Министерство образования Ульяновской области

Аксенова М.Ю., кандидат географических наук, доцент кафедры
географии УлГПУ им. И.Н. Ульянова, доцент кафедры естествознания
УИПКПРО.
Содержательный блок № 2. Природа Земли и человек
Тема 2.1. Земля как планета солнечной системы; современный облик
планеты Земля. Форма, размеры, движение Земли.
I. Содержание и методика изучения темы 2.1.
План
1. Осевое вращение Земли
2. Движение Земли вокруг Солнца
3. Формулы для решения задач
4. Цифровые образовательные ресурсы.
Земля, как и другие планеты Солнечной системы одновременно участвует в
нескольких видах движений. Главными, из которых являются
- суточное
вращение вокруг своей оси и годовое движение по орбите вокруг Солнца.
1. Осевое вращение Земли
Движение вокруг своей оси. Земля вращается с запада на восток, против
часовой стрелки, при этом угловая скорость вращения, т.е. угол на который
поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинакова и составляет 15
градусов. Линейная скорость зависит от широты местности: на экваторе она
максимальна и составляет 464 м/с, на полюсах скорость падает до нуля. Полный
оборот вокруг своей оси наша планета производит за 23 часа 56 мин 4 сек.
(сутки). За земную ось принимают воображаемую прямую линию, проходящую
через полюса, вокруг которой вращается Земля. Перпендикулярно оси
расположен экватор – это большой круг, образованный пересечением Земли,
перпендикулярный оси вращения на расстоянии, равном от обоих полюсов. Если
мысленно пересечь рядом параллельных экватору плоскостей, на земной
поверхности появятся линии называемые параллелями. Они имеют направление
запад-восток.
Длина
параллелей
от
экватора
к
полюсам
уменьшается,
соответственно уменьшается и скорость вращения точек. Если пересечь Землю
плоскостями, проходящими через ось вращения то на поверхности возникают
линии, которые называются меридианами. Они имеют направление север-юг,
линейная скорость вращения точек на меридианах различна и от экватора к
полюсам уменьшается.
Следствия движения Земли вокруг своей оси:
1. При вращении Земли возникает центробежная сила, которая играет
важную роль в формировании фигуры планеты и тем самым уменьшает силу
притяжения.
2. Происходит смена дня и ночи.
3. Появляется отклонение тел от направления их движения, этот процесс был
назван сила Кориолиса (в честь французского ученого, открывшего это явление в
1835 году). Все тела по инерции стремятся сохранить направление своего
движения.
Если
движение
происходит
относительно
перемещающейся
поверхности происходит отклонение этого тела слегка в сторону. Все тела,
движущиеся в северном полушарии отклоняются вправо, в южном полушарии –
влево. Данная сила проявляется во многих процессах: она изменяет движение
воздушных масс, морских течений. По этой причине происходит подмыв правых
берегов в северном полушарии и левых берегов в южном полушарии.
4. С осевым движением связаны явления суточной ритмичности и биоритмы.
Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями. Биоритмы –
это важный процесс в развитии и существовании жизни. Без них невозможны
фотосинтез, жизнедеятельность дневных и ночных животных и растений и,
конечно же, жизнь самого человека (люди совы, люди жаворонки).
Значение астрономического положения Земли для ее природы:
1. вследствие осевого и орбитального вращения Земли все природные
процессы имеют свои ритмы. 2. температурный режим Земли благоприятный. 3.
