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第一章 宇宙中的地球
第一節 地球的宇宙環境
一、人類對宇宙的認識
1、人類對宇宙的認識過程
地心說→日心說→星系說
人類對宇宙的認識不斷修正，不斷接近真理。
把人類觀測到的有限宇宙叫可見宇宙，「可見宇宙的」的半徑約140光年。
2、宇宙是由形態多樣的物質組成
宇宙中有恆星、行星、衛星、彗星、流星體、星雲、星際物質等，它們都是天體。天體在體積、質量、亮度、溫度等方面差別很大。
恆星和星雲是宇宙中的基本天體。天空中還有許多人造天體，如人造衛星、宇宙飛船、天空實驗室等。
3、宇宙處在不斷的運動和發展中
天體都在高速運動中，天體之間相互吸引、繞轉，形成天體系統。
4、宇宙中蘊藏著豐富的自然資源
⑴空間資源
宇宙空間遼闊，高真空、強輻射、失重環境，有利於進行多種科學實驗（如太空育種等）。
⑵太陽能資源
沒有經過大氣層削弱，太陽能極為豐富；可建設太陽能電站，向地球輸送電能。
⑶礦產資源
月岩中有多種礦藏，富含氦3能源。
宇宙資源的開發，高投入、高技術、規模大，需要國際合作。
二、多層次的天體系統
1、天體系統的層次
地月系—→太陽系—→銀河系—→總星系（人類目前觀測到的宇宙）
2、銀河系及河外星系
銀河系中有大量恆星，還有很多星雲。銀河系主體部分直徑約8萬光年。
人們已發現了上億個河外星系。它們中都有無數的恆星，直徑非常大。
天空中距太陽最近的恆星是半人馬座的南門二，半人馬座的南門二丙星是除太陽
外，距地球次近的恆星，又叫比鄰星，距太陽4.2光年。
3、太陽系
⑴由太陽及多種圍繞太陽運行的天體組成，太陽是太陽系的中心天體
⑵太陽系的行星
八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星
八大行星中，水星和金星沒有衛星；木星質量最大；土星和木星衛星數目多；土星、木星、天王星有光環；天王星和海王星肉眼看不見。
八大行星的運動具有同向性（逆時針方向圍繞太陽公轉）、共面性、近圓性。
矮行星：冥王星
小行星：數量很多，大小不同；它們分布於火星軌道和木星軌道之間；有時會「闖入」地球大氣層。
⑶其他天體
彗星：在扁長軌道上運行，質量很小的天體。彗星主要部分由冰物質組成，運動到太陽附近時，冰物質蒸發並受太陽風的推斥作用，在背向太陽的一側形成很長的彗尾（幾億㎞）。
哈雷彗星的平均周期是76年，1985～1986年哈雷彗星曾經接近太陽一次。
流星體、流星現象、流星群；流星現象在有大氣層的天體上才可看到。流星群通常由彗星分裂的碎片形成。
4、地月系
⑴月球圍繞地球公轉，是地球惟一的衛星
⑵月地平均距離38.4萬㎞，月球的自轉方向和周期與公轉方向和周期相同，月球上沒有晝夜交替現象。
⑶月相及其變化
月相變化周期約為29.53日。農歷月就是以月相變化周期為基礎制定的。
新月（看不見）→蛾眉月→上弦月（初7、8可見，半個月亮）→凸月→滿月（15、16徹夜可看見）→凸月→下弦月（23、24可見，半個月亮）→蛾眉月→新月（看不見）
月初，月亮與太陽同升同落，此後月亮升起時間不斷推遲；上弦月時月亮正午升起，半夜落下；滿月時月亮黃昏升起，清晨落下；下弦月時月亮半夜升起，正午落下；到月底又與太陽同升同落。
上上西西，下下東東意思是上半月、上半夜在西邊的天空可看見西邊的半個月亮；下半月、下半夜在東邊的天空可看見東邊的半個月亮。
⑷發生日食必在新月，發生月食必在滿月
三、普通而特殊的行星——地球
1、地球的宇宙中一顆普通行星
地球是類地行星之一，質量、體積小；表面溫度高，密度較大；運動周期較短，有一顆衛星。
2、地球是宇宙中特殊的行星
