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4.2 地球的转动
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本节导航·目标清单
目标导航 方法指导
· 知道地球自转的方向、周期及其地理意义 · 理解昼夜交替现象的产生原因和晨昏线的概念 · 知道地方时与时区的划分，能进行简单的时间换算 · 知道地球公转的方向、周期及地轴倾斜特征 · 理解太阳直射点移动规律及四季变化成因 · 了解正午太阳高度变化和昼夜长短变化规律 · 了解二十四节气与地球运动的关系 · 用地球仪和手电筒模拟地球自转，直观理解昼夜交替 · 结合公转轨道图，分析太阳直射点与节气的关系 · 对比直射与斜射，理解太阳辐射量的差异 · 利用杆影变化规律，归纳太阳高度的日变化与季变化 · 运用"东加西减"原则进行时区换算
教材精研·内容全解
考点01 地球绕地轴自转
1. 地球自转的概念与地轴
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。地轴是地球自转的假想轴，它的北端指向北极星附近。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。把照相机对着北极星附近的星空进行延时摄影，就会得到一张星星绕北极星运动的轨迹照片，这也证明了地球在不停地自转。
2. 地球自转的方向与周期
地球自转的方向是自西向东。从北极上空看，地球呈逆时针方向转动；从南极上空看，地球呈顺时针方向转动。地球自转一周所需时间约为23小时56分4秒，即大约一天。由于地球自转，我们看到的太阳位置在一天中不断发生变化：当太阳从东方升起时，我们迎来黎明的曙光，揭开白天的序幕；当太阳在西方落下，我们送走落日的余晖，夜晚也随之而来。
3. 模拟地球自转实验
通过模拟实验可以直观理解地球自转及其产生的现象。将一个装在灯座上的电灯泡放在桌子中央模拟太阳，在离灯泡约1米处放一个地球仪。关闭房间内其他光源，点亮灯泡，观察地球仪上哪些部分被灯光照亮（代表白天），哪些部分没有被照到（代表黑夜）。在地球仪上标注自己的位置，将地球仪转一圈，记录什么时候被照亮（白天），什么时候是暗的（黑夜）。在科学探究中，模仿实验对象制作替代物进行实验，叫作模拟实验。
考点02 昼夜交替与地方时
1. 昼夜交替现象
如果我们从北极上空俯瞰地球，可以发现太阳光始终照亮了半个地球表面。在同一时间里，太阳光照射到的地球区域是昼半球，而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。因为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。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。昼夜交替的周期约为24小时，这样的周期对人们的作息安排十分有利。
2. 晨昏线
科学上将昼半球和夜半球的分界线称为晨昏线。晨昏线由晨线和昏线两部分组成：随地球自转由夜半球进入昼半球的分界线为晨线，即日出线；随地球自转由昼半球进入夜半球的分界线为昏线，即日落线。地球自西向东自转，偏东的地方先看到日出，偏西的地方后看到日出。处在晨线上的地点即将进入白昼，处在昏线上的地点即将进入黑夜。
晨昏线示意图——昼半球与夜半球的分界线
3. 地方时与时区
由于地球的自转，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。为了使用方便，国际上规定了全球时区分布：以本初子午线为基准，每隔经度15°划分为一个时区，全球共分为24个时区。北京处于东八区，同英国格林尼治（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"。时区换算遵循"东加西减"的原则，即向东每跨一个时区加1小时，向西每跨一个时区减1小时。
浙江地图——位置越偏西，日出越晚，时间越迟
考点03 地球绕太阳公转
1. 地球公转的概念与周期
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。地球公转一周所需要的时间约为365天，即通常所说的一年。地球公转方向是自西向东。因为太阳光入射角度不同，地球表面单位面积接受的太阳辐射量也不同。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的太阳辐射量比直射时少。
地球公转轨道示意图——地球沿椭圆轨道绕太阳公转
2. 地轴倾斜与公转特征
地球公转时，地轴呈倾斜状态，地轴的北端始终指向北极星附近。地轴与地球公转轨道面之间的夹角为66.5°。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。这是地球上产生四季变化和昼夜长短变化的根本原因。如果地轴不倾斜，太阳光始终直射赤道，地球上将不会有四季更替和昼夜长短的变化。
3. 太阳直射点的移动