спутник Земли – Луна вызывает приливы и отливы. С вращением Земли связана
2
единственная единица измерения времени – сутки, а также смена дня и ночи. С
этим процессом связано понятие о времени. Время бывает местным, поясным,
декретным, летним и зимним. Местным временем принято называть время на
одном меридиане. Различия между меридианами стоящими рядом составляет 4
минуты, следовательно, через один градус время меняется на 4 минуты. Наличие
в различных пунктах, лежащих на разных меридианах, своего времени приводило
к различным неудобствам, поэтому на Международном астрономическом
конгрессе в 1884 году был принят поясной счет времени. Для этого всю
поверхность Земли разделили на 24 часовых пояса по 15 градусов каждый. За
поясное время принято брать среднее время меридиана каждого пояса. Отсчет
производится от Нулевого или Гринвичского меридиана, проходящего через
обсерваторию города Гринвич, расположенного недалеко от Лондона. Время
начального меридиана принято в качестве всемирного времени. Счет времени
ведется с запада на восток. Границы часовых поясов на суше для удобства
проведены не строго по меридианам, а по естественным рубежам (горам, рекам,
административным границам). Меридиан 180 градус принят за международную
линию перемены дат. Эта условная линия на поверхности земного шара, по обе
стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на
одни сутки. Например, Новый год к западу от этой линии начинается 1 января, а к
востоку 31 декабря. При пересечении границы дат с запада на восток в счете
календарных дней возвращаются на одни сутки назад, а с востока на запад – одни
сутки в счете пропускаются.
2. Движение Земли вокруг Солнца
Земля делает полный оборот по эллиптической орбите вокруг Солнца за
365,24 солнечных суток. В ходе этого движения Солнце проходит видимый путь
по небосводу среди звезд через зодиакальные созвездия, совершая полный круг за
год. Плоскость орбиты называется плоскостью эклиптики.
Земная ось наклонена к ней под углом 66,5° и перемещается в пространстве
параллельно самой себе в течение года. Поэтому освещается то северная, то
3
южная полярные области Земли, что приводит к смене времен года и неравенству
дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора. Со сменой времен
года связана сезонная ритмика природы. Мы можем наблюдать её в колебаниях
температуры, влажности воздуха и других метеорологических элементов, в
режиме выпадения осадков и колебаниях уровней водоемов. Все эти изменения
приводят к переменам в жизни растений, животных и человека.
Началом астрономической весны и осени считаются дни весеннего и
осеннего равноденствий (когда солнечные лучи под углом 90° падают на экватор
и касаются полюсов – 21 марта и 23 сентября). А началом лета и зимы – дни
соответствующих солнцестояний (когда высота Солнца над горизонтом в полдень
наибольшая – 22 июня и 22 декабря).
В день летнего солнцестояния (положение 1, рис. 17) – 22 июня земная ось
северным концом обращена к Солнцу – солнечные лучи в полдень отвесно
падают на 23,5° параллель северной широты – так называемый северный тропик
(тропик Рака). Все параллели севернее экватора до 66,5° с. ш. большую часть
суток освещены, на этих широтах день длиннее ночи. Параллель 66,5° с. ш.
является границей, с которой начинается полярный день - это северный полярный
круг. В этот же день на всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день
короче ночи. Южнее 66,5° ю. ш. – территория не освещена совсем – там полярная
ночь. Параллель 66,5° ю. ш. – южный полярный круг.
В день зимнего солнцестояния (положение 3, рис. 17) – 22 декабря земная
ось южным концом обращена к Солнцу, и солнечные лучи в полдень отвесно
падают на 23,5° параллель южной широты – так называемый южный тропик
(тропик Козерога). На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день
длиннее ночи. Начиная с южного полярного круга, Солнце не заходит за горизонт
– устанавливается полярный день. За северным полярным кругом все погружено
во мрак – господствует полярная ночь.
23 сентября (положение 2, рис. 17) и 21 марта (положение 4, рис. 17) – дни
осеннего и весеннего равноденствия. Солнце одинаково освещает оба
полушария Земли. День равен ночи и в Северном, и в Южном полушариях.
4
Рис. 17. Движение Земли вокруг солнца
Наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты и её движение вокруг
Солнца приводят к формированию на Земле пяти поясов освещения, которые
являются основой зональной дифференциации географической оболочки. Они
отличаются
высотой
полуденного
стояния
Солнца
над
горизонтом,
продолжительностью дня и соответственно тепловыми условиями и ограниченны
тропиками и полярными кругами.
Около 40 % поверхности Земли занимает лежащий между тропиками жаркий
пояс. День и ночь здесь мало отличаются по продолжительности, а солнце бывает
в зените дважды в году.
52 % территории Земного шара приходится на расположенные между
тропиками и полярными кругами умеренные пояса , где солнце никогда не бывает
в зените. Продолжительность дня и ночи зависит от широты и времени года.