⑴生命存在的條件
必要的組成物質，能合成有機物的基本元素；適中的光和熱；液態水；適宜生物呼吸的大氣層；足夠長的時間。
⑵地球上具有生命物質存在的條件與下列因素有關
①比較穩定和安全的宇宙環境
幾十億年來太陽沒有明顯變化，地球關照條件穩定，生命出現並演化從未中斷；大、小行星各行其道，互不幹擾。
②日地距離適中
日地距離平均1.5億㎞，使地球表面具有適中的溫度（平均15℃的氣溫）。③地球自轉、公轉周期較短
使地球表面各地溫度變化不明顯，適宜生命生存。
④地球體積、質量適中
地球周圍大氣層密度、壓力適中，經過漫長的時間逐漸演化成適宜生物呼吸的大氣層。
⑶地球上適宜生物生存環境的形成
①地球內部溫度升高，內部物質運動——水汽逸出、降水，形成原始海洋（液態水）
②地球的礦物質組成復雜（必要的化學元素）
③地球有46億年的歷史（足夠長的時間）
3.好好愛護地球，因為只有一個地球
第二節 太陽對地球的影響
一、太陽輻射與地球
1、太陽概況
與地球相比，太陽的質量、體積、表面重力加速度都很大。
太陽主要成分是氫和氦，表面溫度很高，是太陽系惟一的恆星；氣體球，密度小（地球密度的1／4）。
2、太陽輻射
太陽輻射能量很大，輻射能來源於太陽內部的核聚變反應（氫原子核轉化為氦原子核），太陽的質量虧損轉化為能量。太陽輻射中只有1／22億的能量能夠到達地球。
太陽輻射波長為0.15～4微米之間，分為紫外區（＜0.4微米）、可見光（0.4～0.76微米，分為七色光，紅光波長最長，紫色光波長最短）、紅外區（＞0.76微米）。太陽輻射能主要集中在可見光區，約占總能量的一半。
3、太陽直接為地球提供了光熱資源，地球上生物的生長離不開太陽
4、太陽輻射對地球環境的影響
維持地表溫度，是促進地球上水循環、大氣循環和生物活動的主要動力。大氣環流、水循環和洋流運動促進地球上地理環境的形成和變化。
5、太陽輻射對人們生產和生活的影響
太陽能經過轉化，可形成多種形式的能源，如煤、石油、天然氣、水能、風能生物能等。太陽能及這些能量成為人們生產和生活的重要能源。
綠色植物的光合作用可以固定太陽能。光合作用是農業生產的基礎。農業科技革命的一個重要目標就是努力提高農作物對太陽能是利用率。
我國的西北地區和青藏地區太陽能豐富。原因是西北地區氣候乾旱，多晴天，大氣中雲量少，對太陽輻射削弱少，到達地面的太陽輻射能多，光、熱充足；青藏地區海拔高，空氣稀薄，多晴朗天氣，對太陽輻射削弱少，到達地面光熱多。
我國四川盆地太陽能貧乏，原因是四川盆地周圍有山脈環抱，地形封閉，導致水汽不易擴散；盆地內陰天、霧天多，日照時間短，光照弱，太陽能貧乏。
全球范圍內，太陽輻射能隨緯度分布呈規律變化，沙漠區太陽輻射強，由低緯度向高緯度減弱。
二、太陽活動對地球的影響
1、太陽活動
太陽外部大氣層由內向外分為光球層、色球層、日冕，可見光越來越少。太陽活動的表現有黑子、耀斑、日珥、太陽風等。太陽黑子活動的平均周期為11年，存在於光球層中；耀斑和日珥存在於色球層中；太陽風存在於日冕中。
2、太陽活動對地球的影響
⑴對地球氣候的影響
降水年際變化與太陽黑子的相對數年變化有關，周期約11年；相關性並不完全一致。
中高緯度區樹木年輪疏密變化，有約11年的周期；地質時期的氣候變化也有約11年的周期。
太陽活動高峰年，地球上激烈天氣現象出現的幾率明顯增加；反之地球上天氣變化相對平穩。
⑵對電離層的影響
干擾電離層，造成無線電短波通訊衰減或中斷。太陽風暴干擾短波通信，通信設施受損。
⑶對地球磁場的影響，產生「磁暴」現象。
⑷在地球高緯度地區上空形成極光現象
⑸地球上許多自然災害的發生與太陽活動有關，如地震、水旱災害等。
第三節 地球的運動
