资源简介

4.2 地球的转动
本节导航·目标清单 教材精研·内容全解 避坑指南·易错辨析实战演练·随堂检测 巩固拓展·课后提升
01 本节导航·目标清单
目标导航
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。
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。
3. 知道地方时和时区的概念，能进行简单的区时计算。
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。
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。
6. 通过探究地球的运动，认识地球运动与人类生产生活的密切联系。
方法指导
知识推进链：地球的转动 → 自转（方向·周期·地轴·昼夜交替） → 地方时与时区 → 公转（方向·周期·姿态·四季） → 正午太阳高度变化 → 昼夜长短变化（极昼极夜） → 二十四节气与地球运动。
02 教材精研·内容全解
课前引入
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。通过这张照片，我们能否推断地球到底是怎样运动的？
考点01 地球的自转（方向·周期·地轴）
1. 自转的概念与方向
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。
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。从北极上空看，地球呈逆时针方向转动。
图4.2-1 地球自转的方向和周期
2. 自转的周期
地球自转一周所需时间为23小时56分4秒。由于地球在自转的同时还围绕太阳公转，地球上昼夜交替的周期约为24小时，即通常所说的一天。
3. 探索活动：模拟昼夜现象
①将一个装在灯座上的电灯泡放在桌子中央，灯泡模拟太阳；在离灯泡约1 m处的桌面上放一个地球仪。
②关闭房间内其他光源，点亮灯泡，观察地球仪上有哪些部分被灯光照亮，哪些部分没有被灯光照到。
③在地球仪上标注自己所在的位置，将地球仪转一圈，记录自己的位置：什么时候被照亮（代表白天），什么时候是暗的（代表黑夜）。
图4.2-2 模拟实验
4. 昼夜半球与昼夜交替
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；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。
图4.2-3 北极上空地球自转俯视示意图
5. 思考与讨论
（1）图4.2-3中，A、B、C、D为地球赤道上的四个位置，此刻D位置与B位置的时间分别为几点？A位置与C位置的昼夜情况如何变化？
（2）还有哪些现象可以证明地球在不停地绕地轴旋转？（如：太阳、月亮、星星的东升西落，傅科摆的偏转等。）
考点02 地方时与时区
1. 时间差异（地方时）
地球自转使我们看到的太阳位置在一天中不断发生变化。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。
2. 时区的划分
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，东边时刻更早。
3. 区时计算与北京时间
北京处于世界时区分布图中的东八区，同英国格林尼治（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”。
区时计算的要点：所求区时＝已知区时±时区差（东加西减）；一天为24小时，跨日界线注意日期变更。
图4.2-4 全球时区分布图
4. 思考与讨论
（1）在杭州（东八区）举办的第19届亚运会开幕式于2023年9月23日20:00举行，在英国伦敦（中时区）如果想观看开幕式的电视实况转播，应选择什么时间？
（2）地球上昼夜交替的周期约为24小时。想一想这样的周期对人们的生活有哪些有利影响。
考点03 地球的公转（方向·周期·姿态·四季）
1. 公转的概念与周期
春天到来，天气变暖，百花盛开，太阳的位置似乎变高了，白天的时间也变长了。是什么引起了这些美妙的变化？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。
图4.2-5 太阳光直射与斜射地球上不同纬度的地方
2. 公转的姿态
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。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。
图4.2-6 地球公转
3. 四季的变化
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，这是地球上四季变化的主要原因。以北半球来看：夏至日，太阳光直射北回归线（23.5°N），北半球是夏季；冬至日，太阳光直射南回归线，此时斜射北半球，因此北半球是冬季；春分日、秋分日，太阳光直射赤道，此时北半球是春季和秋季。一年中，太阳直射点在南、北回归线之间来回移动。
（注：本书中的春分、夏至、秋分、冬至均是对北半球而言。）
考点04 正午太阳高度的变化
1. 探索活动：杆影记录与太阳轨迹
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O，并用胶带固定（如图4.2-7）。
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，调整东西方位吻合后用胶带固定（如图4.2-8）。
③一名同学将手电筒光源打开，紧贴透明半球上所标示的东南侧最低位置（如图4.2-9）；另一名同学在出光口旁用笔标记杆影时间（7:00）（如图4.2-10）。
④依杆影记录图上的时间顺序重复步骤③，并将时间记录在模型上（如图4.2-11）；连接轨迹线得到当日“太阳运行轨迹”（如图4.2-12）。