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，太阳直射点在南回归线（23.5°S）和北回归线（23.5°N）之间来回移动。夏至日（6月22日前后），太阳光直射北回归线；冬至日（12月22日前后），太阳光直射南回归线；春分日（3月21日前后）和秋分日（9月23日前后），太阳光直射赤道。太阳直射点的移动是地球上四季变化的主要原因。
地球公转位置示意图——不同节气太阳直射位置不同
4. 四季变化的成因
以北半球来看，夏至日太阳光直射北回归线，北半球接受的太阳辐射最多，是夏季；冬至日太阳光直射南回归线，此时斜射北半球，北半球接受的太阳辐射最少，因此是冬季；春分日、秋分日太阳光直射赤道，此时北半球分别是春季和秋季。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。
考点04 正午太阳高度变化
1. 太阳高度角的概念
太阳光线与地面的夹角叫作太阳高度角，简称太阳高度。随着太阳直射点的移动，同一地区的太阳高度也不断发生变化。在一天中，学校操场上旗杆的杆影长短是在变化的：日出时杆影较长，随着太阳逐渐升高，杆影渐渐变短，当杆影最短时即为正午，随着太阳偏西，杆影又逐渐变长。杆影的长度与太阳高度有关，太阳高度越大，杆影越短；太阳高度越小，杆影越长。
2. 正午太阳高度的季节变化
地球上中、高纬度地区的正午太阳高度，夏季较大，冬季较小。北半球中、高纬度地区的正午太阳高度，夏至日最大，冬至日最小。如北纬30°地区的正午太阳高度，夏至日约为83.5°，冬至日约为36.5°。太阳在不同季节的运动轨迹并不相同：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。
观杆测影活动——通过测量杆影长度研究太阳高度变化
3. 杆影长度变化规律
杆影的长度与太阳高度有关。一年中，一个地方的正午太阳高度随季节不断发生变化，夏季大，冬季小。因此，正午杆影长度也随季节而变化，夏季短，冬季长。在同一天，纬度不同，同样长度的杆子，正午的影子长度也不相同。一天中杆影最短在正午；一年中北回归线以北地区正午杆影最短在夏至日前后，最长在冬至日前后。太阳高度角越大，杆影越短；太阳高度角越小，杆影越长。
【知识扩展】 4. 太阳高度与生活应用
太阳高度的变化规律在生活中有广泛的应用。例如，中国特有的"飞檐"建筑结构兼顾室内光照和建筑美观：夏季正午太阳高度大、光照强烈，飞檐可以遮阳以降低室内温度；冬季正午太阳高度小，飞檐的设计可以让更多阳光进入室内，提高室内温度。又如，房地产开发中"楼间距的确定"：为了保证后排房屋中午时间的采光，北半球的楼间距设计应参考冬至的光照情况，因为冬至是一年中正午太阳高度最小、杆影最长的日子。纬度越高的地区，太阳高度越小，楼间距应越大；纬度越低的地区，楼间距可以相对较小。
考点05 昼夜长短变化与二十四节气
1. 昼夜长短的季节变化
地球在自转的同时，还围绕着太阳公转。除赤道外，地球上各地夏季白昼的时间要比冬季长些，即夏季有昼长夜短的现象，冬季有昼短夜长的现象。自春分日至秋分日，太阳直射北半球，北半球各地昼长于夜，其中夏至日昼长达到一年中的最大值。自秋分日至次年春分日，太阳直射南半球，北半球昼短夜长，其中冬至日昼长达到一年中的最小值。南半球的情况与北半球正好相反。在春分日和秋分日，太阳直射赤道，全球各地昼夜等长。赤道上全年昼夜等长。当某地所在纬度的纬线处于昼半球的部分比处于夜半球的部分长时，该地就昼长于夜；反之，则夜长于昼。
2. 极昼与极夜
当太阳直射北半球时，北极圈（66.5°N）及其以北地区出现极昼现象，即太阳整日不落；当太阳直射南半球时，北极圈及其以北地区出现极夜现象，即太阳整日不出。南半球的情况与北半球正好相反。夏至时，阳光直射北回归线，北半球昼长夜短，北极圈及其以北地区出现极昼现象；冬至时，阳光直射南回归线，北半球昼短夜长，北极圈及其以北地区出现极夜现象。
3. 二十四节气与地球运动
2016年，中国申报的"二十四节气——中国人通过观察太阳周年运动而形成的时间知识体系及其实践"被正式列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。我国古代，人们利用圭表、日晷实测日影长度，将每年正午日影最长的一天定为冬至，日影最短的一天定为夏至。在春、秋两季各有一天的昼夜时间长短相等，便定为春分和秋分。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0°）出发，每前进15°为一个节气，运行一周回到春分点为一回归年，合360°，因此一年分为24个节气。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，是我国古代劳动人民长期经验的积累和智慧的结晶。
避坑指南·易错辨析
