04地球的运动1——自转～结合相关高考真题-【超前培优】备战2023年高考地理之探讨大学地理知识

地球的运动1——自转～结合相关高考真题 301地球自转及其证明 地球自转就是地球本身的旋转。它的旋转轴叫地轴，地轴通过地球的中心，所以，地球的这种绕轴旋转被称为“自”转，以别于它绕太阳的公转。地球自转的方向，在北半球看起来呈逆时针方向（南半球反之），这样的方向被叫做向东。太阳从东方升起，正是由于地球向这个方向自转。 近代天文学奠基人哥白尼首先从理论上论证，“天旋”是由于“地转”。他用几何方法严格地证明：“天比地大，其大无比”，如果让庞大无比的天穹，在24小时内绕小小的地球旋转一周，那是令人无法思议的。伽利略说得更尖刻：“如果有人认为，为了使地球保持静止状态，整个宇宙应当转动，是不合理的；试想有个人爬上你府上大厦的穹顶，想要看一看全城和周围的景色，但是连转动一下自己的头都嫌麻烦，而要求整个城郊绕着他转；这两者比较起来，前者还要不近情理得多…地静说比起上述那个要求整个城郊围绕转动的例子，其荒谬程度有过之而无不及。” 地球的自转，有许多理论和实验上的证据。其中，最雄辩和直观的证据，当推法国物理学家傅科(1819一1868)在巴黎进行的摆的实验（为纪念他的这个功绩，后人称这种摆为“傅科摆”）。 如所周知，摆总是力图保持其摆动面的方向不变。有了这个不变的摆动面作标记，人们就有条件目睹足下大地的旋转而深信不疑。 傅科摆与普通单摆没有什么根本的不同，只是它采取一种特殊的悬挂装置，以保证它的摆动超然于地球的自转（图3-1)。 同时，为了使摆动的持续时间达到足够长度，以便能清楚地看出地球自转的效果，傅科摆比普通单摆要大得多。傅科当时用一根67米长的钢丝绳为摆长，上端系在教堂大厅的穹顶上，下端吊一个27千克重的金属球，构成一个举世罕见的特大号的单摆。 绳长，是为了增加摆的振幅和周期；锤重，是为了有效地克服空气阻力的影响。摆锤的下方嵌一枚尖针；地面上，在摆锤往返经过的地方，安放二个沙盘。这样，当摆锤往复摆动的时候，尖针便在沙盘上划出一道道痕迹来(图3-2)。傅科摆巧妙的上端设计使其摩擦力非常小，地球自转几乎无法对单摆产生影响。 傅科的实验表明，摆锤在沙盘上留下的痕迹并不重合，但都在中心相交。他当时测定，在离中心4米远的沙盘上，摆锤连续二次所划出的痕迹，相隔3.6mm。 很明显，相对于地面（沙盘）方向来说，摆动面在缓慢地、持续地沿顺时针方向偏转。 这个实验宜在高纬度地带进行。在北极，朝着某个恒星方向摆动的摆，会追随这颗恒星作周日运动（图3-3），每小时偏转15°。这一事实表明，摆动面始终保持在恒星的方向，而它同经线方向之间的关系则发生了变化。它生动地证明：地球按逆时针方向（向东）旋转。 理论和实验证明，傅科摆偏转的方向，因南北半球而不同：北半球右偏，南半球左偏。偏转的速度，则与纬度的正弦成正比。 如图3-4所示，A地的纬度为φ，经过短暂的时间△t以后，它随地球自转移至A'。PA和PA'分别表示A和A'两地经线的切线方向，两线相交于地轴延长线上，其夹角为△θ。∠APO=P(对应边互相垂直)。在△t时间内，地球自转的角度为∠AOA'=△η ∵△η=⌒AA’/OA △θ=AA’/PA(∵θ很小）赤道上傅科摆不发生偏转的一种理解：赤道上任意两点的南北向切线(地平方向）都平行。 ∴△θ/△η=OA/PA 而OA/PA=sinφ ∴△θ/△t=△η·sinφ/△t 当△θ→0时，dθ/dt=sinφ·dη/dt 而dθ/dt为傅科摆转动的角速度 dη/dt=ω₀=15°/h，为地球自转的角速度 即傅科摆偏转的（角）速度与所在地的纬度的正弦成正比。 例如：在赤道上，φ=0°，sinφ=0，θ=0，傅科摆不发生偏转（见图3-5）。 在两极，φ=90°，sinφ=1，θ=15°/h，傅科摆偏转速度最大，等于地球自转的（角）速度。 在南北纬30°，sinφ=1/2，θ=7.5°/h。 典例 （2021·浙江6月）我国某中学组织学生对直立物日影变化进行观测﹐具体做法是:先在一块平坦的地面上直立一根标杆﹐再以此杆直立点（甲）为圆心，以杆长为半径绘一半圈。下图为某日杆影变化图，图中阴影部分为标杆影子范围。完成7～8题。 7．甲地位于（ ） A．东北平原 B．华北平原 C．四川盆地 D．珠江三角洲 8．若从甲地垂直上方朝下看，一年中某时刻地面上昼夜状况与经纬线位置关系最有可能是（ ） A．① B．② C．③ D．④ 【答案】7．A 8．B 【解析】第7题，根据材料中描述，半圆以杆长为半径所绘，故可以得出其正午时太阳高度角为45°； 根据影子的方向，可得出，此时为二分日，则太阳直射点在赤道；可推得当地的纬度大约为45°N； 根据东北平原在40°N以北，华北平原大部分位于40°N以南，四川盆地位于30°N附近，珠江三角