⑤更换不同节气的杆影记录图纸，分别将手电筒紧贴东侧与东北侧最低位置，重复步骤③④，观察太阳方位（如图4.2-13）。
⑥若三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，如何判断哪一张是春分日、夏至日或冬至日？一年有春夏秋冬四个季节，为何本活动仅提供3张杆影记录图？
图4.2-7 固定记录纸 图4.2-8 固定透明半球 图4.2-9 光源照射 图4.2-10 记录杆影时间 图4.2-11 记录杆影时间 图4.2-12 连接轨迹 图4.2-13 更换杆影记录图纸，连接轨迹
2. 太阳运动轨迹
探索可知，太阳在不同季节的运动轨迹并不相同。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（如图4.2-14）。
图4.2-14 北回归线上的太阳运动轨迹
3. 正午太阳高度
太阳光线与地面的夹角叫作太阳高度角，简称太阳高度。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。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°。
杆影的长度与太阳高度有关：夏季正午太阳高度大，杆影短；冬季正午太阳高度小，杆影长。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。
图4.2-15 北半球中纬度某地正午的杆影
4. 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。
考点05 昼夜长短的变化（极昼与极夜）
1. 昼夜长短变化概况
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。
2. 探索活动：昼夜长短的变化
①用纸板剪一个圆盘，画上经纬网（如图4.2-16A）。
②剪一块透明薄膜，其中圆的半径与圆盘一致，并画上夜半球、昼半球和太阳平行光（如图4.2-16B）。
③将透明薄膜覆盖在圆盘上，用线在P点处将它们串接起来，使透明薄膜可围绕P点转动。
④根据地球公转运动的规律，转动透明薄膜，依次将太阳光直射位置对准北回归线、赤道、南回归线、赤道、北回归线，逐一观察昼半球和夜半球所在部分的纬线长短情况。
⑤北半球什么时候昼长于夜，什么时候夜长于昼？哪一天昼最长，哪一天夜最长？什么时候昼夜平分？南半球和赤道上昼夜长短变化情况又怎样？
图4.2-16 地球上昼与夜长短的变化
3. 极昼与极夜
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。
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。
4. 昼夜长短的变化规律
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，北极圈（66.5°N）及其以北地区出现极昼现象。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，且北极圈及其以北地区出现极夜现象。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。
图4.2-17 不同季节昼夜长短的变化
5. 思考与讨论
我国科学家去南极考察一般选在什么季节比较好？说一说你选择的理由。（提示：南极考察宜选择南半球夏季，即北半球冬季，此时南极处于极昼、气温相对较高。）
考点06 二十四节气与地球运动
1. 二十四节气
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。商朝时只有四个节气，到周朝发展到八个；到秦汉年间，二十四节气已完全确立；公元前104年，《太初历》明确了二十四节气在历法中的位置。
2. 二十四节气的划分依据
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°，此刻太阳直射赤道）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。节气的日期在阳历中是相对固定的，如立春总是在阳历的2月3日至5日之间。
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。
图4.2-18 二十四节气
03 避坑指南·易错辨析
易错警示 1. 易错点1：地球自转方向——从北极上空看呈逆时针，从南极上空看呈顺时针。常与“自西向东”混淆，可记作“北逆南顺”。 2. 易错点2：昼夜现象（地球是不透明球体、太阳光照射）与昼夜交替现象（地球自转）成因不同，不能混为一谈；昼夜交替周期约为24小时。 3. 易错点3：时区计算“东加西减”——所求地点在已知地点东侧则加时区差，西侧则减；东边时刻早（先到来），西边时刻晚。注意“偏东时间早”指时刻先到，不是数值更大。 4. 易错点4：北京时间=东八区的区时，不是北京（116°E）的地方时；全球划分为24个时区，相邻时区相差1小时。 5. 易错点5：四季成因是地球公转+地轴倾斜导致太阳直射点回归运动，不是因为地球离太阳远近变化（公转轨道近似圆形，近日点与远日点影响极小）。 6. 易错点6：正午太阳高度——北半球夏至日最大、冬至日最小；杆影夏季短、冬季长。易把季节与太阳高度、杆影长短关系记反。 7. 易错点7：极昼极夜只出现在极圈及以内（66.5°N/S 及其更靠近极地的一侧）；赤道上全年昼夜等长，既无极昼也无极夜。 8. 易错点8：二十四节气划分的依据是地球在黄道（公转轨道）上的位置（即太阳直射点的移动），与月球运行或气温高低无关。
04 实战演练·随堂检测
【实战演练】
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（ ）
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