【温馨提示】 1. 昼夜现象与昼夜交替现象是两个不同的概念。昼夜现象是由于地球是一个不透明、不发光的球体造成的，与地球运动无关；昼夜交替现象是地球自转产生的，周期约为24小时。 2. 地球自转方向从不同角度观察表述不同，但总体方向都是自西向东。从北极上空看呈逆时针方向，从南极上空看呈顺时针方向，不能混淆。 3. 太阳直射点只在南回归线（23.5°S）和北回归线（23.5°N）之间来回移动，不会直射北回归线以北和南回归线以南的地区。赤道上全年昼夜等长，没有昼夜长短的变化。 4. 正午太阳高度与杆影长度成反比。太阳高度越大，杆影越短；太阳高度越小，杆影越长。北半球中高纬度地区夏至日正午太阳高度最大、杆影最短，冬至日最小、杆影最长。 5. 时区换算要注意"东加西减"：东边的时间比西边早，向东每跨一个时区加1小时，向西每跨一个时区减1小时。北京（东八区）比伦敦（中时区）早8小时，不是晚8小时。
实战演练·随堂检测
【实战演练】
1. 下列关于地球自转方向的描述，正确的是（ ）
A. 从北极上空看，地球自转呈顺时针方向
B. 地球自东向西自转
C. 从南极上空看，地球自转呈逆时针方向
D. 地球自西向东自转
答：__________
2. 下列现象中，是由于地球绕日公转而形成的是（ ）
A. 昼夜交替
B. 四季更替
C. 昼夜现象
D. 月相变化
答：__________
3. 下列现象由于地球自转形成的是（ ）　　1地球上不同的地方出现时间的差异　2昼夜现象　3昼夜交替现象　4一年有四季
A. 1、4
B. 2、3
C. 1、3
D. 2、4
答：__________
4. 宁波某科学兴趣小组在一年时间内多次开展了"观杆测影"活动。下列有关说法正确的是（ ）
A. 一天中杆影最短在正午
B. 一年中正午杆影最短在冬至日前后
C. 太阳高度角越大，杆影越长
D. 太阳高度角越大，天气越冷
答：__________
5. 如果现在地球停止自转，下面现象会消失的是（ ）
A. 地球有昼、夜半球
B. 太阳光垂直照射地面
C. 24小时的昼夜交替
D. 地球上的四季变化
答：__________
巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 假如地球停止自转和公转，哪些现象将不会产生？可能会产生哪些现象？
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2. 简述一年中太阳直射点在南、北回归线之间移动的规律，并说明北半球四季更替的原因。
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3. 我国科学家去南极考察一般选在什么季节比较好？请说明理由。
答：________________________________________________
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参考答案
1. D 解析：地球自转方向是自西向东；从北极上空看呈逆时针方向，A错误；从南极上空看呈顺时针方向，C错误；B选项方向说反了。故选D。
2. B 解析：昼夜交替是地球自转形成的；四季更替是地球公转形成的；昼夜现象是由于地球不透明、不发光造成的，与地球运动无关；月相变化是由月球绕地球公转形成的。故选B。
3. C 解析：地球自转使得不同经度的地方产生时间差异，1符合题意；昼夜现象产生的原因是地球不透明、不发光，与地球自转无关，2不符合题意；昼夜交替现象是地球自转产生的结果，3符合题意；一年有四季是由地球公转引起的，4不符合题意。故选C。
4. A 解析：一天中正午太阳高度角最大，杆影最短，A正确；北回归线以北地区一年中夏至日太阳高度角最大，该日正午杆影最短，B错误；太阳高度角越大，杆影越短，C错误；太阳高度角越大，天气越热，D错误。故选A。
5. C 解析：若地球停止自转，地球上依然有昼、夜半球，A错误；地球为球体，太阳光总有地方被垂直照射，B错误；地球停止自转后不可能见到24小时的昼夜交替，C正确；四季变化与地球公转有关，停止自转不会造成四季消失，D错误。故选C。
巩固拓展参考答案：
1. 答：如果地球停止自转，昼夜交替现象将不会产生，不同经度的地方时差异也会消失，地球可能只有一个半球始终朝向太阳，另一个半球始终处于黑暗中。如果地球停止公转，四季变化、正午太阳高度的季节变化、昼夜长短变化等现象将不会产生，太阳直射点将固定在某一个位置不再移动。
2. 答：一年中太阳直射点在北回归线（23.5°N）和南回归线（23.5°S）之间来回移动。夏至日直射北回归线，冬至日直射南回归线，春分日和秋分日直射赤道。北半球四季更替的原因是地球以倾斜姿态绕太阳公转，地轴与公转轨道面成66.5°夹角，地轴北端始终指向北极星附近，导致太阳直射点在南北回归线之间移动，北半球各地接受的太阳辐射量随季节发生变化，从而形成春夏秋冬四季更替。
3. 答：我国科学家去南极考察一般选在北半球的冬季（即南半球的夏季）。因为此时南极地区处于极昼时期，太阳整日不落，白昼时间长，气温相对较高，有利于开展科学考察活动和户外作业。

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