师:上节课我们学习了地球运动的两种形式——地球的自转和公转。地球是倾斜着身子绕太阳公转的,这是因为地轴北端始终指向北极星附近,地轴与地球公转轨道平面并非垂直,而是呈斜交状态。那这一现象对我们人类生活有哪些影响呢?这节课我们就来学习黄赤交角及其影响。
首先,了解一些基本概念。地球公转所在的轨道平面叫黄道平面,过地心并与地轴垂直的平面叫赤道平面。由于地轴与黄道平面有交角,所以赤道平面和黄道平面之间也存在一个交角,我们把这个交角叫做黄赤交角。目前黄赤交角是23度26分,这也是回归线的度数。
因为地轴与赤道平面夹角为90度,知道黄赤交角的度数,就能算出地轴与黄道平面的夹角为66度34分,这就是极圈的度数。有关黄赤交角的知识,可概括为“一轴两面三角度”。“一轴”即地轴,“两面”指赤道平面与黄道平面,“三角度”分别是黄赤交角为23度26分;地轴与黄道平面夹角为66度34分;地轴与赤道平面夹角为90度。我们发现黄赤交角等于回归线的度数,黄赤交角与极圈度数互余。
上节课还学习了地球绕日公转的近日点和远日点,每年1月初,地球经过近日点;每年7月初,地球经过远日点。北半球下半年距离太阳较远,冬半年距离太阳较近,可为什么夏季反而比冬季热呢?实际上,太阳热量并非通过热传导传递给地球,而是通过太阳辐射传递。
太阳辐射强弱与太阳光线入射角度关系很大。观察a、b两幅图片,哪幅图表示太阳直射光线?很明显,b图中太阳光线与地面垂直,所以b图表示太阳直射光线。那两幅图单位面积上的太阳辐射量相同吗?哪幅图太阳辐射量更多?首先,两幅图太阳辐射量不同,b图单位面积的太阳辐射比a图多。这就像用手电筒照明,垂直照射墙面时,光线更集中、更亮;倾斜照射墙面时,光线较分散,中心稍暗。当太阳光线垂直照射地表时,单位面积接受的太阳辐射更多;倾斜照射地面时,单位面积接受的太阳辐射较少。并且太阳光线与地面夹角越小,单位面积接受的太阳辐射就越少。这和夏季比冬季热有什么关系呢?要搞清楚这个问题,需了解什么是太阳直射点,以及太阳直射点的移动规律。
太阳直射点是地球表面太阳光射入角度为90度的地点,是地心与日心连线和地球球面的交点。请同学们看图思考:第一个问题,此时太阳直射的纬度是多少?a和c两束光线与地面夹角显然不是90度,而b束光线与地面夹角为90度,所以此时太阳直射赤道。你能说出太阳直射点的坐标吗?由于太阳光线从图中右侧照射过来,可将180度经线看作正对着太阳,所以此时太阳直射点坐标为(0度,180度)。
由于黄赤交角存在,地球在公转轨道上位置不同,太阳直射点在地球表面不断移动。北半球夏至日,太阳直射点到达最北,此时太阳直射北纬23度26分。之后,太阳直射点逐渐南移,到秋分日太阳直射赤道。之后太阳直射点继续南移,到冬至日太阳直射点到达最南,此时太阳直射南纬23度26分。之后太阳直射点逐渐北返,春分日太阳再次直射赤道。之后太阳直射点继续北移,夏至日太阳再次直射北纬23度26分,完成太阳直射点移动的一个周期。太阳直射点在南北纬23度26分之间的往返运动,称为太阳直射点的回归运动。北纬23度26分称为北回归线,南纬23度26分称为南回归线,这就是南北回归线名称的由来,也是黄赤交角等于回归线度数的原因。
每年夏至日和冬至日时间可能有变化。北半球夏至日在每年6月22日前后,北半球冬至日在每年12月22日前后。观察对比北半球夏至日和冬至日的太阳光照图,可发现北半球夏至日太阳直射点位于北半球,冬至日太阳直射点位于南半球。且北半球同纬度的太阳光线与地面夹角在夏至日大于冬至日,意味着北半球同纬度单位面积的太阳辐射夏至日大于冬至日,这个规律对北半球下半年和冬半年同样适用,这就是夏季比冬季热的原因。每年春分日和秋分日时间也可能不同,北半球春分日在每年3月21日前后,北半球秋分日在每年9月23日前后。
通过以上学习,我们知道黄赤交角带来两个影响。第一个影响是黄赤交角决定了太阳直射点的移动范围,目前太阳直射点最北只能到达北纬23度26分,最南只能到达南纬23度26分。第二个影响是由于黄赤交角存在,且地轴北端始终指向北极星附近,随着地球绕日公转,太阳直射点在南北回归线之间做往返运动。
太阳直射点回归运动的周期就是一个回归年,这与我们生活有什么关系呢?黄赤交角大小决定地球表面太阳直射范围,以及某地点正午太阳高度和昼夜长短及其年内变化,深刻影响着五带范围和四季变化,可以说与我们生活息息相关。
根据刚才学习,请同学们自主绘制太阳直射点回归运动示意图,按如下步骤:首先在图上绘制三条平行且等距的直线,分别表示赤道、北回归线和南回归线,其中北回归线和南回归线用虚线画。然后在三条直线适当位置标注四个点,分别代表北半球二分二至日太阳直射点。标注太阳直射点时,注意点与点间距应相等,同时标注上二分二至日和对应的日期。最后,结合课文关于太阳直射点回归运动的描述,画一条曲线表示太阳直射点移动轨迹。
同学们画完后,看看老师怎么画。首先画出南北回归线和赤道,并标注相应纬度,然后依次标注春分、夏至、秋分、冬至以及次年春分的太阳直射点。这里为展示太阳直射点回归运动完整周期,多画了一个次年春分。最后用一条平滑曲线将5个点连接起来,表示太阳直射点移动轨迹,还可画上箭头表示移动方向。
理解太阳直射点回归运动对后面学习至关重要,要求同学们都能独立、准确、快速绘制出太阳直射点回归运动示意图。下面请根据绘制出的示意图,填出表格空白。春分时间是每年3月21日前后,太阳直射赤道,太阳直射点向北移动。夏至时间是每年6月22日前后,太阳直射北回归线,此时太阳直射点到达最北界,开始南移。秋分时间是每年9月23日前后,太阳直射赤道,太阳直射点向南移动。冬至时间是每年12月22日前后,太阳直射南回归线,此时太阳直射点到达最南界,开始北移。