Около полярных кругов (с 60° до 66,5°) летом Солнце ненадолго и неглубоко
уходит за горизонт, вечерняя и утренняя зори сливаются и наблюдаются, так
называемые белые ночи.
Холодные пояса занимают всего 8 % земной поверхности к северу и югу от
полярных кругов. Зимой здесь наблюдаются полярные ночи, когда Солнце не
показывается из-за горизонта, а летом – полярные дни, когда Солнце не заходит
за горизонт. Продолжительность их увеличивается от одних суток - на полярных
кругах до полугода - на полюсах.
3. Формулы для решения задач
Высота полуденного Солнца в любой точке планеты определяется по
формуле:
h = 90° – φ + δ (1), где:
h – высота Солнца над горизонтом в полдень,
φ – широта места наблюдения,
δ – солнечное склонение, астрономическая величина, измеряемая в градусах
и равная той широте, где Солнце в данный.
Для дней равноденствия (Солнце в зените на экваторе) эта формула
преобразуется так:
h = 90° – φ (2)
Для дней солнцестояния формула становится следующей:
h = 90° – φ ± 23,5° (3)
В дни равноденствия δ берется с положительным знаком, если искомый
пункт находится в том же полушарии, что и широта, где Солнце стоит в зените, и
с отрицательным знаком, если искомый пункт находится в противоположном
полушарии.
4. Цифровые образовательные ресурсы
1. Вращение Земли вокруг своей оси/ Модель, демонстрирующая такие
явления как смена дня и ночи и ее зависимость от времени года/ Режим доступа:
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/000009e0-1000-4ddd-5657320047fe0941/seasons.swf
2. Земля – планета Солнечной системы. Орбитальное движение Земли и
его следствия. И/ Учебная информация о движении Земли вокруг Солнца и
географических
следствиях
этого
движения/
Режим
доступа:
http://fcior.edu.ru/card/6120/zemlya-planeta-solnechnoy-sistemy-orbitalnoe-dvizheniezemli-i-ego-sledstviya-i1.html
3. Движение Земли/ Электронный учебный модуль «Движение Земли».
Модуль предназначен для использования в общеобразовательных учреждениях на
уроках географии на этапе объяснения нового материала или закрепления
пройденного. Рассматриваемый модуль рассчитан для детей затрудняющихся в
освоении предмета на базовом уровне. Целью данного модуля является:
рассмотреть виды движения Земли, понять как влияет движение Земли на смену
дня и ночи, времен года. Особое внимание уделено осевому и орбитальному
движению Земли, дням солнцестояний и равноденствий. Режим доступа:
http://fcior.edu.ru/card/22586/dvizhenie-zemli.html
7
II. Алгоритмы решения задач по теме 2.1.
Задание С 5 экзаменационной работы ЕГЭ (КИМ 2013) проверяет знание
и понимание географических следствий движений Земли.
Задание 1. Определите, в каком из пунктов, обозначенных буквами на
карте России (рис. 18), 1 мая Солнце раньше (по времени Гринвичского
меридиана) поднимется над горизонтом. Запишите обоснование Вашего ответа.
Рис. 18. Карта России
Последовательность выполнения задания:
1. Необходимо проанализировать, как расположены пункты относительно
друг друга.
2. Пункты С и В расположены на одном меридиане, день 1 мая близок к дню
летнего состояния для которого характерно явление полярный день, но пункт С
расположен севернее пункта В, т.е. ближе к северному полярному кругу;
3. Пункт С и А расположены на одной параллели, но пункт С расположен
восточнее пункта А, а сутки начиняются с востока.
4) Необходимо сделать вывод.
8
Таким образом, раньше всего Солнце поднимется над горизонтом в пункте С.
Задание 2. Определите, в каком из пунктов, обозначенных цифрами на карте
(рис. 19) 1 января Солнце будет находиться выше всего над горизонтом в 8
часов
по солнечному
времени
Гринвичского
меридиана.
Запишите
обоснование своего ответа.
Рис. 19. Карта России
Последовательность выполнения задания:
1. Необходимо проанализировать, как расположены пункты относительно
друг друга.
Все пункты, показанные на карте, расположены на одной параллели.