一、地球的自轉
1、繞地軸自轉
地軸北段始終指向北極星附近。
2、地球自轉方向
從側面看，地球自西向東自轉；從北極上空向下看，地球逆時針方向自轉；從南極上空向下看，地球順時針方向自轉。
3、地球自轉周期
恆星日：是地球自轉的真正周期，長23小時56分4秒，地球自轉360°。
太陽日：是地球上晝夜交替的周期，長24小時，地球自轉360°59′。
4、地球自轉的速度
角速度ω=360°／23小時56分4秒≈15°／小時
角速度的大小與轉動半徑無關，因此地球表面除南北極點外，任何地點自轉角速度相同。
線速度v=ω.r=ω.RcosФ（R為地球的赤道半徑，Ф為當地的地理緯度）
赤道處線速度最大，由赤道向兩極自轉線速度減小，南北緯60°處線速度減為赤道處的一半，兩極點線速度為零。緯度相同的地方，海拔較高的地點自轉線速度較大。
試比較廣州、武漢、北京、哈爾濱的自轉線速度大小。
二、地球的公轉
1、繞太陽公轉
地球公轉過程中，地軸在宇宙空間的指向永遠不變。
2、地球公轉軌道（黃道）
是近似於圓的橢圓，太陽位於橢圓的一個焦點上。在地球公轉過程中，日地距離會有微小變化。
3、地球公轉速度
1月初地球位於近日點附近，地球公轉速度最快；7月初地球位於遠日點附近，地球公轉速度最慢。一年內地球公轉速度的變化規律是：最快→減慢→最慢→加快→最快。
4、地球公轉方向
從地球公轉軌道側面看，地球自西向東公轉；從地球公轉軌道上空俯視，地球逆時針方向公轉。
5、地球公轉周期
1恆星年：地球公轉的真正周期，長365天6小時9分10秒。
1回歸年：太陽直射點回歸運動的周期，長365天5小時48分46秒。
現行公歷歷法即按照回歸年的長度制訂，有平年和閏年。一般年份凡能被4整除的即為閏年，其餘為平年；世紀年中，凡能被400整除的為閏年，其餘的為平年。
三、地球自轉和公轉的關系
1、地球的運動是兩種是兩種運動的疊加
地球自轉產生了赤道平面，地球公轉產生了黃道平面，地球運動可用兩平面之間的關系表示
2、黃赤交角及其影響
目前黃赤交角是23°26′，地球公轉過程中，地軸指向和黃赤交角大小不變，太陽直射點不斷移動。
3、太陽直射點的回歸運動
太陽直射點在地表南北回歸線之間作周期性的往復運動，周期為一回歸年。

4、太陽直射點回歸運動的意義
太陽直射點的回歸運動，使太陽輻射能在地表面的分配，具有回歸年的變化；使地表環境更適宜生物生存。
太陽直射點不移動 → 地表不同地區冷熱差異加大
地球不公轉 → 太陽直射點不移動
黃赤交角為0 → 太陽永遠直射赤道
太陽直射點的回歸運動是地球自轉和公轉共同左右的結果。
第四節 地球運動的地理意義
一、晝夜交替
1、晝半球與夜半球的產生
地球是一個既不發光，也不透光球體。
2、昏線及其判斷
晝、夜半球的分界線即晨昏線，晨昏線平分地球，晨昏線平面與太陽光垂直；二分日晨昏線與經線圈重合；二至日晨昏線與經線圈夾角最大，夾角為23°26′。此時晨昏線與南北極圈相切。
黑夜→晨線→白晝；白晝→昏線→黑夜
3、太陽高度及其在一日內的變化
晝夜交替的實質是某地點在一日內太陽高度的變化。同一地點位於晝半球、夜半球、晨昏線上時，太陽高度不同（＞0，＜0，=0）；同一時刻不同地點的太陽高度不同（＞0，＜0，=0）。

4、晝夜交替
隨著地球自轉運動，晨昏線不斷移動（移動方向與地球自轉方向相反），各地太陽高度不斷變化，產生晝夜交替。
太陽日時間不長，使地表溫度日變化不是很劇烈，有利於生命生存和發展。
東行的觀測者看到晝夜交替周期縮短，西行的觀測者看到晝夜交替的周期延長。
例如：假定有一觀測者乘飛機沿某條緯線向東飛行，飛行速度與地球自轉速度相同，起始位置為60°E，一小時後飛機將飛到90°E上空，12小時後飛到60°E，完成一個晝夜交替周期。
