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小学科学“地球与宇宙”涉及的知识 小学科学“地球与宇宙”涉及的知识 1、地球概貌与物质组成 (1)地球概貌 u 地球的形状 球体及其形成机制-主要是由于这类天体都具有较大的质量和自引力,在其形成和演化的过程中都有一个融熔过程和不停地自转运动等一些因素共同作用的结果。 原始认识-天圆地方:天圆如张盖,地方如棋局。只是简单地以直觉来定论,可是却丝毫经不起推敲。 第一次飞跃-地球是球体:地平线的形状呈圆形(站得高看得远);行近的物体从地平线之下逐渐升现,远离的物体从地平线之上逐渐隐没;月食时月面上的地影边缘呈圆弧形。麦哲伦的环球航行证实了地球确实是一个球体。 第二次飞跃-地球是椭球体的:赤道半径为6378.2千米,极半径为6356.8千米,两者相差约21.4千米。 第三次飞跃-地球是一个不规则的椭球体:赤道并不是一个正圆,而是近似椭圆形;赤道面也不是地球的对称面。赤道最大半径和最小半径相差265米,若与标准椭球体相比,北极凸出14米,南极凹进24米,南纬45o附近有隆起,北纬45o附近又有凹陷。 从宏观上看,地球仍是一个近似球形的球体。 u 地球的大小、质量和密度 古希腊的地理学家埃拉托色尼出色地完成了测量地球大小的工作。他巧妙地利用太阳光线作参照,测出亚历山大港与阿斯旺两地间的地面弧距,再测出这两地间的地面距离。他利用这两个数据算出地球的周长大约为39816千米,与目前测算的结果相当接近。 现代的科学家们不仅可以在地面上用三角测量法对地球作精密的测算,而且还可以利用人造卫星在空中对地球进行精确测量,由此得出了地球大小的精确值。地球赤道的周长为40066.449千米,子午线的周长为39999.305千米.地球表面的总面积为510067860平方千米。地球的体积估计为00立方千米。地球上被水覆盖的面积估计为36208.2万平方千米,约占地球表面积的70.89%。海洋的平均深度估计为3553.97米,地球上水的总重量估计为1.321018吨,海水的体积估计为1284643.137立方千米,而淡水的体积为34990280.04立方千米。 地球对于我们生活在它上面的人类来说,是个很大的星球,我们无法直接测量它的质量。 英国物理学家卡文迪许根据万有引力定律,首先求算出了地球的质量,约为60万亿亿吨。 用地球的质量除以它的体积,便可得出地球的平均密度是5.517克/立方厘米,而地壳上部的岩石平均密度是2.65克/立方厘米,远小于地球的平均密度。事实上,地球密度是随着深度的加深而增大的,并且在地下若干深度密度呈跳越式变化,据推测地核部分密度可达13克/立方厘米。 u 重力场和磁场 重力场:地球上的任何物体都有向地面下落的趋势,最早是牛顿指出这是由于地球重力的作用。这里需要指出的是,重力是一种合力,是由指向地心的地球的引力与地球自转产生的惯性离心力共同作用而成的。一般地球离心力在地面上,变化的最大值不超过引力的1/300。离心力相对于地心引力来说是很微弱的,所以重力的方向仍大致指向地心。 根据万有引力公式,可以推测,从地表到地心的距离越大,地表的重力值就越大。同一物体,在两极最重,在赤道最轻。1000克的物体,由赤道带到两极,要加重5.2克。 磁场:地球磁力虽然难以为人所感知,但人类还是很早就认识并应用了具有磁力特性的磁石(铁)。秦始皇修建阿房宫时,就用磁石砌成宫门,这样穿着铁甲或带着刀的刺客就很难混进宫内。北宋时期出现的指南针,则更是一个应用地球磁力场造福人类的世界性的大发明。 需要指出的是: 一、指南针所指示的方向也并不正好就是根据地球自转轴定义的地球南北极。因此,指南针所指的方向只是地球磁场的南北极。细心观察指南针,我们还会发现指示地磁南北方向的小铁针也并不一定就是水平的,很可能是一端略微翘起另一端略微下垂。在这种情况下,我们把磁针北端与水平面的夹角叫做磁倾角。 二、地磁的两极位置并不固定,乃至有可能发生180o的倒转。一系列事实证明,地球历史上确实发生过磁极倒转,而且目前的磁极也在不断迁移。 u 地球的模型-地球仪 地轴?两极?赤道:地球自转的轴叫做地轴。地轴同地球表面相交的两点叫做两极。在地球仪上,距南、北两极相等的大圆圈叫做赤道。 经线和经度:在地球仪上连接南、北两极的线,叫做经线,也叫做子午线。通过英国伦敦格林尼治天文台原址的那一条经线为0o经线,也叫本初子午线。从0o经线算起,向东、西各分做180o,以东的叫东经,以西的叫西经。西经20o和东经160o的经线圈把地球划分为东西两个半球。 