个区时,
相邻两个时区的区时相差1小时。
___________________________________________________________
区时计算 原理 地球自转的周期约为24小时，全球划分为24
个时区，因此，两地相差几个时区，区时就
相差几个小时。因为地球的自转方向是自西
向东，东边的地点比西边的地点先看到日
出，所以东边的时间早于西边的时间，即往
东越过1个时区要加上1个小时，往西越过1
个时区要减去1个小时。
区时 计算 公式法 已知甲时区的区时，求乙时区的区时。
乙时区的区时甲时区的区时 甲、乙时区序数差。
（说明：①甲、乙若同属于东时区或者西时区，
“甲、乙时区序数差”取两个时区序数的差，此时,
乙时区在甲时区的东侧用“ ”，西侧用“-”；
②若两地分属于东时区和西时区，“甲、乙时区序数
差”取两个时区序数的和，乙时区在东时区用“
”，在西时区用“-”）
区时 计算 数数法 观察全球时区分布图，从已知地时区的区时
（必须转化为 24 时制）开始数起，向东每数一
个时区加1小时，加到 24小时的时候，就要将日
期加一天，小时数归零；向西每数一个时区减1小
时，当减到0的时候，就要将日期减一天，小时数
变为24。
北京 时间 北京处于世界时区分布图中的东八区，同英国格林尼治
（伦敦的一个区，位于本初子午线上）标准时间整整相差8
小时。我国采用北京所在的东八区的区时作为标准时间，
称为“北京时间”。
典例3 2023年9月23日19点35分杭州亚运会开幕时，当时杭州已经
夜幕降临，小明给远在纽约的姨妈打视频电话一起分享此刻的喜悦，
此时纽约的时间是2023年9月____日___点____分。（纽约与北京相
差13小时）
23
6
35
解析：因为 ，所以此时纽约的时间是2023年9月23日6
点35分。
1.太阳照射地球的两种情况
因为太阳光入射角度不同，所以地球表面单位面积接受的太阳辐射
量也不同。
图示 直射与斜射对比 结论
_____________________ ___________________ ____________________ 同一束太阳光斜射到地表的面
积比直射（垂直入射）时大，
所以斜射时相同地表面积上所
接受太阳辐射量比直射时少。
2.地球公转的基本概况
定义 地球沿近似圆形的轨道不停地绕着太阳转动，这种运动称
为公转。
公转 姿态 ______________________________________ _____________________
周期 地球公转一周所需要的时间约为365天，即通常所说的一
年。
方向 地球公转方向是自西向东，且地轴呈倾斜状态，地轴的北
端始终指向北极星附近。
夹角 （1）地轴与地球公转轨道（黄道）面之间的夹角为
；
（2）地球公转轨道（黄道）面与赤道平面的夹角为
。
影响 （1）地球以倾斜姿态绕太阳公转，使得地球上大部分地区
在一年中会有太阳照射角度的变化和照射时间长短的差
异。
（2）地球运行到公转轨道的不同位置，太阳光会直射地球
不同的纬度（一年中，太阳直射点在南、北回归线之间来
回移动），这是地球上四季变化的主要原因。
影响 （3）一般来说，赤道附近地区接受的太阳辐射较多，而随
着纬度增加，地表接受的太阳辐射减少。地表接受的太阳
辐射能量分布不均匀，使得大气及水产生循环运动与变
化。
本书中的春分、夏至、秋分、冬至均是对北半球而言。
教材第151页
①引起杆影一天中变化的原因是地球自转。地球绕地轴不停地
转动,使得太阳光与立杆处角度（太阳高度）发生变化，从而导致
一天中杆影长度的变化。
②引起杆影季节变化的原因是地球公转。地球绕太阳公转的轨道是
椭圆形的，且地球的自转轴与公转轨道面存在夹角，这导致太阳直
射点在南、北回归线之间移动，从而引起正午太阳高度和昼夜长短
的变化,使得不同季节的杆影长度不同。在北半球,夏季时太阳高度
较大，杆影较短;冬季时太阳高度较小，杆影较长。
典例4 (绍兴期末)在科学课堂上，辰辰同学利用地球仪和光源演示
地球的公转运动，他应该( )
C
A.让赤道所在平面与地球公转轨道面保持在同一水平面上
B.以光源为中心沿顺时针方向移动地球仪
C.在演示地球公转的同时，保持地球仪自西向东自转
D.让地轴北端指向光源
解析：手持地球仪围绕光源演示地球运动，应该尽量让球心始终与
光源保持在同一水平面上，以光源为中心沿逆时针方向移动地球仪，
始终保持地球仪自西向东自转。综上所述，故C符合题意。
1.教材第151页探索活动：探索太阳的运行轨迹
（若探索活动中的3张杆影记录图分别代表杭州市春分日、夏至日
及冬至日的杆影记录，杆影记录图对应的太阳运行轨迹较低的是冬
至，太阳运行轨迹较高的是夏至，夹在这两个运行轨迹中间的是春
分。因为一年中春、秋季节的太阳运行轨迹是相同的，所以本活动
中仅提供3张杆影记录图即可）
活动步骤 图示
1.取描有不同时刻杆影的记录纸，将铁钉 由杆影记录纸的背面穿过中央立杆点 ， 并用透明胶带固定。 ______________________________________________________