2. Необходимо вычислить местонахождения полуденного меридиана.
Выше всего Солнце будет на пересечении этой параллели и меридиана, на
котором в указанный условии момент полдень. Этот меридиан 60° в.д., так как на
Гринвиче в этот момент – 8 утра, а (12 ч. – 8 ч.) х 15° = 60°.
Необходимо найти примерное расположение полуденного меридиана на
карте.
9
3.
Необходимо
проанализировать
положение
пунктов
относительно
полуденного меридиана. Нужно помнить, что чем ближе к нему тем Солнце
выше, чем дальше – тем ниже.
Чем ближе к меридиану 60° в.д. тем Солнце будет выше.
4. Необходимо сделать вывод.
Пункт 3 расположен на меридиане 60° в.д, значит выше всего над горизонтом
Солнце будет в пункте 3.
Задание
3.
Определите
географические
координаты
пункта,
расположенного в северном полушарии, если известно, что 21 марта в 6 часов по
солнечному времени Гринвичского меридиана в этом пункте полдень, и
Солнце находиться на высоте 45° над горизонтом. Ход ваших рассуждений
запишите.
Последовательность выполнения задания:
1. Необходимо определить формулу для расчетов широты.
21 марта – день равноденствия, Солнце в этот день находится в зените
над
экватором,
следовательно,
для
определения
широты
необходимо
использовать формулу h = 90° - φ, из формулы определяем как найти широту φ =
90° - h
2. Широта места будет равна 90° – 45°=45°. Широта 45° с.ш.
3. На Гринвичском меридиане – 6 часов, в искомом пункте полдень – 12
часов. Определяем разницу в часах. 12 ч. – 6 ч. = 6 часов. Земля за 1 час
поворачивается на 15°. 6 × 15° = 90° Долгота будет восточная, т.к. временя в этом
пункте больше, чем на Гринвичском меридиане. Долгота – 90° в.д.
Ответ: 45° с.ш. 90° в.д.
Задание
4.
Определите
географические
координаты
пункта,
расположенного в США, если известно, что 23 сентября в 17 часов по
солнечному времени Гринвичского меридиана в этом пункте полдень и
10
Солнце находится на высоте 53° над горизонтом. Ход ваших рассуждений
запишите.
Последовательность выполнения задания:
1. Необходимо определить формулу для расчетов широты.
23 сентября – день равноденствия. Солнце находится в зените над
экватором. Формула h = 90° – φ, φ = 90° – h
2. Значит широта пункта: 90° – 53° = 37° с.ш.
3. Определяем разницу в часах. Время в пункте на 5 часов отличается от
гринвичского, значит долгота пункта: 15° х 5 = 75° з.д.
Ответ: 37° с.ш. 75° з.д.
Задание 5. Столица Анголы г. Луанда расположена на параллели 9° ю.
ш. Определите полуденную высоту Солнца над горизонтом в Луанде 22 июня.
Обоснуйте свой ответ.
Последовательность выполнения задания:
1. Необходимо определиться с формулой для расчетов высоты Солнца.
22 июня – день летнего солнцестояния, Солнце находится в зените над
Северным тропиком,
следовательно, для определения полуденной высоты
необходимо использовать формулу h = 90° – φ ± 23,5°
2. В дни равноденствия δ берется с положительным знаком, если искомый
пункт находится в том же полушарии, что и широта, где Солнце стоит в зените, и
с отрицательным знаком, если искомый пункт находится в противоположном
полушарии. Ангола располагается в южном полушарии, а Солнце в зените на
северном тропите, следовательно, δ в данной задаче берется с отрицательным
знаком. h = 90° – φ – 23,5°
3. h = 90° – 9° – 23,5°
h = 57,5°
Ответ: 57,5°
11
III. Практикум по теме 2.1.
Задание 1. Определите географические координаты пункта, расположенного
в Южном полушарии,
если
известно,
что 23 сентября
в 17 часов
по
солнечному времени Гринвичского меридиана в этом пункте полдень, и
Солнце находиться на высоте 60° над горизонтом. Ход ваших рассуждений
запишите.