纬线和纬度:在地球仪上,同赤道平行的线叫做纬线。最大的纬线圈是赤道。某地点的纬度,就是该地点的铅垂线与赤道面所夹的角度。赤道的纬度为0o,由赤道向南、北两极各分做90o。 经纬网:经线和纬线相互交织所构成的网络叫做经纬网。利用它可以确定地球上任何一个地点的准确位置。如北京,位于北纬39o57,东经116o28。 u 地球的圈层结构 地球的结构基本上按物质密度大小的顺序分异,从外向内大致呈现同心圆分布,主要包括地球以上的大气圈、水圈、生物圈和地表以下的地壳、地幔、地核。 地壳:由坚硬的岩石组成,厚度在大陆上为3070千米,在洋底只有5-15千米,整个地壳的平均厚度约16千米,只有地球半径的1/400,体积只有地球体积的0.3%。 地幔:厚度约为2900千米,占地球总体积的83.4%。其组成物质复杂多变,总的来说是固态的。但在地下60250千米之间,温度增高,岩石虽未熔化但已呈熔融状态,被称作软流圈,是岩浆源地。 地核:半径约有3473千米,占地球总体积的16.3%。地核分为内核和外核两部分,外核是液态的,内核是固态的。一般认为,地核是由铁、镍构成的金属核。 (2)地球上的岩石和土壤 岩石是由矿物构成的,矿物又是由元素构成的,岩石、矿物和元素都是地壳的组成物质。 u 地壳中的元素和矿物 组成地壳的元素:目前已发现90多种组成地壳的化学元素。氧(1/2)、硅(1/4)、铝(1/12)共占地壳总重量的80%以上。 组成地壳的矿物:天然产出的,由数种或一种元素构成的化合物或单质就是矿物。矿物一般都有晶体结构。 u 地球上的岩石 岩石是由一种或几种矿物组成的,如花岗岩是由长石、石英、云母组成的,石灰岩主要是因方解石组成的。按岩石形成类型,所有岩石可分为: 岩浆岩:岩浆岩是由地下的炽热岩浆上升侵入到地壳中或喷出地表,因温度逐渐冷却而形成的。岩浆岩多呈块状,没有层理,这是这种岩石的基本特点。如玄武岩、浮石、花岗岩。 沉积岩:沉积岩有的是由原来的各种岩石经过风化、侵蚀、搬运和沉积逐渐形成的,有的是生物死亡后由生物遗骸堆积而成的。沉积岩特点:大多具有明显层理,呈层状,常有化石。如:砾岩、砂岩、页岩。 变质岩:变质岩是由原来深埋地下的岩浆岩或沉积岩在高温、高压条件下改变了原来的岩石性质和面貌而形成的。如砂岩变成的石英岩,石灰岩变成的大理岩,花岗岩变成的片麻岩。变质岩多呈板状和片状。 u 地球上的土壤 土壤的物质组成:土壤是陆地表面具有一定肥力、能够生长植物的疏松表层。它是由固相(矿物质、有机物、活的微生物)、液相(土壤水分)和气相(土壤空气)三种物质组成的。 土壤的形成:土壤是由岩石转化而来的,其形成过程叫做成土过程。这一过程大致是:风化、微生物作用、植物作用、熟土。在成土过程中,成土母质是形成土壤的物质基础,生物在成土过程中起主导作用,气候和人类活动对土壤的形成和熟化也有重要影响。 (3)地球上的水 地球上的有丰富的水,全球约有3/4的面积被水覆盖着,因此,地球有“水的行星”之称。地球上的水主要是由海洋水和陆地水两大部分组成的。 u 海洋水 海洋水的储量约为133800万立方千米,占地球上水总储量的97.31%,是地球上最重要的水体。 海水的盐度:海水中溶解有许多盐类物质:氯化钠最多,占70%,氯化镁次之,占14%,因此,海水又咸又苦。海水的平均盐度为35,各个海域的盐度不一样,影响海水的盐度高低的主要因素是:降水量、蒸发量、有无淡水河注入和流经洋流的寒暖等。 海水的盐化:海水中盐类的来源。一是河水溶解了岩石和土壤中的盐类,注入大海;二是盐分通过裂缝从地下涌上来。 u 陆地水 陆地水按其空间分布的不同,可分为地表水和地下水。地表水按其形态的不同,又可分为液态水和固态水。液态水主要是河水和湖泊水,固态水即冰川。仅占地球总水量的2.7%,其中77.44%为目前尚难以利用的两极冰川水。 河水:河水是流动在河槽中的动态水。河水的补给方式有雨水、冰川、地下水等。河流分内流河和外流河。 湖泊水:湖泊水是陆地表面天然蓄水洼地的水体,通称湖水。湖泊分淡水湖、半咸湖和咸水湖。 冰川水:冰川冰在压力和重力作用下,沿山谷或坡面缓缓移动,就形成冰川,冰川融化后成为冰川水。冰川按其空间分布和特点分为大陆冰川和山岳冰川。 地下水:地下水是埋藏在地下土层和岩层空隙中的水体。它是由雨水下渗、砂隙水汽凝结和地下岩浆冷却形成的。 u 水的循环:地球上各种形态的水,在太阳辐射和重力作用下,通过周而复始的相变 和运动进行着大规模的交换。分海陆间循环、海上循环、内陆循环。 (4)地球上的大气 u 大气的组成和分层 大气的组成:干洁大气是多种气体的混合物,主要成分是氮气(容积约占78%)、氧气(约占21%),其次是氩(0.9%)和二氧化碳(0.03%),还有一些稀有气体和二氧化硫、一氧化碳、臭氧等(总和不超过0.1%)。此外大气中还悬浮着一些固体杂质和液体颗粒。 大气的的垂直分层:大气的厚度约有3000千米,约95%集中在下层,越向上空气越稀薄。分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层(外层)五个圈层。其中近地面的对流层与人类关系最为密切,地球上的风、云、雨雪等天气现象都发生在这一层里。 u 大气的热力-气温 大气热力的来源:太阳辐射是大气热力的最主要来源。一日之中气温最高的时间并不是正午,而是出现在午后2时左右,究其原因:大气的热力虽然来自太阳辐射,却不是太阳辐射直接晒热,而是先晒热地面,然后地面再把热量辐射到大气中,使大气增温的。 气温及其观测:气温就是空气的温度。一般生活中所说的气温,是指气象观测所用的百叶箱中离地面1.5米高处的温度。这个温度基本上反映了观测地点当地的气温。气温是表示空气冷热程度的物理量,是空气分子平均动能大小的一种量度。气温观测一般每天进行三次:8时、14时、20时。最高最低气温的观测只在20时进行。 u 大气的水平运动-风 气流从高压向低压的水平运动,形成风。风有风向和风速两个要素。 风向:风的来向。地面风用十六个方位表示,每个方位各22.5o角。例如东风指正东方向偏北11.25o与偏南11.25o之间的夹角内,都称为东风。 风速:指单位时间内空气在水平方向上移动的距离。风速的大小常用风级来表示。 风力等级划分标准(蒲福风级表) 风力等级 风的名称 风 速 陆 地 现 象 海面状态 (m/s) (Km/h) 0 无风 00.2 小于1 静,烟直上。 平静如镜 1 软风 0.31.5 15 烟能表示风向,但风向标不能转动。 微浪 2 软风 1.63.3 611 人面感觉有风,树叶有微响,风向标能转动。 小浪 3 微风 3.45.4 1219 树叶及微枝摆动不息,旗帜展开。 小浪 4 和风 5.57.9 2028 能吹起地面灰尘和纸张,树的小枝微动。 轻浪 5 劲风 8.010.7 2938 有叶的小树枝摇摆,内陆水面有小波。 中浪 6 强风 10.813.8 3949 大树枝摆动,电线呼呼有声,举伞困难。 大浪 7 疾风 13.917.1 5061 全树摇动,迎风步行感觉不便。 巨浪 8 大风 17.220.7 6274 微枝折毁,人向前行感觉阻力甚大 猛浪 9 烈风 20.824.4 7588 建筑物有损坏(烟囱顶部及屋顶瓦片移动) 狂涛 10 狂风 24.528.4 89102 陆上少见,见时可使树木拔起将建筑物损坏严重 狂涛 11 暴风 28.532.6 103117 陆上很少,有则必有重大损毁 非凡现象 12 飓风 32.736.9 118133 陆上绝少,其摧毁力极大 非凡现象 13-17 飓风 37.061.2 134220 陆上绝少,其摧毁力极大 非凡现象 ? 估测风级歌 u 大气的降水 降水:是从去中降落到地面的各种形态水的总称,包括雨、雪、雹等。降水的多少用降水量表示,它是指雨水(或融化后的固体降水)既不流走,也不渗透到地里,同时也不被蒸发掉而积聚起来的一层水的深度,通常以毫米为单位。降水量可以用雨量器来测量。 在气象上通常用某一段时间内降水量的多少来划分降水强度。最常用的对降雨的分类方法是按降水量的多少来划分降雨的等级。根据国家气象部门规定的降水量标准,降雨可分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨六种见表。 各类雨的降水量标准表 种类 24小时降水量(?) 12小时降水量(?) 小雨 小于10.0 小于5.0 中雨 10.0-24.9 5.0-14.9 大雨 25.0-49.9 15.0-29.9 暴雨 50.0-99.9 30.0-69.9 大暴雨 100.0-249.0 70.0-139.9 特大暴雨 250.0以上 140.0以上 在没有测量雨量的情况下,我们也可以从当时的降雨状况来判断降水强度:小雨:雨滴下降清晰可辨;地面全湿,但无积水或积水形成很慢。中雨:雨滴下降连续成线,雨滴四溅,可闻雨声;地面积水形成较快。大雨:雨滴下降模糊成片,四溅很高,雨声激烈;地面积水形成很快。暴雨:雨如倾盆,雨声猛烈,开窗说话时,声音受雨声干扰而听不清楚;积水形成特快, 下水道往往来不及排泄,常有外溢现象。 u 天气的变化和预报?云 云:是直径为2050微米的悬浮水滴或冰晶在空中的密集集合体。