第四章 地球运动的地理意义

【教学目的】

明确地球运动的地理意义：地球上四季和五带的形成和分布规律；地球运动的周期与历法和时间的关系。 【教学要求】

了解影响昼夜长短的其它因素，五带分论，观象授时和历法起源，公元的来历、拟议中的阳历改革、从世界时到协调世界时、地球上的日期。理解太阳回归运动，半昼弧的公式，太阳高度的概念及计算公式，四季和五带，历法的概念，阴历、阳历、阴阳历、中国的农历，地方时、标准时、区时、法定时，日界线，及其区时和日期的推算。晨昏蒙影、平太阳时和真太阳时及时差等概念；掌握太阳回归运动与太阳赤纬、太阳直射点移动的关系；昼夜交替的原因、昼夜长短的公式及计算方法、昼夜长短的纬度分布及季节变化。太阳高度的概念及计算公式、正午太阳高度的纬度和季节变化规律、正午太阳高度的测定。四季递变的原因、四季的划分、五带的划分及其特征、历法的概念及编历原则、历法的分类、阴历、阳历、阴阳历、中国的农历；地方时与地方经度的关系、时区与区时的概念及推算、日界线和日期的进退、日期的推算。 【教学重点】

昼夜长短的计算方法，昼夜长短如何随纬度和季节而变化；太阳高度的定义及计算方法，太阳高度随纬度和季节而变化的规律；四季和五带的划分；区时推算及日期的推算。 【教学难点】

昼夜长短的计算方法，昼夜长短如何随纬度和季节而变化；太阳高度的定义及计算方法，太阳高度随纬度和季节而变化的规律；地球上四季的递变和五带的形成；区时推算及日期的推算，日界线。

【教学过程和方法】

以球面坐标和球面三角为基础，用图示法（作图）从理论上推导昼夜长短、太阳高度相应的计算公式，根据公式并结合实际情况用图示法推导昼夜长短、太阳高度的时空分布规律，由此得到四季和五带的划分。用分析的方法讲解历法和时间。 【教学手段】 多媒体课件 【教学课时】 12课时 【教学分析】

本章内容的核心是本课程的重点。学习地球概论，主要目的也是要明确地球运动的地理意义和其它相关内容。本章从太阳回归运动概念出发，指出太阳回归运动与太阳直射点移动的关系；再从昼夜长短、太阳高度的计算方法，得到昼夜长短、太阳高度随纬度和季节而变化的规律；从而很自然地得到四季和五带的划分；并由地球（和月球）运动的周期，引出历法和时间的概念和相关内容（区时推算及日期的推算，日界线）。本章内容跟实际生活结合得比较紧密，昼夜长短的变化、地球上四季的递变和五带的形成、不同地方的区时之差、正午太阳高度随纬度和季节而变化的规律等等知识都是人们在实际生活中可以感受到的，因此讲课过程中一定要理论联系实际，尽量讲得形象易懂一些。因此本章内容关键在于如何帮助学生正确地理解有关概念；逐步培养学生的观察能力、想象能力和空间思维能力。在教学过程中要加强学生的实践活动，多利用教具和挂图，使学生从观察入手，步步深入地理解有关知识及其知识间的联系，同时培养学生的能力，积极引导学生观察、思考，进行灵活多样的练习，充分调动学生的积极性和主动性。同时培养学生理论联系实际的能力，把理论知识应用于实际生活中，学会用书本知识解释现实生活中的一些自然现象，例如用太阳回归运动的知识解释昼夜长短和太阳高度的纬度和季节变化规律。又用昼夜长短和太阳高度的纬度和季节变化规律来解释地球上四季的递变和五带的形成。

【教学内容】

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第一节 四季和五带

一、太阳回归运动

1、太阳回归运动概述 （1）、定义：由于黄赤交角的存在，使得太阳在黄道上的周年运动表现为太阳相对于天赤

道做南北往返运动，这种运动就叫太阳回归运动。

（2）、形成四季和五带的根本原因是黄赤交角；由于黄赤交角，使太阳周年运动表现为对

于天赤道的回归运动：回归线：太阳回归运动的南北界线；回归年：太阳回归运动的周期。

（3）、太阳回归运动定量地表现为太阳赤纬的变化（任何时候，太阳赤纬总是等于太阳直

射点纬度）。二十四节气按太阳黄经划分，其更重要的区别在于太阳赤纬；太阳赤纬决定昼夜长短和正午太阳高度：前者影响日照时间；后者决定辐射强度；根据太阳黄经求知所对应的太阳赤纬：sinδ=0.4sinλ。太阳回归运动的根本原因，是地球公转的南北分量。

二、昼夜长短

1、晨昏线（圈）：分纬线（圈）为昼弧和夜弧二部分，分别表示昼长和夜长；（每15?折

合1小时）

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2、球面三角法：（1）、球面三角形；三边都是大圆的弧度，边长用角度表示。（2）、球面