Решение
1) 23 сентября – день равноденствия, Солнце в этот день находится в
зените над экватором. h = 90° - φ, φ = 90° – h
2) Широта места будет равна 90° – 60°=30°. Широта 30° ю.ш.
3) 17 ч. – 12 ч. = 5 часов Солнечное время в пункте на пять часов меньше, чем
на нулевом меридиане, значит, он расположен на 5 × 15° = 75° западнее. Долгота
– 60° з.д.
Ответ: 30° ю.ш. 60° з.д.
Задание 2. Определите, в каком из пунктов, обозначенных цифрами на
карте (рис. 20) 1 августа Солнце будет находиться ниже всего над горизонтом
в 9 часов
по
солнечному
времени
Гринвичского
обоснование своего ответа.
Рис. 20. Карта России
12
меридиана.
Запишите
Решение
1. Все пункты, показанные на карте расположены на одной параллели.
2. Выше всего Солнце будет на пересечении этой параллели и меридиана, на
котором в указанный условии момент полдень. Этот меридиан 45° в.д., так
как на Гринвиче в этот момент – 9 утра, а (12 – 9) х 15° = 45°.
3. Чем дальше от меридиана 45° в.д. тем Солнце будет ниже. Пункт 4
расположен дальше всего от меридиана 45° в.д, следовательно ниже всего над
горизонтом Солнце будет в пункте 4.
Задание 3. Определите, в каком из пунктов – Баку (40° с.ш. и 49° в.д),
Астрахани (46° с.ш. и 49° в.д) или Элисте (46° с.ш. и 44° в.д), 1 июня
Солнце раньше всего по
времени Гринвичского меридиана поднимется над
горизонтом. Обоснуйте свой ответ.
Решение
1. Раньше всего солнце поднимется над горизонтом в Астрахани.
2. Города Астрахань и Баку расположены на одном меридиане. В период
после весеннего равноденствия в Северном полушарии продолжительность
дня увеличивается при удалении от экватора. Город Астрахань расположен
севернее Баку.
3. Города Астрахань и Элиста расположены на одной широте, но город
Астрахань расположен восточнее, а сутки начиняются с востока.
Задание 4. Географические координаты пунктов А, Б, В и Г показаны в
таблице 1.
Таблица 1
Пункт
Географические координаты
Широта
Долгота
А
56° с.ш.
57° в.д.
Б
56° с.ш.
63° в.д.
13
В
56° с.ш.
67° в.д.
Г
56° с.ш.
77° в.д.
Определите, в каком из этих пунктов 1 июля Солнце будет находиться ниже
всего над горизонтом в 8 часов утра по солнечному времени Гринвичского
меридиана. Запишите обоснование вашего ответа.
Решение
1. Все пункты расположены на одной широте.
2. Выше всего Солнце будет на пересечении этой параллели и меридиана, на
котором в указанный условии момент полдень. Этот меридиан 60° в.д., так
как на Гринвиче в этот момент – 8 утра, а (12 – 8) х 15° = 60°.
3. Чем дальше от меридиана 60° в.д. тем Солнце будет ниже. Пункт Г
расположен дальше всего от меридиана 60° в.д, значит ниже всего над горизонтом
Солнце будет в пункте Г.
Задание 5. Столица
Мадагаскара
г.
Антананариву
расположен
на
параллели 19° ю.ш. Определите полуденную высоту Солнца над горизонтом
в Антананариву в день летнего солнцестояния. Обоснуйте свой ответ.
Решение
1. В этот день (22 июня) Солнце находится в зените над Северным тропиком.
Формула h = 90° – φ ± 23,5°
2. h = 90° – φ – 23,5°, т.к. искомый пункт и широта, где Солнце стоит в
зените, находится в противоположном полушарии.
3. h = 90° –19°– 23,5°
h = 47,5°
Ответ: 47,5°.
Задание
6.
Определите
географические
координаты
пункта,
расположенного в США, если известно, что 21 марта в 18 часов по солнечному
14
времени Гринвичского меридиана в этом пункте полдень и Солнце находится на
высоте 43° над горизонтом. Ход ваших рассуждений запишите.
Решение
1. 21 марта – день равноденствия. Солнце находится в зените над
экватором. Формула h = 90° - φ, φ = 90° - h
2. Значит широта пункта – 90° – 43° =47° с.ш.