云的形成需要有充足的水汽、足够多的凝结核和使水汽凝结的冷却过程。 根据云的常见云底高度,云被分为高云、中云和低云三族。此外,世界气象组织1956年公布的国际云图分类体系又将云分为十属。其中低云有积云Cu、积雨云Cb、层积云Sc、层云St和雨层云Ns,中云有高积云Ac 和高层云As, 高云则有卷云Ci、卷层云Cs、卷积云Cc。 一般来说,高云都在6千米以上,中云云底在2-6千米,低云云底为0.1-2千米。需要指出的是,有些云属经常会伸展至其它层,如属于中云族的高层云可能伸展至高云族所在的层次,积云和积雨云能伸展至中云族和高云族所在的层次。 此外,在云物理学上还有其它分类方法,如根据云的微结构分类水云、冰云和冰水混合云;根据云体温度分类暖云和冷云; 根据云的动力学特征分类层状云、对流云和波状云等。 各云属除了高度有别之外,云形也各有不同,基本上可分为积状云、层状云及卷状云(波状云)三大类。积状云就是一朵一朵高低起伏的云,代表对流较为旺盛;层状云就是成层且较平坦的云,通常是较弱的对流所造成;而卷状云则是一丝丝轻薄的云,这正是由冰晶组成的特征。 高云族由冰晶组成。卷云常呈纤细稀薄的条状或纤维状横过天空。卷积云由密集的镶嵌式球状云块组成,并且聚成团或排成行,通常被形象地形容为“鱼鳞天”。 高层云是一种毡状云层,常平滑地布满整个天空,外表略呈灰色。高积云是单个云块组成的云层。云块呈白色或在背光侧略呈灰色,紧密地结合在一起,在单块或单列之间能看到蓝天。通常高层云预示着坏天气,高积去则一般象征晴朗的天气。 层云是一种致密、低位的暗灰色云层。雨层云下部往往正在降雨或降雪。层积云是一种低位云层,由特殊的、略呈灰色的云块组成。层积云常伴随晴好天气。 淡积云是一种白色的、棉花堆状的云块,孤立分散,底部平坦而顶部凸起,表示好天气。浓积云高大臃肿,顶部变成花椰菜状。从远处看去,积雨云顶是白色的,但在它下面却是天空昏暗、风雨交加、电闪雷鸣。 云量:云量多少,全凭目测云块占据天空的面积来估计。因为是目测,当然并不十分准确,但也没有更好的办法,全世界的气象站至今还是用这种目测方法估计云量。天气预报广播中的晴、少云、多云和阴,就是根据云量的多少划分的。通常将整个天空划分为10等份,碧空无云或被云遮蔽不到0.5份时,云量为“0”;云遮盖天空一半时,云量为“5”。云量多时,应估计露出的青天,再推算出云量。云量少时,则直接估计云所遮蔽天空的份数,如云块占全部天空的1/10时,云量为“1”;云块占天空2/10时,云量为“2”,余类推。天空无云,或者虽有零星云层,但云量不到2成时称为晴;低云量在8成以上称为阴;中、低云的云量为1-3,高云的云量为4-5时,称为少云;中、低云的云量为4-7,高云的云量为6-10时,称为多云。一般说来,当天空被云掩蔽,颜色发白,地上东西显得明亮时,这种云较高。相反,云色呈灰或灰黑色,显得阴沉,这种云则较低。移动慢的云较高,移动快的云较低。 2、地壳变动与地球运动 (1)地球的内力作用与地壳变动 火山:通常,岩浆沿着一些通道上升到地表形成的喷出物,围绕各种不同形状的喷出口形成的山丘,就是人们常说的火山。喷出口就是火山口。由于火山通道和喷发形式的不同,形成的火山也形态各异。地质学家把火山喷发归结为三种形式:熔透式、裂隙式和中心式。按照火山活动的历史,又可以分出活火山、死火山以及休眠火山三种。现在仍在喷发或者在历史上有喷发记载的火山,是活火山;在两次喷发之间处于静止状态,但是仍有可能爆发的火山,是休眠火山,它也属于活火山范畴;喷发很早,并且预见将来不可能再喷发的火山,视为死火山。 地震:是大地发生的快速震动,是构造运动的一种特殊形式。构造地震是地壳深处积聚的能量突然释放的结果,即:一旦积聚的弹性应力超过了岩石的强度极限,岩石突然破裂,产生一个冲击力。这种地下冲击以弹性波的形式向四周传播,称地震波,可分为三种。振动方向与地震波前进方向一致的称纵波;振动方向与地震波前进方向垂直的称横波。地震台可根据收到这两种波的时差及它们穿过地壳各岩层的折射和反射情况计算震中的距离和震源深度。还有一种地震波叫地面波,振动方向与重力方向一致,由震中向外传播,速度最慢,但对地表的破坏和人类的生存危害最大。 地球上的地震有强有弱。用来衡量地震强度大小的尺子有两把,一把叫地震震级;另一把叫地震烈度。举个例子来说,地震震级好象不同瓦数的日光灯,瓦数越高能量越大,震级越高。烈度好象屋子里受光亮的程度,对同一盏日光灯来说,距离日光灯的远近不同,各处受光的照射也不同,所以各地的烈度也不一样。 地震震级是衡量地震大小的一种度量。每一次地震只有一个震级。