第五講 地球的運(yùn)動(dòng)

1、第五講地球的運(yùn)動(dòng)第五講地球的運(yùn)動(dòng)地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn)第一節(jié)地球的自轉(zhuǎn)第一節(jié)地球的自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)及證明自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)及證明自轉(zhuǎn)的規(guī)律性自轉(zhuǎn)的規(guī)律性自轉(zhuǎn)的后果自轉(zhuǎn)的后果地球自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)及證明地球自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)及證明自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn) 天體的周日運(yùn)動(dòng)自轉(zhuǎn)的證明兩極扁縮落體偏東傅科擺的偏轉(zhuǎn)北極南極天體的周日運(yùn)動(dòng)天體的周日運(yùn)動(dòng)日月星辰以日為周期在天球上繞地球自東向西運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象 周日圈上中天下中天兩極扁縮兩極扁縮地球的赤道半徑和極半徑赤道半徑6378km極半徑6357km FF1 F2 FF1F2落體偏東落體偏東BAB東含義從高處下落的物體，并不垂直的降落到地面點(diǎn)，而是稍稍偏向東方的點(diǎn)。 原因物體的慣性

2、使落體在下落過程中保持這一較大的速度 AB地球的自轉(zhuǎn)使落體具有更大的線速度 V傅科擺偏轉(zhuǎn)傅科擺偏轉(zhuǎn)原理慣性使擺的擺動(dòng)方向超然于地球自轉(zhuǎn)。傅科擺實(shí)驗(yàn)傅科擺特點(diǎn)傅科擺是法國(guó)物理學(xué)家傅科在1851年為證明地球自轉(zhuǎn)而設(shè)計(jì)的一種擺。 傅科擺的特點(diǎn)傅科擺的特點(diǎn)特殊的懸掛裝置長(zhǎng)擺繩重?cái)[錘刻有度數(shù)的圓盤傅科擺實(shí)驗(yàn)傅科擺實(shí)驗(yàn)1851年，傅科在巴黎萬神廟用單擺成功的作了一次著名的實(shí)驗(yàn)，用以證明地球自轉(zhuǎn)。圖為萬神廟外觀。懸掛于大廳的傅科擺懸掛于大廳的傅科擺擺繩長(zhǎng)67米擺錘重27千克下方為直徑米的沙盤地球真的在轉(zhuǎn)動(dòng)地球真的在轉(zhuǎn)動(dòng)傅科擺每經(jīng)過一個(gè)周 期的震蕩，在沙盤上畫出的軌跡都會(huì)偏離原來的軌跡，在直徑6米的沙盤邊緣，

3、兩個(gè)軌跡之間相差大約3毫米。 “地球真的是在轉(zhuǎn)動(dòng)啊”，有的人不禁發(fā)出了這樣的感慨。 150年前傅科擺實(shí)驗(yàn)所用的 沙盤和標(biāo)尺 現(xiàn)仍保存于巴黎萬神廟大廳。NSPP地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律性地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律性極移和進(jìn)動(dòng)極移兩極在地表的移動(dòng)各地經(jīng)緯度的微小變化地軸進(jìn)動(dòng)概念原因后果方向、周期和速度NSNS極移曲線極移曲線15m地軸進(jìn)動(dòng)地軸進(jìn)動(dòng)陀螺的進(jìn)動(dòng)地軸以25800年為周期，以黃赤交角為角半徑繞黃軸自東向西的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 速度：50.29/年地軸地軸黃軸黃軸地軸進(jìn)動(dòng)原因地軸進(jìn)動(dòng)原因地球的形狀黃赤交角地球的自轉(zhuǎn)F1F2PK扁球體附加引力促使天軸向黃軸靠攏慣性力圖保持地軸的空間指向地軸進(jìn)動(dòng)后果地軸進(jìn)動(dòng)后果天極的改變極星的

4、變遷春分點(diǎn)的西移KP極星的變遷極星的變遷春分點(diǎn)的西移春分點(diǎn)的西移KP周期：25800年速度： 50.29/年方向：自東向西地球自轉(zhuǎn)方向地球自轉(zhuǎn)方向右手拇指指向北極，則四指環(huán)繞方向?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)方向 右手定則自西向東6060303000南極南極南極：順時(shí)針6060303000北極北極北極：逆時(shí)針判斷下列各圖中地軸北端的指向判斷下列各圖中地軸北端的指向或者地球自轉(zhuǎn)方向或者地球自轉(zhuǎn)方向N地球自轉(zhuǎn)的周期地球自轉(zhuǎn)的周期恒星日恒星日某恒星連續(xù)兩次通過某地上中天的時(shí)間間隔。恒星日太陽日1恒星日23小時(shí)56分1太陽日24小時(shí)太陰日1太陰日24小時(shí)50分6060303000北極北極A恒星日與太陽日的區(qū)別恒星日與太陽

