地球自转与公转教程型课件

转转地球自与公教程欢迎来到地球自转与公转教程在这个全面的课程中，我们将深入探讨地球两种基本运动的特性、原因及其影响通过学习地球自转和公转的科学原理，我们将理解昼夜交替、季节变化等自然现象的形成机制，以及它们如何塑造了我们这个星球上的生命和环境这门课程既适合天文爱好者，也适合地理学习者，我们将以浅显易懂的方式解释复杂的天文概念，帮助大家建立对地球运动的清晰认识课程概述1学习目标2课程结构完成本课程后，学生将能够准本课程分为五个主要部分地确描述地球自转与公转的基本球基本特性介绍、地球自转详特征，解释这两种运动产生的解、地球公转详解、自转与公地理现象，分析自转与公转对转的相互关系，以及它们对地地球环境和生命的影响，并能球环境和生命的综合影响每运用相关知识解释日常生活中个部分都包含理论讲解和实例观察到的天文现象分析，帮助学生全面理解地球运动的科学原理3学习方法建议学生在学习过程中结合模型观察、实地天文观测和互动实验，加深对抽象概念的理解课程提供的模拟实验将帮助学生直观感受地球运动的特性及其效果地球的基本特征组形状大小成地球并非完美的球体，而是两极略扁、赤地球是太阳系内第五大行星，表面积约为地球由地核、地幔和地壳三层结构组成道略鼓的椭球体，称为地球椭球这种

5.1亿平方千米，其中海洋占71%，陆地占地核主要由铁和镍组成；地幔由密度较低形状主要是由于地球自转产生的离心力导29%地球的体积约为

1.08×10^12立方千的硅酸盐矿物组成；最外层的地壳是我们致赤道部分隆起精确测量表明，地球赤米，质量约为

5.97×10^24千克，平均密度生活的地方，相对整个地球而言非常薄，道半径约为6,378千米，极半径约为6,357为

5.52克/立方厘米，是太阳系中密度最大仅占地球半径的

0.5%左右千米，差异约21千米的行星阳地球在太系中的位置阳离太系中心第三行星日地距太阳是太阳系的中心天地球是太阳系八大行星地球到太阳的平均距离体，拥有太阳系

99.86%中离太阳第三近的行星约为

1.496亿千米，这个的质量地球和其他行，位于金星和火星之间距离被定义为1个天文单星围绕太阳运行，受太这个位置使地球处于位AU由于地球轨道阳引力的控制太阳系的宜居带内，温呈椭圆形，实际距离在度适宜液态水存在

1.47亿至

1.52亿千米之间变化运动两种地球的形式转公2地球围绕太阳运行的运动称为公转地球沿椭圆轨道绕太阳公转，同样是自西向东，即逆时转自针方向一个完整的公转周期约为

365.24天，构成了一个回归年地球绕自身轴心的旋转运动称为自转地球自西向东自转，即从地球北极上方俯视时，1转转关自与公的系地球呈逆时针方向旋转一个完整的自转周期约为24小时，这是昼夜交替的直接原因地球在公转的同时也在自转，这两种运动相互影响，共同决定了地球上的时间系统、季节变化以及各种地理和天文现象地球自转轴相对3公转轴的倾斜是季节形成的关键因素转义地球自的定义转科学定自周期地球自转是指地球绕通过南北两极地球完成一周自转所需的时间因参的假想轴线即自转轴的旋转运动考系不同而异相对于恒星完成一从北极上方观察，地球呈逆时针周自转的时间称为恒星日，约为方向旋转，这一方向在天文学上被23小时56分4秒；而相对于太阳完定义为正向自转成一周自转的时间称为太阳日，通常为24小时转自速度地球自转的线速度与纬度有关在赤道处，线速度达到最大值约465米/秒；随着纬度增加，线速度逐渐减小，在两极点处为零这种速度差异产生了科里奥利效应，影响全球风系和洋流转地球自的特征1方向地球自转的方向是自西向东，即从地球北极上方观察时呈逆时针方向旋转这导致了太阳和星星在地球上东升西落的现象如果从南极上方观察，地球自转则呈顺时针方向这个自转方向与大多数太阳系行星保持一致2周期地球完成一周自转所需的时间约为24小时，称为一个太阳日更精确地说，相对于恒星的一次完整自转恒星日为23小时56分4秒由于地球同时在公转，导致太阳日和恒星日存在约4分钟的差异3速度地球自转的线速度在赤道处达到最大，约为每秒465米1674千米/小时随着纬度的增加，线速度逐渐减小，在纬度60°处约为赤道速度的一半，而在两极点处为零这种速度差异是产生科里奥利力的原因转轴倾地球自的斜倾斜角度地球的自转轴相对于其公转轨道平面黄道面倾斜约