它是根据地震时释放能量的多少来划分的,震级可以通过地震仪器的记录计算出来,震级越高,释放的能量也越多。我国使用的的震级标准是国际通用震级标准,叫“里氏震级”。 各国和各地区的地震分级标准不尽相同。 一般将小于1级的地震称为超微震:大于、等于1级,小于3级的称为弱震或微震;大于、等于3级,小于4.5级的称为有感地震;大于、等于4.5级,小于6级的称为中强震;大于、等于6级,小于7级的称为强震;大于、等于7级的称为大地震,其中8级以及8级以上的称为巨大地震。迄今为止,世界上记录到最大的地震为8.9级,是1960年发生在南美洲的智利地震。 地震烈度:地震烈度是指地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。对同一个地震,不同的地区,烈度大小是不一样的。距离震源近,破坏就大,烈度就高;距离震源远,破坏就小,烈度就低。 小于三度:人无感受,只有仪器能记录到; 三度:夜深人静时人有感受; 四-五度:睡觉的人惊醒,吊灯摆动; 六度:器皿倾倒、房屋轻微损坏; 六-七度:房屋破坏,地面裂缝; 九-十度:房倒屋塌,地面破坏严重; 十-十二度:毁灭性的破坏。 震 级 与 烈 度 对 应 关 系 (参 考) 震 级 2 3 4 5 6 7 8 8 震 中烈 度 12 3 45 67 78 910 11 12 u 褶皱:是在地壳运动作用下,岩层受水平挤压发生的弯曲变形。若岩层只发生一个弯曲,称为褶曲;两个或两个以上褶曲的组合,称为褶皱。 u 断裂:是指岩层被断错或发生裂开。据其发育的程度和两侧的岩层相对位错的情况把断裂分为三类。一类叫劈理,是微细的断裂变动,还没有明显破坏岩石的连续性。最常见的劈理是在褶曲的核部发育的轴面劈理,常呈扇形(以褶皱轴面为对称轴)。第二类称节理,是岩层发生了裂开但两盘岩石没有发生明显的相对位移的断裂变动。按其形成的力学性质,节理可分为张节理和剪切节理。如果断裂两盘的岩石已发生了明显的相对位移,则称断层,是最重要的一类断裂。 (2)地球的外力作用与地貌变化 u 风化作用与地貌: 风化作用是岩石在地表新的物理、化学条件下所产生的一切物理状态与化学成分变化的总称,它是一种在大气及生物的影响下使岩石在原地发生的破坏作用。风化作用是在各种营力的作用下进行的。主要的风化营力有:太阳热能、大气降水、地下水、水蒸气、冰,以及二氧化碳、氧和动植物有机体等。按作用性质把风化作用分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用三种类型。 物理风化作用以温度变化为主要影响因素,是一种不改变或很少改变岩石化学成分的破坏作用。这种破坏只是使岩石由大块变成小块,由小块变成砂和细粉,最终成为岩土。化学风化作用是以水为主要影响因素,是一种通过化学反应来改变岩石化学成分的破坏作用。生物风化作用是在生物参与下的机械、化学破坏作用。 u 流水作用与地貌 世界上绝大多数的人生活在湿润的平原地区,形成这种地形的主要外动力是流水。地表流水的作用有三种方式:侵蚀、搬运、堆积。 u 风力作用与地貌 风力是塑造干燥地区地表形态的主要营力,形成风成地貌。 (3)地球运动的基本形式 地球在不停地运动着,它一方面绕轴自转,另一方面绕日公转,这是地球运动的两种基本形式。 u 地球的自转 地球怎样自转:地球围绕自己的轴?地轴?的旋转运动,叫地球自转。地轴是连结地球南北两极并通过地心的假想轴。 地轴不是直立着的,而是有23度26分的倾斜,即地球是“斜着身子”自转的。 地球自转的方向是自西向东。 地球自转的角速度,大约每小时15度。地球自转的线速度赤道最快,两极静止。 地球自转的速度是不均匀的。同时,由于日、月、行星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种作用,使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的略扁的旋转椭球体,极半径比赤道半径约短21千米。 地球自转一周所需的时间叫做地球自转周期。它是一个恒星日,而不是一个太阳日。 恒星日:以某一颗遥远的恒星作参照,地球上的任意一点连续两次经过该参照天体(或天体中心)的时间间隔。地球自转了360度,时间23小时56分4秒。 太阳日:以太阳为参照。地球自转了360度59分,时间约为24小时。 太阴日:以月球为参照。地球自转了373度38分,时间约为24小时50分。 尽管只有恒星日才是地球自转的真正周期,但由于自古以来人们都是根据日出日落来安排作息的,所以太阳日依然被用作最基本的计时单位。 