Время в пункте на 6 часов отличается от гринвичского, значит долгота
пункта – 15° х 6 = 90° з.д.
Ответ: 47° с.ш. 90° з.д.
IV. Задания для самостоятельной работы по теме 2.1.
Задание 1. Определите, в каком из пунктов, обозначенных цифрами на карте
(рис. 21) 1 августа Солнце будет находиться выше всего над горизонтом в 10
часов
по солнечному
времени
Гринвичского
меридиана.
Запишите
обоснование своего ответа.
Рис. 21. Карта Росси
15
Задание 2. Определите
географические
координаты
пункта,
расположенного в южном полушарии, если известно, что 23 сентября в 11
часов по солнечному времени Гринвичского меридиана в этом пункте полдень, и
Солнце находиться на высоте 80° над горизонтом. Ход ваших рассуждений
запишите.
Задание 3. Определите, в каком из пунктов – Каире (30° с.ш. и 31° в.д),
Новгороде (58° с.ш. и 31° в.д) или Карлсборге (58° с.ш. и 14° в.д) – 1 июня
солнце раньше всего по времени Гринвичского меридиана поднимется над
горизонтом. Обоснуйте свой ответ.
Задание 4. Географические координаты пунктов А, Б и В показаны в таблице
2.
Таблица 2
Пункт
Географические координаты
Широта
Долгота
А
55° с.ш.
95° в.д.
Б
60° с.ш.
120° в.д.
В
55° с.ш.
120° в.д.
Определите, в каком из этих пунктов 1 июня Солнце раньше (по времени
Гринвичского меридиана) поднимется над горизонтом. Запишите обоснование
вашего ответа.
Задание 5. Географические координаты пунктов А, Б, В и Г показаны в
таблице 3.
Таблица 3
Пункт
Географические координаты
Широта
Долгота
А
56° с.ш.
58° в.д.
Б
56° с.ш.
68° в.д.
В
56° с.ш.
73° в.д.
Г
56° с.ш.
78° в.д.
Задание 6. Определите, в каком из этих пунктов 1 июля Солнце будет
находиться выше всего над горизонтом в 8 часов утра по солнечному
времени Гринвичского меридиана. Запишите обоснование вашего ответа.
V. Ответы на задания самостоятельной работы по теме 2.1.
Задание 1. Все пункты, показанные на карте расположены на одной
параллели.
Выше
всего Солнце будет на пересечении этой параллели и
меридиана, на котором в указанный условии момент полдень. Этот меридиан 30°
в.д., так как на Гринвиче в этот момент – 10 утра, а (12-10) х 15° = 30°. Чем ближе
к меридиану 30° в.д. тем Солнце будет выше. Пункт 1 расположен ближе всего
к меридиану 30° в.д, значит выше всего над горизонтом Солнце будет в
пункте 1.
Задание 2. 23 сентября – день равноденствия, Солнце в этот день находится в
зените над экватором, значит широта места будет равна 90°– 80°=10°. Широта 10°
с.ш. Солнечное время в пункте на один часа больше, чем на нулевом
меридиане, значит он расположен на 1х 15° = 15° восточнее. Долгота – 15° в.д.
Задание 3. Раньше всего солнце поднимется над горизонтом в Новгороде.
Он находится восточнее Карлсборга, но при этом севернее Каира (в период после
весеннего равноденствия в Северном полушарии продолжительность дня
увеличивается при удалении от экватора).
Задание 4. Солнце
раньше
встает
на
востоке.
Пункты
Б
и
В
расположены восточнее пункта А, но пункт Б расположен севернее пункта В. Так
как летом продолжительность дня в Северном полушарии увеличивается при
движении от экватора, то раньше всего Солнце поднимется в пункте Б.
17
Задание 5. В 8
часов
утра
по
солнечному
времени
Гринвичского
меридиана полдень на меридиане (12 ч. – 8 ч.) х 15°= 60° в.д. Чем ближе к
этому меридиану, тем Солнце выше. Из данных пунктов ближе всего к
меридиана 60° в.д. находится пункт А. Значит выше всего над горизонтом в
нем Солнце будет в нем.
18