23.5度更精确地说是23度26分这个倾角被称为黄赤交角，是地球产生四季变化的根本原因稳定性地球自转轴的倾角在短期内相对稳定，但实际上会在较长的时间尺度上发生微小变化在约41,000年的周期中，倾角在

22.1度到

24.5度之间缓慢变化，这种变化是米兰科维奇周期的一部分岁差现象除了倾角变化外，地球自转轴还像陀螺一样缓慢旋转，指向的方向逐渐变化，形成一个圆锥形这种现象称为岁差，完成一次旋转需要约26,000年因此，现在的北极星并非永远都是北极星影响意义自转轴倾斜导致太阳直射点在南北回归线之间周年移动，造成不同纬度和不同季节的日照时间和强度差异，从而形成了地球的季节变化和气候带分布转证地球自的据摆实验应卫观测傅科科里奥利效人造星1851年，法国物理学家傅科Foucault使用由于地球自转，在北半球，运动物体会向右现代科技通过人造卫星对地球进行观测，可一个长摆设计了著名的傅科摆实验这个摆偏转；在南半球则向左偏转这就是科里奥以直接看到地球的自转过程此外，GPS定的摆动平面相对于地面逐渐旋转，证明了地利效应，它影响着风向、洋流方向，并导致位系统需要考虑地球自转的影响才能精确定球在自转在北半球，摆面顺时针旋转；在北半球气旋呈逆时针方向旋转，南半球则相位，这也从实践上证明了地球自转的存在南半球，摆面逆时针旋转；在赤道，摆面不反这种效应的存在是地球自转的重要证据旋转转义地球自的地理意

（一）昼夜更替1地球自转最直接的地理意义是导致昼夜交替地球自转使地表各点周期性地面向太阳白天和背离太阳黑夜，形成昼夜更替现象昼夜长短变化2由于地球自转轴倾斜，除春分和秋分日外，地球上不同纬度的昼夜长短各不相同随着季节变化，同一地点的昼夜长短也会发生周期性变化生物节律3昼夜更替建立了地球生物的基本生活节律许多生物的活动、休息、新陈代谢等生理过程都与这种24小时周期紧密同步，形成了生物钟系统人类作息4人类社会的作息时间安排、工作制度以及时区划分都是基于地球自转产生的昼夜周期这种自然规律深刻影响了人类文明的发展方式转义地球自的地理意

（二）241884时区划分国际日期变更线由于地球自转，地球表面不同经度的地方有国际日期变更线大致沿180°经线设立，是日不同的当地时间为统一时间管理，全球被期变更的界线越过此线向西航行，日期提划分为24个时区，每个时区跨越15度经度，前一天；向东则延后一天这条线的设立是相邻时区时间相差1小时处理地球自转导致的日期问题的国际约定1972协调世界时为了克服地球自转速率微小变化带来的计时问题，1972年国际上采用了协调世界时UTC作为标准时间系统，它结合了原子钟的精确性和传统的天文观测转义地球自的地理意

（三）陆风间风转变海形成夜向白天，陆地升温快于海洋，热空气上升，夜晚，陆地散热快于海洋，陆地上的冷空1形成低气压区，海洋上的冷空气流向陆地气下沉，形成高气压，陆地空气流向海洋2，形成海风，形成陆风类动响调节人活影气候4海陆风对沿海居民的生活、航海活动和沿这种昼夜交替的海陆风循环对沿海地区的3海工农业生产有重要影响，渔民常利用这气候有调节作用，缓和了温度变化，并影一规律安排出海作业时间响当地降水模式转义地球自的地理意