2.将固定好中央立杆的杆影记录图平放在 桌面上，将标示太阳轨迹的透明半球盖 在记录图上，调整记录图东西方位，待 其与透明半球的东西方位吻合，并用胶 带固定其位置。 _____________________________________________
活动步骤 图示
3.一名同学将手电筒光源打开，并将手电 筒紧贴透明半球上所标示的东南侧最低 位置。 ____________________________________________
4.此时光源照射中央立杆出现杆影，立杆 尖端的影子应与下方轨迹图中7:00的杆影 顶点重合，另一名同学在手电筒出光口 旁用笔标记杆影时间 。 __________________________________________
5.依杆影记录图上的时间顺序，重复步骤 4，并将时间记录在模型上。 ______________________________________________
活动步骤 图示
活动步骤 图示
6.依照时间顺序，将透明半球上的标示点 连接起来，此轨迹线即为记录杆影当日 的“太阳运行轨迹”。 _________________________________
7.更换不同节气的杆影记录图纸，并分别 将手电筒出光口紧贴透明半球上所标示 的东侧与东北侧最低位置，重复步骤 ，观察并记录太阳的方位。 _____________________________________
探索可知，太阳在不同季节的运行轨迹并不相同。例如，在北回归
线上观察，春分、秋分时太阳由正东方升起，正西方落下；夏至时，
太阳由东偏北方向升起，西偏北方向落下；冬至时，太阳由东偏南
方向升起，西偏南方向落下。
方法与技能
模拟实验
在科学探究中，模仿实验对象制作替代物，利用替代物进行实验，
或模仿实验的某些条件进行实验，叫作模拟实验。例如，探索太阳
运动轨迹的活动就是一种模拟实验。
2.太阳高度
名称 概念 图示 特点
太阳高度 太阳光线与 地面的夹角 叫作太阳高 度角，简称 太阳高度 _______________________________ 同一地点一天内太阳高度
是不断变化的。日出、日
落时的太阳高度都是
，当太阳位于正南或
正北方向时，太阳高度最
大
名称 概念 图示 特点
正午太阳 高度 一天中太阳 高度的最大 值，即正午 时的太阳高 度 __________________________________ （1）在同一时间，正午
太阳高度随纬度不同而不
同；（2）在同一地点，
正午太阳高度的大小，随
季节变化而发生有规律的
变化
3.太阳直射点的变化规律
地球在公转轨道的不同位置，太阳直射点是有变化的。夏至日，太
阳直射北回归线（北纬 ）；春分日和秋分日，太阳直射赤道；
冬至日，太阳直射南回归线（南纬 ）。一年中太阳直射点在
南、北回归线之间往返移动，具体如下图。
4.正午太阳高度变化规律
（1）随纬度变化的规律：太阳高度与太阳直射点的位置有关，太
阳直射点上是太阳高度最大的地方。正午太阳高度是随着太阳直射
点的移动而变化的，具体如下。
（2）随季节变化的规律：地球上中、高纬度地区的正午太阳高度
夏季较大,冬季较小。具体如下。
地区 正午太阳高度达全年 最大值 正午太阳高度达
全年最小值
北回归线及其以北地区 夏至日 冬至日
南回归线及其以南地区 冬至日 夏至日
南北回 归线之 间地区 赤道至北回归 线之间 太阳直射时 （一年中有两次太阳 直射，达 ） 冬至日
赤道至南回归 线之间 太阳直射时 （一年中有两次太阳 直射，达 ） 夏至日
赤道 春分日、秋分日 冬至日、夏至日
典例5 下表是北京某中学学生记录的某年四个节日升国旗的时间，
则四个节日中，北京正午太阳高度最大的是( )
日期 1月1日 5月1日 7月1日 10月1日
升旗时间 07：36 05：15 04：49 06：10
C
A.1月1日 B.5月1日 C.7月1日 D.10月1日
解析：当太阳直射北回归线的时候，也就是夏至日的时候，位于北
回归线以北的北京正午太阳高度最大，表中四个节日中7月1日最接
近夏至日。
5.杆影的长度与太阳高度的关系
（图示： ）
杆影的长度和太阳高度有关,太阳高度越大,影子越短;太阳高度越小,
影子越长。
（1）一天中杆影的长度和方向的变化：
同一地点的杆影的长度在一天中的变化为：一天中的正午,杆影朝
着正北或正南方向时,杆影最短,此时太阳位于该地的正南或正北方
向,太阳光和地面的夹角最大（即太阳高度最大）。
（2）一年中正午杆影的长度和方向的变化：
同一地点的杆影长度 年变化 同一时间、不同纬度的杆影变化
北半球中、高纬度地 区,夏季正午的杆影要 比冬季的杆影短 同一天,纬度不同地区的正午杆影的长度
不一样。正午太阳高度随着太阳直射点向
南、北两侧递减,杆影也随之越来越长
典例6 针对春分、夏至、秋分和冬至四个节气的太阳高度，小金画
了如下四幅图，分别表示四个节气正午时同一竖杆在水平地面上的
影子及太阳光（从正东方向观察），其中能表示杭州夏至日的是
( )