地球自转的证明:摆动变向-摆具有这样一个一个特性,就是摆动期间力图保持其原来的方向。摆的变向不是摆振的真正变向,而是地球自转的结果。水平运动物体方向的偏转-根据惯性原理,任何运动物体都力图保持原来的运动速度和方向(北半球向右偏转)。气流、洋流、河流的偏转运动证明了这一点。地球椭球体的形成-地球赤道半径比极半径约长21千米。地球自转必然驱使地球上高纬度物质向低纬度一带移动。 u 地球的公转 地球怎样公转:是地球按照一定轨道围绕太阳的旋转运动。从地球北极上空看,地球的公转方向是自西向东,呈逆时针方向。地球公转轨道的形状是一个接近正圆的椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。每年大约1月3日,地球距离太阳最近,为近日点;大约7月4日,地球距离太阳最远,为远日点。地球的公转周期为一年(恒星年,经过365.2564日360度)。地球在近日点附近时公转速度快,在远日点附近时,公转速度慢。 (4)地球运动引起的自然现象 u 地球自转引起的自然现象 昼夜交替、时间的演变、水平运动的偏向。 地方时和区时: 同一瞬间,经度不同的地方时刻是不同的,这种因经度不同而不同的时刻,称为地方时。东边的地方时总是比西边的地方时来得早。 国际上的分区计时制度把全球划分为24个15度经度宽的地区,叫做时区。每个时区中间的经线叫中央经线。世界时区的划分是以经过英国伦敦格林尼治天文台的本初子午线(零度经线)为标准线,从西经7.5度至东经7.5度划为“零时区”。在这个时区内,以零度经线的“地方时间”为“标准时间”,这就是“格林尼治时间”。然后,从“零时区”的边界线分别向东、向西各划出12个时区,其中“东12区”和“西12区”相重合,即全球共划分成24个时区。每个相邻时区的标准时间相差为一小时,即位于东面的时区比其西邻的时区早一小时。 世界上许多国家实际使用的时间,并不完全采用自己所在时区的区时,而是根据需要来确定的。 中国幅员辽阔,地跨5个时区,为了使用方便,中国把北京所在的东八区的区时任凭 为全国统一使用的时间,称为“北京时间”。“北京时间”并不是北京的时间,而是东经120度处的地方时。这种以中央经线的地方时为全时区统一使用的标准时间叫区时。日常生活中的时间一般都是区时。 日界线: 为了消除环球旅行中发生日期混乱,国际上规定,把180度经线作为国际日期变更线,简称日界线。为了使180度经线通过的国家和地区处于同一日期,日界线避免通过陆地,因此它是曲折的。 日界线的西侧是地球上新的一天的起点。当从西十二区越过日界线进入东十二区时,日期要增加一天;反之,日期要减去一天。东十二区和西十二区的时刻相同。 u 地球公转引起的自然现象 正午太阳高度变化:四季、节气、五带。 1.太阳高度:是太阳高度角的简称,表示太阳光线对当地地平面的倾角,即看太阳的仰角。任何一瞬间,地球各地的昼夜状态,可以用太阳高度来表示。在昼半球,太阳高度0;在夜半球,太阳高度0;在直射点上,太阳高度=90;在晨昏线上,太阳高度0。太阳高度角的日变化就表现为昼夜更替。 2.正午太阳高度(H):即一天中的最大太阳高度,出现的时刻为12时。其变化规律是:在直射点上正午太阳高度为90,正午太阳高度的变化规律为由直射点向南北两方递减。正午太阳高度的变化具有年变化,它表示的是地球公转过程中,各地正午太阳高度的季节变化。 昼夜长短变化:因具体地点和季节而异。 地球赤道与黄道(绕日轨道)有36.5度角,每年夏至、冬至太阳直射北、南回归线,春分,秋分直射赤道,在太阳直射时,太阳升得早落得晚,白天也就长一些。我们这里位于北回归线以北,所以,夏至昼长夜短,冬至昼短夜长。 不同纬度情况就不一样。夏至:北半球昼长夜短(北极圈内为极昼),南半球反之;冬至:北半球昼短夜长(北极圈内为极夜),南半球反之;春分、秋分:全球昼夜等长;赤道全年昼夜等长;太阳直射点在南、北回归线间移动。 四季:一般而言,中纬度地区四季分明,越接近极地或赤道四季越不分明。此外,南北两个半球的季节正好相反。我国是以“四立”作为四季界限的。 五带:根据太阳高度和昼夜长短随纬度的变化,将地球表面有共同特点的地区,按纬度划分为五个热量带,即热带、南温带、北温带、南寒带、北寒带。 节气:二十四节气歌 春雨惊春清谷天,夏满芒夏暑相连。 秋处露秋寒霜降,冬雪雪冬小大寒。 每月两节不变更,最多相差一两天。 上半年来六廿一,下半年是八廿三。 3、天空中的星体 (1)太阳和月亮 u 太阳的面貌 太阳是太阳系的中心天体,是太阳系里唯一的一颗恒星,也是离地球最近的一颗恒星,与地球的平均距离约1.5亿千米(一个天文单位)。