5、日的區(qū)別太陽日比恒星日約長(zhǎng)4分鐘。PPPE1E2E359在一個(gè)太陽日中：地球自轉(zhuǎn)了360 59 恒星日與太陰日的區(qū)別恒星日與太陰日的區(qū)別M1M21338M3在1太陰日中，地球自轉(zhuǎn)了373 38太陰日比恒星日長(zhǎng)54分鐘,比太陽日長(zhǎng)50分鐘三種周期的比較三種周期的比較參考點(diǎn)地球自轉(zhuǎn)角度 所需時(shí)間恒星日太陽日太陰日地球自轉(zhuǎn)速度地球自轉(zhuǎn)速度角速度線速度3600 360023h56m150/h隨緯度的升高而減??；隨高度的升高而增大。單位時(shí)間內(nèi)地球繞軸自轉(zhuǎn)的角度地球自轉(zhuǎn)線速度地球自轉(zhuǎn)線速度 465m/s4萬km/日 赤道上在緯度處 2 rT2RT2RcosT cos hrh在高度h處h2 r hT2(R+

6、h)cosT地球自轉(zhuǎn)速度的變化地球自轉(zhuǎn)速度的變化長(zhǎng)期變化季節(jié)變化不規(guī)則變化月球?qū)τ诘厍虻某毕饔檬沟厍蜃赞D(zhuǎn)不斷減慢。日的長(zhǎng)度大約在100年內(nèi)增長(zhǎng)毫秒。 氣團(tuán)的季節(jié)性移動(dòng)造成的振幅約為2025毫秒的季節(jié)變化。 地球內(nèi)部物質(zhì)的移動(dòng)或太陽活動(dòng)的影響 ，沒有一定規(guī)律。 地球自轉(zhuǎn)的后果地球自轉(zhuǎn)的后果天體的周日運(yùn)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)的左右偏轉(zhuǎn)不同天體的周日運(yùn)動(dòng)不同緯度的周日運(yùn)動(dòng)不同天體的周日運(yùn)動(dòng)不同天體的周日運(yùn)動(dòng)恒星的周日運(yùn)動(dòng)是地球自轉(zhuǎn)的單純反映旋軸方向周期太陽的周日運(yùn)動(dòng)有地球公轉(zhuǎn)的因素月球的周日運(yùn)動(dòng)有月球公轉(zhuǎn)的因素思考？周期為太陽日。周期為太陰日。恒星周日運(yùn)動(dòng)反映了地球自轉(zhuǎn)恒星周日運(yùn)動(dòng)反映了地球自轉(zhuǎn)思考思考某恒星

7、21：00位于某地上中天，第二天它位于該地上中天的時(shí)間是幾點(diǎn)？月亮某日18：00位于某地上中天，第二天它位于該地上中天的時(shí)間是幾點(diǎn)？不同緯度的周日運(yùn)動(dòng)不同緯度的周日運(yùn)動(dòng)ZP90恒顯星出沒星恒隱星對(duì)于40N來說，下列赤緯的天體屬于哪類恒星？+40 +70 -50 -70 三類恒星的范圍三類恒星的范圍范圍赤緯恒顯星出沒星恒隱星高于90的恒星介于(90)）之間高于(90)的恒星距離仰極以內(nèi)天赤道兩側(cè)90的距離內(nèi)距離俯極以內(nèi)60N所見的天體周日運(yùn)動(dòng)情況所見的天體周日運(yùn)動(dòng)情況天北極為仰極，天體的周日圈與地平圈呈30角。赤緯高于+ 30的北天天體為恒顯星。赤緯在 30之間的天體為出沒星。赤緯高于|- 30

8、 |的南天天體為恒顯星。水平運(yùn)動(dòng)的左右偏轉(zhuǎn)水平運(yùn)動(dòng)的左右偏轉(zhuǎn)原因科里奧利力地轉(zhuǎn)偏向力F=2mvSin用經(jīng)緯線的偏轉(zhuǎn)解釋運(yùn)動(dòng)偏向用經(jīng)緯線的偏轉(zhuǎn)解釋運(yùn)動(dòng)偏向N地球上的方向是以經(jīng)緯線為標(biāo)準(zhǔn)的。由于地球自轉(zhuǎn)，經(jīng)緯線的方向是變化的。慣性使物體力圖保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。s作業(yè)作業(yè)什么是地軸進(jìn)動(dòng)？其后果是什么？ 比較恒星日、太陽日、太陰日的區(qū)別。說明600N，300S，900S所見到的恒星周日運(yùn)動(dòng)情況。 用經(jīng)緯線的偏轉(zhuǎn)解釋地球上水平運(yùn)動(dòng)物體的偏向。 78 第7、9題。 地球的公轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)的后果公轉(zhuǎn)的規(guī)律公轉(zhuǎn)的證明地球公轉(zhuǎn)及其證明地球公轉(zhuǎn)及其證明恒星的周年視差恒星的光行差視差位移位移路線位移大小光行差位移