三角形边的余弦公式：cosα=cosb cosc+sinb sinccosa；用文字表述：球面三角行任何一边的余弦，等于其它二边余弦的连乘积。（3）、天文三角形：天文上最常用的球面三角形，以天极（P）、天顶（Z）和所观测的天体（S）为三角形的顶点，故称ZPS三角形。

3、半昼弧公式：地平圈分太阳周日圈（赤纬圈）为昼弧和夜弧两部分；半昼弧，即日没

时的太阳时角（T），决定于当地纬度（?）和当时太阳赤纬（?）； Sin?Sinδ+Cos?Cost=0，即Cost=-tg?tgδ。（式中的?和?皆以北半球为正，南半球为负）。昼夜长短因纬度而不同，因季节而变化； 4、几点讨论

昼夜等长条件：????（赤道）?????（二分）；昼长夜短条件：?，?同号（太阳直射半球）；昼短夜长条件：?，?异号（非太阳直射半球）；极昼条件：???????；极夜条件：??--（?????）。 5、 昼夜长短的纬度分布：全球分极昼，昼长夜短，昼短夜长，极夜四个地带（两分除外）；

? 为正值，全球昼长向北递增；?为负值，向南递增。?的绝对值愈大，极昼（夜）地带愈大。

6、昼夜长短的季节变化：以二分二至为界，全年分四个阶段：二分发生昼长夜短和昼短

夜长的交替；而至发生昼增夜减和昼减夜增的交替；南北两半球出现极值时间相反；纬度愈高，昼夜长短变化幅度愈大。

7、昼夜的其它因素：太阳视半径，大气折光作用，眼高差。

8、晨昏蒙影：分民用、航海和天文三级：民用晨光始（或昏影终），太阳低度6?；航海

晨光始（或昏影终），太阳低度12?；天文晨光始（或昏影终），太阳低度 18?；纬度愈高，持续时间愈长；高纬度（大于48?）夏季，昏影未终，晨光已始，叫“白夜”。 三、太阳高度

太阳高度：就是太阳相对于当地地平面的角距离。

1、任意时刻太阳高度（h）：包含三个因素：太阳赤纬?（周年变化因素），当地纬度? （分布因素）和当地太阳时角t （周日变化因素）；由余弦公式可得：

Sinh=Sin?Sin?+Cos?Cos?Cost

2、正午太阳高度（H）

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正午太阳时刻，t=0 , Cost=1,消去周日变化因素，公式便减化为：

SinH = Sin ?Sin? + Cos ? Cos ?.。

H＝90?－?＋?

正午太阳高度因纬度而不同，因季节而变化。式中的（90?－?）可看作上点高度。

? 注意事项： 北半球H以南点为起点（南半球反之）；南北回归线之间，当?>?时，

H>90?；极圈内冬半年，若?>90?－?，H<0?。夜半太阳低度：H’=?+?－90?；白夜的纬度极限：－18?＝?＋23?.5－90?；?＝48?.5。 3、正午太阳高度的纬度分布

（1）在太阳直射点上，正午太阳高度为90?，从这里开始向南北方向递减。纬度相

差多少度，正午太阳高度就相差多少度。（2）在升降二分，赤道上正午太阳高度为90?，从这里开始向南北方向递减。（3）在南至和北至日，南北回归线上正午太阳高度为90?，从这里开始向南北方向递减。 4、正午太阳高度的季节变化 （1）、在南北回归线之间，一年有两次受太阳直射的机会，有两次极大值和极小值。 （2）、在南北回归线到极圈之间，正午太阳高度变化明显，南北回归线最大值上为90?，在极圈上最小值为0?。 （3）、在极圈至极点之间，正午太阳高度终年皆小，所在地冬半年还会出现负值。 （4）、南北半球纬度相当的地方，正午太阳高度变化幅度相当，但出现极值的日期相反。

四、四季

1、四季的性质 （1）、半球性现象:两个半球没有同时来临的季节，因此说季节变化是半球现象。 （2）、天文现象：因为四季的递变的主要原因是太阳直射点的季节变化造成的。 2、四季的递变

由于太阳直射点的季节变化造成了太阳热量在地表的分布不均，当太阳直射北半球时，

北半球处于夏季，南半球为冬季；反之，则南半球处于夏季，北半球为冬季；从夏季到冬季有一个过渡季节为秋季，从冬季到夏季有一个过渡季节为春季。这样就形成了四季的递变。 3、四季的划分

我国以四立划分，强调天文特征； 西方以二分而至划分，侧重气候季节。 五、五带

1、五带的性质：

季节带：地球上各地都有季节，具体的季节因地而异，因此五带也是季节地带。 天文带：五带主要是根据天文因素来划分的，因此属于天文地带。 纬度带：因为天文因子因纬度而异，因此五带也是纬度地带。

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