太阳是一颗中等质量的充满活力的壮年星,它处于银河系内,位于距银心约10千秒差距的悬臂内,银道面以北约8秒差距处。太阳的直径为139.2万千米,是地球的109倍。太阳的体积为141亿亿立方千米,是地球的130万倍。太阳的质量近2000亿亿亿吨,是地球的33万倍,它集中了太阳系99.865%的质量。太阳是个炽热的气体星球,表面温度约6000,中心温度高达1500万,没有固体的星体或核心。太阳从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。太阳能量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的密度和温度极高,它发生着由氢聚变为氦的热核反应,而该反应足以维持100亿年,因此太阳目前正处于中年期。太阳大气的主要成分是氢(质量约占71%)与氦(质量约占27%)。 太阳和地球一样,也有大气层。太阳大气层从内到外可分为光球、色球和日冕三层。光球层厚约5000千米,我们所见到太阳的可见光,几乎全是由光球发出的。光球表面有颗粒状结构-“米粒组织”。光球上亮的区域叫光斑,暗的黑斑叫太阳黑子,太阳黑子的活动具有平均11.2年的周期。从光球表面到2000千米高度为色球层,它得在日全食时或用色球望远镜才能观测到,在色球层有谱斑、暗条和日珥,还时常发生剧烈的耀斑活动。色球层之外为日冕层,它温度极高,延伸到数倍太阳半径处,用空间望远镜可观察到X射线耀斑。日冕上有冕洞,而冕洞是太阳风的风源。日冕也得在日全食时或用日冕仪才可观测到。当太阳上有强烈爆发时,太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时,在地球两极则可看见瑰丽无比的极光。 u 太阳能的利用 太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等。具体方式有:使用太阳电池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能;使用太阳能热水器,利用太阳光的热量加热水;利用太阳光的热量加热水,并利用热水发电;利用太阳能进行海水淡化。 现在,太阳能的利用还不很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。 u 月球的概况 月球是地球唯一的天然卫星。所谓卫星就是围绕行星运动的小天体。月球是离我们最近的天体,它与地球的平均距离为384401千米。它的平均直径为3476千米,比地球直径的1/4稍大些。月球的表面积有3800万平方千米,还不及我们亚洲的面积。月球的质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,也就是说,如果在天平的一头放上地球,另一头则要放上81个月球。月面的重力,差不多相当于地球重力的1/6,地球上一个60千克重的人,到了月球上就只有10千克重了。月球形状也是南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球。它的平均极半径比赤道半径短500米。南北极区也不对称,北极区隆起,南极区凹陷约400米。 月面上山岭起伏,还有洋、海、湾、湖等各种特种名称。其实月面上并没有水。环形山是碗状凹坑结构。直径大于1千米的环形山有33000多个。许多环形山的中央有中央峰或峰群。肉眼所看到的月面上的暗淡黑斑叫月海,是广阔的平原。月海有22个。最大的是风暴洋,面积500万平方千米。 月面的地形主要有:环形山、月海、月陆和山脉、月面辐射纹、月谷月隙。 u 月球的运动 月球以每秒1.02千米的速度,在稍扁的轨道上绕地球公转,离地球最近时,距离363300千米,最远时达405500千米。公转一周的时间是27日7时43分11.5秒,为一个恒星月。像地球一样,月球也在自转,由于月球自转与公转同步,即月球自转一周的时间恰好等于公转一周的时间,所以月球总以同一面对着地球。我们把月球向着地球的一面称为月球的正面,而把背着地球的一面称为月球的背面。 u 月相的变化 月球本身不发光也不透明,但能反射太阳光。由于日、地、月三者的相对位置不断变化,因此,地球上的观测者所见到的月球被照这部分也在不断变化,从而产生不同的视形状。即月球圆缺盈亏的各种形状叫月相。月相的变化是有规律的。月相变化的周期性,给人们提供了一种计量时间的尺度。阴历或农历月就是以月相为基础,星期也是由此演化而来。 每逢农历初一时,月球运行到地球和太阳之间,被照亮的半球背着地球,我们看不到月亮,叫做新月,也叫朔。