9、及路線恒星的視差位移恒星的視差位移由于地球在軌道上的位移而引起的恒星的視位置在天球上改變的現(xiàn)象 視差位移路線視差位移路線周年視差周年視差視差位移大小視差位移大小周年視差：地球的軌道半徑對(duì)恒星的最大張角。關(guān)于恒星周年視差的測(cè)定關(guān)于恒星周年視差的測(cè)定哥白尼恒星沒有這種現(xiàn)象（周年視差），說明它們的距離太大，以至地球軌道同它們相比可以忽略不計(jì)，從而不能看到這種現(xiàn)象。 開普勒現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)沒有成功，不要緊，我相信將來一定能夠成功?；蛟缁蛲恚蛟S是明天，或許是百年之后，天文學(xué)家總有一天會(huì)找出地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的證據(jù)來。 最先測(cè)定的恒星的周年視差最先測(cè)定的恒星的周年視差觀測(cè)者測(cè)定恒星測(cè)定年代 測(cè)定數(shù)值 現(xiàn)代測(cè)定值白塞

10、耳（德）天鵝座6118380.3140.30亨德遜（英）南門二18390.980.76斯特魯維（俄）織女星18390.2610.124白塞耳（1784-1846），德國(guó)著名的天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家，1837年，白塞爾發(fā)現(xiàn)天鵝座61正在非常緩慢地改變位置，第二年，他宣布這顆星的視差是0.31弧秒，這是世界上最早測(cè)定的恒星視差之一。光行差位移光行差位移CV-VV合S1S2光行差位移：由于地球軌道速度對(duì)星光方向的影響，使恒星的視方向和真方向之間存在一定偏差的現(xiàn)象。光行差常數(shù)：tg VC0.0001 20.47光行差位移路線光行差位移路線地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律軌道和方向周期速度地球公轉(zhuǎn)軌道地球公轉(zhuǎn)軌道

11、近日點(diǎn)遠(yuǎn)日點(diǎn)半長(zhǎng)軸a1.496108km 半短軸b1.4958108km近日距離1.471108km遠(yuǎn)日距離1.521108km 月初通過近日點(diǎn)，月初通過遠(yuǎn)日點(diǎn)。近日點(diǎn)每年東旋11近日點(diǎn)的東旋近日點(diǎn)的東旋近日點(diǎn)在軌道上不固定，東旋11/年。 黃赤交角與地軸的傾斜黃赤交角黃赤交角黃道面赤道面2326 KP地球公轉(zhuǎn)的周期地球公轉(zhuǎn)的周期恒星年回歸年近點(diǎn)年交點(diǎn)年太陽在黃道上連續(xù)兩次通過春分點(diǎn)的時(shí)間間隔 太陽在黃道上連續(xù)兩次通過同一恒星的時(shí)間間隔 1恒星年365.2564日1回歸年365.2422日地球在軌道上連續(xù)兩次通過近日點(diǎn)的時(shí)間間隔 1近點(diǎn)年365.2596日太陽在黃道上連續(xù)兩次通過同一黃白交點(diǎn)的

12、時(shí)間間隔 1交點(diǎn)年346.6200日歲差恒星年與回歸年恒星年與回歸年r1r236003600 50.29四種年的比較四種年的比較周期參考點(diǎn)所用時(shí)間 公轉(zhuǎn)角度恒星年回歸年近點(diǎn)年交點(diǎn)年地球公轉(zhuǎn)速度地球公轉(zhuǎn)速度平均速度3600 3600365.2564日59/日 角速度線速度V29.78 km/S 速度的變化61/日30.3 km/S 57/日29.3 km/S 近日點(diǎn)遠(yuǎn)日點(diǎn)地球公轉(zhuǎn)的后果地球公轉(zhuǎn)的后果太陽的周年運(yùn)動(dòng)行星同太陽的會(huì)合運(yùn)動(dòng)太陽周年運(yùn)動(dòng)太陽周年運(yùn)動(dòng)太陽以恒星年為周期在黃道上自西向東的視運(yùn)動(dòng) 方向周期路線二十四氣的含義弧段等分點(diǎn)時(shí)段時(shí)刻二十四氣與黃道十二宮二十四氣與黃道十二宮行星與太陽的會(huì)合運(yùn)動(dòng)行星與太陽的會(huì)合運(yùn)動(dòng)行星軌道速度比較會(huì)合運(yùn)動(dòng)周期距日越近，速度越大地內(nèi)地地外 行星與太陽相對(duì)位置的變化行星的逆行行星軌道速度比較行星軌道速度比較PbPaab如圖，設(shè)兩行星的公轉(zhuǎn)周期分別為Ta、Tb ，公轉(zhuǎn)速度分別為Va、Vb ，則 Va=2a/ TaVb=2b/ Tb根據(jù)開普勒第三定律，Tb2Ta2=b3a3TbTa=b3a3=baba =abTbTaVaVb =baVaVb地內(nèi)地地外 會(huì)合運(yùn)動(dòng)周期（會(huì)合運(yùn)動(dòng)周期（s s）PbPa設(shè)在一個(gè)會(huì)合周期中，Pb