（四）蚀发铁损河流侵三角洲育路磨由于科里奥利力的影响，北半球河流河流入海口三角洲的发育也受到地球自转在北半球，东西走向的铁路往往右轨磨损tends往往侵蚀右岸，南半球则侵蚀左岸的影响北半球河流倾向于向右侧发育三更严重；在南半球则相反这是因为行进这一现象被称为贝尔定律因此，许角洲，南半球则向左侧发育这种趋势影中的火车受到科里奥利力的作用，对轨道多北半球的河流右岸常形成陡峭的悬崖，响了沿海平原的形成和陆地面积的变化，产生不均匀的压力这一现象对铁路维护左岸则较为平缓这种侵蚀特点直接影响同时也影响了沿岸生态系统的分布和设计有重要的实际意义了河谷地形的发展和河流改道的方向转义地球公的定转基本概念公周期地球公转是指地球绕太阳运行的轨地球完成一圈公转所需的时间称为道运动地球沿着接近椭圆的轨道地球年根据参考标准不同，有不围绕太阳运行，这一运动遵循开普同类型的年回归年是指地球从一勒行星运动定律公转方向从太阳个春分点到下一个春分点的时间，系北极上方看是逆时针方向，即从约为365天5小时48分46秒，这是西向东我们日常使用的年的长度平均速度地球公转的平均轨道速度约为每秒

29.8千米每小时约107,000千米由于轨道是椭圆形，地球在近日点时运行速度较快，在远日点时运行速度较慢，这是开普勒第二定律的体现转地球公的特征轨1道形状地球公转轨道呈椭圆形，太阳位于椭圆的一个焦点上这个椭圆的离心率很小，约为

0.0167，因此地球轨道接近于圆形轨道离心率也会在长期内发生周期性变化，这是米兰科维奇周期的一部分转2公方向地球公转方向是自西向东，即从太阳系北极上方观察时呈逆时针方向这与大多数太阳系行星的公转方向一致，反映了太阳系形成时原始星云盘的旋转方向转3公周期地球公转一周的时间，即一个回归年，约为

365.2422天365天5小时48分46秒为了使日历年与回归年保持一致，采用了闰年制度，通常每四年增加一个闰日，但世纪年需要能被400整除才设为闰年转轨地球公道远近日点日点地球轨道上距离太阳最近的点称为近日点地球轨道上距离太阳最远的点称为远日点1，通常出现在每年1月初现代为1月4日前，通常出现在每年7月初现代为7月4日前2后在近日点，地球与太阳的距离约为后在远日点，地球与太阳的距离约为

1.47亿千米

1.52亿千米轨离变道面距化4地球公转轨道所在的平面称为黄道面，是从近日点到远日点，地球与太阳的距离差3太阳系的基本参考平面地球的自转轴与异约为500万千米，这导致地球接收的太这一平面不垂直，而是倾斜约

23.5度阳辐射强度季节性变化约

6.9%简开普勒定律介轨第一定律道定律所有行星都沿椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上这一定律解释了地球轨道的形状，以及近日点和远日点的存在地球轨道的离心率很小，所以接近圆形，但严格来说是椭圆积第二定律面定律行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积这意味着地球在近日点附近运行速度较快，在远日点附近运行速度较慢目前地球在1月初北半球冬季运行最快，7月初北半球夏季运行最慢第三定律周期定律行星公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比这一定律揭示了太阳系中行星公转周期与其轨道大小之间的数学关系，是开普勒定律中最具普适性的一条转证地球公的据视节变现恒星周年差星座的季性化光行差象恒星周年视差是天文学中最直接的地球公不同季节夜晚可见的星座不同，这是地球光行差是由于地球公转运动与光速有限性转证据由于地球公转，观测者位置发生公转的明显证据例如，猎户座在北半球共同作用产生的现象它导致恒星位置的变化，导致近距离恒星相对于远距离恒星冬季夜空清晰可见，而在夏季则不可见周年性微小变化，这种变化与视差不同，的视位置出现周期性变化1838年，贝塞这是因为地球围绕太阳运行，夜间面向宇它与恒星距离无关1729年，布拉德莱首尔首次成功测量了天鹅座61星的视差，直宙的方向随季节变化次发现并解释了这一现象接证明了地球公转转义地球公的地理意