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。
（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___。
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）
答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
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（ ）
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
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（ ）
A.1月1日
B.5月1日
C.7月1日
D.10月1日
1月1日 5月1日 7月1日 10月1日
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
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. 图一（杆影最短）
B. 图二
C. 图三
D. 图四
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（ ）
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
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（ ）
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
05 巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 北京时间8点时，英国伦敦（中时区）、埃及开罗（东二区）、美国华盛顿（西五区）分别是几点？
2. 一年四季太阳直射点总是有规律地移动，请以示意图画出太阳直射点移动轨迹，标出北半球春分、夏至、秋分、冬至等节气，向他人描述太阳直射点移动的规律，解释直射点变化的原因。
3. 总结当地一年中昼夜长短和正午太阳高度的变化规律。
4. 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？
资料：表4.2-1 夏至和冬至的昼长
下表为依据日出、日落测算的夏至和冬至昼长参考数据，可用于验证当地昼夜长短的变化规律。
北纬 白昼最长一天（夏至）的昼长 白昼最短一天（冬至）的昼长
20° 13小时13分 10小时47分
30° 13小时56分 10小时4分
40° 14小时51分 9小时9分
70° 24小时（极昼65天） 0小时（极夜65天）
90° 24小时（极昼186天） 0小时（极夜179天）
参考答案
【实战演练】
第1题： C
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。
第2题： （1）北极（2）D、B、C、A
解析：（1）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）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。
第3题： 23日、6点、35分
解析：纽约与北京相差13小时，且纽约在西侧，时刻更晚。北京9月23日19点35分减去13小时，为纽约9月23日6点35分。
第4题： C
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，并始终保持地球仪自西向东自转。综上所述，故C符合题意。
第5题： C
解析：当太阳直射北回归线的时候（即夏至日），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，故7月1日正午太阳高度最大。
第6题： A
解析：杭州位于北回归线以北，夏至日正午太阳高度最大、杆影最短。四幅图中A杆影最短（太阳高度最大），能表示杭州夏至日正午的竖杆影子。
第7题： B
解析：2022年7月25日在夏至（6月22日前后）之后、秋分之前，此时太阳直射点已由北回归线向南移动；北半球（杭州）处于夏至到秋分之间，昼渐短、夜渐长。
第8题： B
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，故在北半球的宁波昼短夜长，且昼渐短夜渐长。
【巩固拓展】
第1题：
答：伦敦（中时区）比北京（东八区）晚8小时，为0点；开罗（东二区）晚6小时，为2点；华盛顿（西五区）晚13小时，为前一天19点（即9月22日19点）。
第2题：
答：太阳直射点移动规律：春分日直射赤道→向北移至夏至日直射北回归线（23.5°N）→向南回移至秋分日直射赤道→继续南移至冬至日直射南回归线（23.5°S）→向北回移至次年春分日直射赤道，在南北回归线之间作回归运动。原因：地球公转且地轴倾斜（地轴与公转轨道面夹角66.5°），使太阳直射点随地球在公转轨道上的位置不同而发生有规律的变化。
第3题：
答：当地（以北半球中纬度为例）一年中：夏季昼长夜短、正午太阳高度大、杆影短；冬季昼短夜长、正午太阳高度小、杆影长；春分、秋分昼夜等长。正午太阳高度夏季较大、冬季较小，夏至日最大、冬至日最小。
第4题：
答：若地球停止自转：不会产生昼夜交替（全球一半永昼、一半永夜）、地方时差异、太阳东升西落、傅科摆偏转等现象；可能产生：昼夜温差极端、风向单一、生物节律紊乱等。若地球停止公转：不会产生四季变化、正午太阳高度的季节变化、昼夜长短的季节变化、太阳直射点的回归运动、极昼极夜的季节更替等现象；可能产生：太阳常年直射一点、全球季节单一等。

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