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关于昼夜更替的几个疑难知识点专题探讨

http://www.newdu.com 2018-12-04 人民教育出版社 佚名 参加讨论

    关于昼夜更替的几个疑难知识点专题探讨
    湖南省常宁市第二中学 王锡军
    在学习地球自转地理意义时,昼夜更替是必须掌握的。但是此部分知识比较抽象,难以理解,要完全掌握,笔者认为应该注重以下两个方面的知识点。
    一、昼夜现象与昼夜更替之间的区别
    昼夜现象是指由于太阳光线的照耀,地球面向太阳一面被照亮处于白昼状态,而另一部分由于自身的阻挡未被太阳光线照亮处于黑夜状态。因此,昼夜现象的形成与地球为不透明、不发光的球体及日地距离(太阳光线能够到达地面)有关,而与地球是否自转无关,也就是说假设地球不自转,也会存在昼夜现象。
    地球上的昼夜更替是指地球上某地从昼到夜再到昼的地理现象,它的形成首先要求地球上存在昼夜现象,而周期的长短与地球的自转角速度是有关的。
    其计算法则可以从晨昏圈入手,晨昏圈是太阳光线与地球表面相切的切点连接而成,晨昏圈上太阳高度为0度,把地球平分为昼半球和夜半球。在某天或很短时间里,我们可认为晨昏圈相对于太阳的空间位置是固定不变的(这是由于地球的公转周期较长,在较短时间内日、地的相对空间位置变化很小,那么太阳光线与地球表面的切点的空间位置变化很小)。由于地球不断自转,因此晨昏圈相对于地面向西移动,向西移动的角速度就等于地球的自转角速度。因此,我们理解昼夜更替周期就可以这样认为,地球上各地随着地球的自转,从位于晨线上(见到日出)到位于昏线上(见到日落)再回到晨线上(再次见到日出),这样的一段时间长短就为该地的昼夜更替周期长短。昼夜更替就可以这样认为是地面上各地相对于晨昏圈的运动,其周期大小T=360°/地球的自转角速度。现在,地球上各地(除南、北两极点)角速度均为15°/小时,因此昼夜更替周期为24小时,称为一个太阳日。如果地球只是公转而不自转,则地球上的昼夜更替周期为一年。
    二、关于地球上运动物体的昼夜更替周期长短计算
    在地球上运动的物体,它们的昼夜更替周期就有可能不是一个太阳日。对于此类问题的计算,笔者认为关键在于把抽象化为具体,这就要求能够建立一个具体的地理模型然后加以分析,此模型的建立需要引进晨昏圈来进行。在某段较短的时间里晨昏圈的空间位置(相对于太阳或者相对于地心)是不会发生明显变化的,因为晨昏圈是太阳光线与地球表面的切点构成。以下的分析我们就习惯以晨线为例,假设物体的运动刚刚从位于晨线的空间位置开始来计算其昼夜更替周期。把物体的运动可以分成两种情况来进行讨论。
    1.如果物体相对于地面向东运动
    假设物体相对于地面向东运动的角速度为W1,而地面是相对于晨线向东运动角速度为W2=15°/h。那么物体相对于晨线向东运动,其角速度W3=W1+W2,W3> 15°/h。其分析模型可建立如下:
    
    因此,物体的昼夜更替周期T=360°/W3,T<24小时,周期短于一个太阳日。
    2.如果物体相对于地面向西运动
    假设物体相对于地面向西运动其角速度为W1,而晨线相对于地面是向西运动其角速度W2=15°/h,那么物体相对于晨线运动的角速度大小为W3=|W1-W2|。其分析模型可建立如下:
     
    因此,物体的昼夜更替周期T=360°/W3,而W3=|W1-15|,周期T大小与太阳日比较,要分以下三种情况:
    a. 若W1<15时
    W3<15,则T>24,此情况的昼夜更替周期大于一个太阳日。
    b. 若W1=15时
    W3=0,则此情况物体无昼夜更替。
    c. 若30>W1>15时
    W3<15, 则T>24,此情况的昼夜更替周期大于一个太阳日。
    d. 若W1=30时
    W3=15,则T=24,此情况的昼夜更替周期等于一个太阳日。
    e. 若W1>30时
    W3>15,则T<24,此情况的昼夜更替周期小于一个太阳日。
    三、典型题目分析
    例题1:
    某一轮船在太平洋上每日向西跨越经度12度,该船上的人们经历一个昼夜的时间大约是(      )
    A.26.8小时    B.23.2小时   C.24小时 D.24.8小时
    分析过程:
    此船每日向西跨越经度12度,意思是一天时间里相对于原来的经度向西变化12度,那么船相对于地面(洋面)向西运动角速度W1=12°/24h=0.5°/h。因此,船相对于晨线的角速度W2=15-0.5=14.5,那船的昼夜更替周期T=360/14.5=24.83(小时)。
    例题1的答案:D
    例题2:
    2005年10月12日9时整,“神舟”6号在酒泉卫星发射中心成功发射,飞船飞行中的圆形轨道距地面343公里,轨道倾角为42.4度,绕地球飞行一周需要90分钟,飞船在太空中共经历了115小时32分钟飞行,那么航天员费俊龙、聂海胜在太空中飞行大约度过了多少个昼夜(     )
    A.5个     B.24个     C.80个    D.90个
    分析过程:
    飞船绕地球飞行一周需要90分钟,可知飞船相对地面向东飞行的角速度W1=360°/1.5h=240°/h,那么飞船相对晨线是向东运动,其角速度W2=240+15=255°/h。因此,飞船的昼夜更替周期T=360/255=1.41小时。共飞行时间t=115小时32分钟即t=115.53小时,则经历的昼夜次数n=t/T=115.53/1.41=81.94。但是飞船开始飞行是位于晨线以东(北京时间9时发射),而我们的计算是假设飞船开始飞行是位于晨线上,因此见完整的昼夜更替次数为80次。
    例题2的答案:C (责任编辑:admin)
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