（一）四季变化地球公转结合自转轴倾斜，导致太阳直射点在南北回归线之间周年移动，形成了地球上的四季变化当北半球倾向太阳时，北半球为夏季，南半球为冬季；半年后情况相反气候带形成由于太阳辐射接收量的周年变化规律，地球表面形成了不同的气候带从赤道到两极，依次为热带、亚热带、温带、亚寒带和寒带，不同气候带的气温、降水等气候要素存在明显差异农业生产周期四季变化决定了农业生产的周期性全球不同地区的播种时间、收获季节都与当地的季节变化紧密相关农作物的品种选择和耕作方式也需要适应季节性气候特点生物适应与进化季节变化促使生物发展出各种适应性特征如一些动物有冬眠、迁徙行为；植物有落叶、开花结果的季节性规律这些适应性进化是生物多样性的重要组成部分转义地球公的地理意

（二）地球公转导致了昼夜长短的季节性变化这种变化在不同纬度表现各异赤道地区全年昼夜几乎等长，昼长变化不超过半小时；温带地区四季昼夜长短差异明显，夏季白天长、冬季白天短；在极圈内，夏季出现极昼现象，冬季则出现极夜现象昼夜长短的变化显著影响了人类生活习惯和社会活动在高纬度地区，居民需要适应夏季极长的白天和冬季极长的黑夜，这对当地的生活方式、工作安排乃至心理健康都产生重要影响转义地球公的地理意

（三）北京40°N新加坡1°N悉尼34°S太阳高度角是太阳直射光线与地平面的夹角，它决定了地表接收的太阳辐射强度上图展示了不同纬度地区正午太阳高度角的季节性变化单位度由地球公转引起的太阳高度角变化直接影响地表温度、光照强度以及太阳辐射对生物的影响在赤道附近地区，全年太阳高度角变化较小，因此气温变化也相对较小；而在中高纬度地区，太阳高度角的季节性变化明显，导致了显著的温度季节差异这一规律是了解全球气候分布的关键轴倾地斜的重要性四季形成1地球季节变化的根本原因气候带分布2全球气候类型的形成基础昼夜长短变化3不同纬度昼夜变化规律的决定因素生物多样性4促进生物适应性进化的环境驱动力人类文明发展5影响农业、文化与社会结构的自然基础地球自转轴相对于公转轨道平面倾斜约

23.5度，这个看似简单的特征对地球环境产生了深远影响如果地轴垂直于公转平面，地球将没有四季变化，每个纬度的昼夜长度全年不变，全球气候带将呈简单的纬向分布地轴倾斜使地球环境更加丰富多样，同时也为生命的进化和人类文明的发展提供了独特条件黄赤交角义长变定期化黄赤交角是地球赤道平面与黄道平黄赤交角并非恒定不变，而是在约面（地球公转轨道平面）之间的夹41,000年的周期内在

22.1度至角，约为23度26分（通常简称为

24.5度之间缓慢变化目前黄赤

23.5度）这个角度本质上就是地交角正在减小，每世纪减少约球自转轴与其公转轨道垂直线之间

0.47角秒这种变化是地球轨道的夹角黄赤交角名称来源于黄参数变化的一部分，即米兰科维奇道与天赤道的交角周期的一个重要组成响气候影黄赤交角的变化直接影响季节性气候差异的强度角度越大，季节对比越明显；角度越小，季节差异越小古气候研究表明，黄赤交角与地球长期气候变化密切相关，是冰期与间冰期交替的重要因素之一归线回与极圈归线归线北回南回极圈北回归线位于北纬

23.5度，是太阳直射点在南回归线位于南纬

23.5度，是太阳直射点在北极圈和南极圈分别位于北纬

66.5度和南纬夏至日所能到达的最北纬度当太阳直射北冬至日所能到达的最南纬度当太阳直射南

66.5度这两条界线标志着极昼和极夜现象回归线时，北半球享有最长的白天和最短的回归线时，南半球享有最长的白天和最短的开始出现的最低纬度在极圈内，每年至少黑夜北回归线穿过墨西哥、埃及、印度等黑夜南回归线穿过澳大利亚、智利、南非有一天出现全天不落的极昼现象，和至少一国家，在中国穿越台湾、广东、广西等地区等国家，主要经过南半球的大陆和海洋地区天出现全天不出的极夜现象极圈范围随着黄赤交角的变化而缓慢变化带地球五1热带2温带热带位于南北回归线之间（北温带位于回归线与极圈之间，纬