过了新月,被照亮的部分逐渐转向地球,农历初三、四,我们可以看到一钩弯月,称为娥眉月;初七、八,看到半个月亮(凸边向西),叫做上弦月;到了农历十五或十六,亮的一面全部向着地球,于是我们看到了圆圆的月亮,称为满月,也叫望。从此以后,月亮明亮的部分逐日亏缺,到了农历二十二、二十三又看到半个月亮(凸边向东),叫做下弦月;再过一星期,又回到朔。月相就这样周而复始地不停变化着。从“朔”到“朔”或从“望”到“望”,所经历的周期平均是29日12时44分2.9秒,称为一个朔望月。 可按以下口诀记忆月相规律:“上上西西,下下东东”,即上半月时出现上弦月,月亮西半面亮;下半月时出现下弦月,月亮东半面亮。“撇撇捺捺”,月亮的明亮部分上半月呈反写的字母“C”(或看作“撇”),下半月呈字母“C”(或看作“捺”)。(这里所说的看到的月相呈反“C”、“C”,是指在当日月亮以北地区看到的月相,此时在南面向北看到的月亮,分别应是“C”、反“C”。) ? 观测者是在北半球中低纬度地区。上半月和下半月图中都画了几个月亮,这也会让一些人迷惑不解。其实这里要清楚的是图中各种月相的月亮并不是同一天的月亮,而是不同日期的月亮,它们在太阳升起或落山这两个时刻都有各自相对应的天空中的位置。不同的月相当然也就不可能在同一天出现了。 农历每月的日期就是按照月相来安排的,所以月面明亮的部分的大小与位置,在夜晚出现的时间与方位,和农历日期有对应关系: 月相 月相特点 同太阳出没 时间比较 月出 月落 夜晚见月 情形 农历日期 新月 月面没有明亮部分 同升同落 清晨 黄昏 彻夜不见 初一 上弦月 月面西边半圆明亮 后升后落 正午 半夜 上半夜仅见于 西半边天空 初七、初八 满月 月面全部明亮 此升彼落 黄昏 清晨 通宵可见 十五、十六 下弦月 月面东边半圆明亮 早升先落 半夜 正午 下半夜仅见于 东半边天空 二十二、二十三 月亮升起的时间随阴历日期的增大而推后:初一新月随太阳一起清晨从东方升起,初七、初八上弦月比太阳晚6小时中午升起,十五、十六的满月比太阳晚半天12小时黄昏升起,二十二、二十三的下弦月比太阳晚18小时半夜升起,月末时月亮晚了太阳几乎一圈(24小时)。到初一时跟阴历日期一样,月亮的升起时间也开始了新一轮的循环。 月相判断看似复杂,但也有规律可循,还可以补充和归纳以下几点: 月相盈亏的多少决定于它距初一或十五的远近,或是它与太阳黄经差的大小。月相盈亏的多少也决定了月亮在夜空中停留时间的长短,成正相关。 弯月和凸月的外圆弧长都始终等于180度。从几何意义上看,这还可以帮助我们画出正确的月相。“外圈”为半圆弧,则“内圈”是长轴等于月球直径的半个椭圆弧。 到底是初一后到十五前,或十五后到初一前的月亮,则要看当时月相在相应地方和相应方位地平面的夹角和倾向。 从全年平均状态来看,北半球新月、残月都向北倾斜,纬度越高,倾角越大,南半球反之。新月出现在日落后的西方地平线,残月出现在日出前的东方地平线。 月相判断,如只想粗略了解,难度并不大,但要深入研究,则难度并不小。通过深入研究,能丰富我们的天文知识,增强空间想象能力,其教育内涵是极其丰富的。 附:月相与唐诗宋词 “人有悲欢离合,月有阴晴圆缺,此事古难全。但愿人长久,千里工婵娟。”北宋大文豪苏东坡把月亮的圆缺变化和人间复杂感情自然地交织在一起,创造出高雅深邃的意境,产生了感人至深的艺术魅力,成为千古传诵的名句。在“月相的变化”一节课堂教学中,如果能把古诗词和月相知识有机的结合起来,引导学生分析推测诗词中月相出现的时间和方位,不仅能达到巩固月相变化的有关知识,培养学生思维能力的目的,而且还能激发学生强烈的求知欲,感受古诗人情怀,加深对诗词的理解,培养学生诗词鉴赏能力,从而有利于学生综合素质提高。下面从浩如烟海的唐诗宋词中选撷四首,予以分析。 唐诗:代赠李双隐 楼上黄昏欲望休,玉梯横绝月如钩。 芭蕉不展丁香结,同向春风各自愁。 诗中描写了一位青年女子黄昏时分信步走到楼头,远眺意中人是否如期来会。但见弯月如钩,杳无人影。记起楼梯已经折断,喻指爱情受阻,情人不能来此相会,连楼前的芭蕉树和丁香花都结而不展,不禁黯然神伤,哀愁绵绵。诗中的“春风”指明时间,“如钩”指明月相。试问,诗中描写的月相是什么?出现在农历初几?从“月如钩”可知为娥眉月,根据“黄昏”出现,可推知为初三、四的娥眉新月。而二十六、七的娥眉月是残月,出现在黎明之前,显然不符合诗中“黄昏”时刻。 唐诗:枫桥夜泊张继 月落乌啼霜满天,江风渔火对愁眠。 故苏城外寒山寺,夜半钟声到客船。 诗人夜泊枫桥,面对江枫边点点渔火难以入