A
A. B. C. D.
解析：杭州位于北回归线以北（我国位于北半球,且大部分地区位
于北回归线以北），一年中冬至日的正午杆影最长，正午太阳高度
最小；夏至日的正午杆影最短，正午太阳高度最大；春分日和秋分
日的正午杆影长度，介于冬至日和夏至日的正午杆影长度之间。
1.昼夜长短变化的概况
概念 一年中白天和夜晚的时间长短有规律变化的现象
原因 地球公转导致太阳直射点的移动，使得南北半球冬
夏两季昼夜长短不一
规律 空间 变化 当太阳直射点位于北半球时，北半球各地昼长于 夜，南半球与之恰好相反。越接近极地，昼与夜的 时间长度差值越大。春分日与秋分日时，太阳直射 点位于赤道上，此时全球各地昼夜等长
规律 时间 变化 以北半球为例
____________________________________________________________________________________________
注：赤道上全年昼夜等长
（1）空间变化，即在同一时间，昼夜长短随纬度的变化
而变化（同时不同地）。地球自转的中心与公转的中心不重合，故
太阳直射点的不同导致在同一时间内，全球各地昼夜长短随纬度的
不同而不同。（即越靠近极地，昼夜长短变化越大;越靠近赤道，
昼夜长短变化越小）
（2）时间变化，即在同一地点，昼夜长短随季节的变化而变化
（同地不同时）。
2.极昼和极夜
（1）有些地方有时太阳会整日不落，这种现象称为极昼；有时太
阳会整日不出，这种现象称为极夜。
（2）只有在南北极圈及其以内才会出现极昼和极夜现象。
教材第155页
我国科学家去南极考察一般选在北半球的冬季比较好。此时为南
半球的夏季,太阳直射南半球,南极地区昼长于夜,且许多地方有极昼
现象,有利于科学家进行科学考察活动。
典例7 （原创题）2022年7月25日，问天实验舱成功对接于天和核
心舱前向端口，神舟十四号航天员乘组顺利进入问天实验舱，实现
了目前中国最大吨位的两个航天器之间的交会对接，也是中国空间
站第一次在有人状态下进行交会对接。对于这一天杭州昼夜长短变
化及太阳直射点移动方向描述正确的是( )
B
A.昼渐长、夜渐短，直射点向南移动
B.昼渐短、夜渐长，直射点向南移动
C.昼渐短、夜渐长，直射点向北移动
D.昼渐长、夜渐短，直射点向北移动
解析：7月25日介于夏至日和秋分日之间，太阳直射点位于北回归线
和赤道之间，这一天杭州昼渐短、夜渐长，且太阳直射点向南移动。
发展 历程 在商朝时只有四个节气，到了周朝时发展到了八个，到秦
汉年间，二十四节气已完全确立。公元前104年，《太初
历》中明确了二十四节气在历法中的位置。
解释 二十四节气是根据地球在黄道（即地球绕太阳公转的轨
道）上的位置来划分的，视地球从春分点（黄经 ，此
刻太阳直射赤道）出发，每前进 为一个节气；运行一
周回到春分点为一回归年，合 。因此，一年分为24
个节气。
图示 _____________________________________________________
意义 二十四节气不仅在农业生产方面起着指导作用，同时还影
响着人们的衣食住行，甚至是文化观念，是我国古代劳动
人民长期经验的积累和智慧的结晶。
典例8 (2024·宁波期末)二十四节气被列入《人类非物质文化遗产代
表作名录》。在农历二十四节气中的大雪这一天，宁波市的昼夜长
短情况是( )
B
A.昼长夜短，昼渐长 B.昼短夜长，昼渐短
C.昼长夜短，昼渐短 D.昼短夜长，昼渐长
解析：大雪这一天，地球运行在公转轨道的秋分（9月23日前后）
至冬至（12月22日前后）之间，太阳直射点由赤道向南回归线移动，
北半球由昼夜等长向昼最短夜最长过渡，故在农历二十四节气中的
大雪这一天，北半球的宁波昼短夜长，且昼渐短夜渐长。

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