23.5度至南纬

23.5度之间）分为北温带和南温带温带地，是太阳直射区域热带全年区四季分明，气温和昼夜长短温度高，季节变化不明显，昼有明显的季节性变化大部分夜长度变化较小热带地区包人类文明发源于北温带地区，括亚马逊雨林、刚果盆地雨林如中国、欧洲、北美等，这里、东南亚群岛等，是地球上生气候条件适宜农业发展和人类物多样性最丰富的区域居住3寒带寒带位于南北极圈以内，分为北寒带和南寒带寒带地区全年气温低，极昼极夜现象明显北寒带包括格陵兰岛、北冰洋、西伯利亚北部等地区；南寒带主要是南极洲这些地区人烟稀少，但对全球气候系统有重要影响二至二分夏至春分夏至日太阳直射北回归线，北半球白天最春分日太阳直射赤道，全球昼夜平分，北1长、黑夜最短，是北半球一年中正午太阳半球进入春季，南半球进入秋季现代春2高度角最大的一天现代夏至日通常在公分日通常在公历3月20日或21日历6月21日或22日冬至秋分冬至日太阳直射南回归线，北半球白天最秋分日太阳再次直射赤道，全球昼夜再次4短、黑夜最长，是北半球一年中正午太阳平分，北半球进入秋季，南半球进入春季3高度角最小的一天现代冬至日通常在公现代秋分日通常在公历9月22日或23日历12月21日或22日春分日的特点阳历义导太直射点昼夜平分史意航参考春分日太阳直射地理赤道（0°纬春分日全球各地昼夜时间几乎相春分在许多文化中具有重要意义在春分日，太阳恰好从正东方升线）这一天，太阳从正东方升等，都是12小时白天和12小时黑中国传统将春分作为二十四节起，正西方落下，因此这一天可起，从正西方落下，太阳视运动夜（受大气折射等因素影响，实气之一，标志着春季的中点；许以用太阳位置准确判断东西方向轨迹与地平面呈直角在赤道上际白天略长于黑夜）这是因为多古代文明利用春分日确定历法，这在古代航海和定向中有重要，正午时太阳恰好位于天顶这一天太阳光照射到的区域恰好；现代许多国家的复活节也与春作用覆盖了地球南北两极分日期相关夏至日的特点1太阳直射点夏至日太阳直射北回归线（北纬

23.5度）这是太阳直射点一年中到达的最北位置，此后太阳直射点开始向南移动夏至标志着北半球天文意义上的夏季开始2昼夜长短夏至日北半球白天最长、黑夜最短；南半球则相反在北极圈内，出现全天不落的极昼现象；在南极圈内，出现全天不出的极夜现象赤道地区昼夜长度变化不大，约为12小时3太阳高度角夏至日是北半球各地一年中正午太阳高度角最大的一天北回归线地区正午时太阳恰好位于天顶；北极圈地区太阳整日不落，在地平线上环绕一周；赤道地区正午太阳高度角为

66.5度4文化意义夏至在世界各地有丰富的文化传统在中国是二十四节气之一，传统有吃面条、煮鸡蛋的习俗；欧洲许多国家有庆祝仲夏节的传统；英国巨石阵专门为观测夏至日出而设计秋分日的特点1太阳直射点秋分日太阳再次直射地理赤道（0°纬线）这是太阳直射点从北半球向南半球移动过程中通过赤道的日子秋分标志着北半球天文意义上的秋季开始，南半球则进入春季2昼夜平分与春分日类似，秋分日全球各地昼夜时间再次接近相等太阳从正东方升起，从正西方落下，太阳视运动轨迹与地平面呈直角这种昼夜平分的现象是地球公转与自转轴倾斜共同作用的结果3农业意义秋分在农业上具有重要意义，通常标志着北半球收获季节的中期中国传统将秋分作为二十四节气之一，有秋分到，蒸梨枣等农谚，反映了农作物的收获季节特点4文化习俗秋分在许多文化中有特殊习俗中国有祭月、吃秋果的传统；日本将秋分设为国定假日秋分之日，有扫墓祭祖的风俗；许多西方国家则将秋分附近作为丰收节日冬至日的特点阳长阳太直射点昼夜短太高度角冬至日太阳直射南回归线（南纬

23.5度）冬至日北半球白天最短、黑夜最长；南半球冬至日是北半球各地一年中正午太阳高度角这是太阳直射点一年中到达的最南位置，此则相反北极圈内出现全天不出的极夜现象最小的一天在北回归线以北地区，全天太后太阳直射点开始向北移动冬至标志着北；南极圈内出现全天不落的极昼现象北京阳都不会到达天顶位置；北京地区正午太阳半球天文意义上的冬季开始，南半球则进入地区这一天的白天时长约为9小时20分钟，高度角约为

26.5度，比夏至日低约47度；北夏季比夏至日短约5小时20分钟极地区太阳整日不出现冬至在中国传统文化中具有特殊地位，被称为冬节，是重要的传统节日有冬至大如年的说法，习俗包括吃饺子（北方）、汤圆（南方）、九九消寒图等冬至也是许多其他文化中的重要节日，如古罗马的不败的太阳节，后来演变为圣诞节的时间选择阳动太直射点的周年移太阳直射点的周年移动是地球公转和自转轴倾斜共同作用的结果如上图所示，太阳直射点在一年中在南北回归线之间往复移动冬至日，太阳直射南回归线（南纬

23.5度）；春分日，太阳直射赤道（0度）；夏至日，太阳直射北回归线（北纬

23.5度）；秋分日，太阳再次直射赤道太阳直射点的移动速度并非恒定，而是在回归线附近移动缓慢，在赤道附近移动较快这种变化导致了不同纬度日照时间和太阳高度角的季节性变化，进而影响全球各地的气温变化和气候特征长变规昼夜短化律带赤道地区温地区极地地区赤道地区全年昼夜长度变化很小，基本保持温带地区（回归线与极圈之间）昼夜长短有极圈内地区出现极昼和极夜现象当太阳直在12小时左右这是因为太阳直射点虽然在明显的季节变化以北京（约北纬40度）射点接近同半球回归线时，该半球极圈内出南北回归线之间移动，但赤道始终位于日照为例，夏至日白天约14小时40分钟，冬至现极昼（太阳24小时不落）；当太阳直射点圈和黑夜圈的中间位置在春分和秋分日，日白天约9小时20分钟，相差约5小时20分接近异半球回归线时，该半球极圈内出现极赤道正好被日照圈和黑夜圈平分；在其他时钟这种变化是由于地轴倾斜导致不同季节夜（太阳24小时不出）极昼极夜的持续时间，昼夜长度的偏差很小，通常不超过30日照圈与黑夜圈对各纬度的覆盖比例不同间随纬度增加而增加，在极点处各持续约半分钟年长纬关昼与度的系夏至日昼长小时冬至日昼长小时昼长与纬度的关系在不同季节表现出明显的规律性如上图所示，在相同的日期，纬度越高，昼夜长短的季节差异越大在夏至日，纬度越高，白天越长；在冬至日，纬度越高，白天越短这种变化是由于地轴倾斜导致不同纬度被日照圈覆盖的时间不同春分和秋分日，各纬度昼夜基本相等；其他时间，同一半球内纬度越高，夏季白天越长、冬季白天越短这种昼长变化对当地气温、生物活动以及人类生活都有显著影响现极昼与极夜象现义续时间响象定持生活影极昼是指太阳连续24小时或更长时间不落极昼极夜的持续时间与纬度呈正比在极极地地区的居民需要适应极昼极夜带来的下的现象；极夜则是太阳连续24小时或更圈刚好越过的位置，极昼和极夜各只持续特殊生活环境极夜期间，人们常使用人长时间不升起的现象这两种现象只出现一天；随着纬度增加，持续时间延长；在工照明，并面临维生素D缺乏和情绪障碍在南北极圈（北纬

66.5度和南纬

66.5度）南北极点，极昼和极夜各持续约半年，只的风险；极昼期间，人们需要采取措施保以内的地区，是地球自转轴倾斜和公转共在春分和秋分前后短暂出现日出日落现象证正常睡眠，如使用遮光窗帘这些地区同作用的结果的生物也进化出适应这种光照环境的特殊机制。