如果地球只有自轉沒有公轉，地球上會有晝夜交替，晝夜交替的周期是一個恆星日；如果地球沒有自轉，只有公轉，地球上也會有晝夜交替，晝夜交替的周期是一恆星年；如果地球的自轉周期等於公轉周期，地球上不會有晝夜交替。
二、地方時
1、地方時的產生
地球自西向東自轉，比較偏東的地點先看到日出，偏西的地點後看到日出，產生了地方時。使用地方時有很多不便。
經度每隔15°，地方時相差1小時，經度每隔1°，地方時相差4分鍾。
某地地方時=已知地地方時±4分鍾／1°×兩地經度差
某地經度=已知地經度±1°／4分鍾×兩地地方時差（分鍾）
2、時區的劃分和區時
7.5°W～7.5°E為零時區，零時區向東、西兩側每隔15°劃分出一個時區。172.5°E～180°為東12區，172.5°W～180°為西12區，全球共劃分為24個時區。每個時區中央經線所在地的地方時間為該時區的區時。
3、時區和區時的計算
時區計算：經度數除以15，商的小數點後第一位四捨五入。
例如：140°E位於哪個時區？
140÷15≈9.3 即東9區
區時的計算：先算兩地時區差，即用偏東地點時區數減去偏西地點的時區數（東時區取正，西時區取負）；然後用已知地的區時減去或加上時區差即可（已知偏西地點求偏東地點用加，已知偏東地點求偏西地點用減）
4、日期變更線
有兩條，地方時為0時的經線；國際日期變更線。國際日期變更線不完全與180°經線重合，三處有彎曲。
日界線兩側鍾點相同，日期差1天。東12區日期比西12區日期早一天（多一天）
由西向東行過日界線，日期減一天；由東向西行過日界線，日期加一天。地方時為0
時的經線位置是不確定的，經常變化。由西向東行過0時經線，日期加一天，由東向
西行過0時經線，日期減一天。

5.日期范圍的判定
地球上新的一天開始於地方時間0時的經線，隨著0時經線西移，「今天」的范圍逐漸擴大，「昨天」的范圍逐漸縮小。
已知某時區的區時，如何判定「今天」的范圍佔全球的比例？
⑴由該時區區時推算出東12區是區時X，再用東12區區時X除以24.如果東12區屬於「今天」，「今天」在全球的范圍為X/24，如果東12區屬於「明天」，則「今天」的范圍為1-X/24。
⑵由該時區區時推算出0時所在的時區，再算出該時區與東12區的時區差，用該差值除以24即可。
如果0時區為0點，全球「今天」與「昨天」的范圍各佔一半；如果0時區為12點，全球屬於同一天，即此時地方時為0時的經線與180°經線重合。
6.法定時
中國：東8區區時 印度：東5.5區區時 朝鮮、日本：東9區區時
三、沿地表水平運動方向的偏移
1、偏向規律
北半球向右偏，南半球向左偏，赤道上不偏
2、偏轉方向的判斷
北半球用右手，南半球用左手；將手掌伸平，掌心向上，讓四指指向物體不受力時運動方向，拇指指向為近似的物體偏轉方向。

3、偏向產生的原因
地轉偏向力 F=2mvωsinФ
地轉偏向力大小與當地緯度的正弦值成正比，緯度越高，地轉偏向力越大，偏角越大。兩極點附近地轉偏向力最大，赤道上為零。
4、地轉偏向力的應用
⑴對河岸的影響，河流兩岸不對稱
北半球河流右岸侵蝕為主，河流岸邊比較陡峻，一些凹岸處可建港口；左岸以沉積為主，河岸比較平緩，水淺。
⑵對大氣運動的影響
大氣環流，三圈環流，近地面風向的形成
⑶對洋流運動的影響
5、下落物體的偏向規律
從高處垂直下落的物體，落地點偏東（無論南北半球）。赤道上東偏的距離最大，隨緯度增加，東偏距離逐漸減小。
原因：地球自西向東轉，高處的線速度大於地面，物體從高處下落，由於慣性保持它在原來高處的線速度，因此落到地面對應點的東面。
四、對地球形狀的影響
地球自轉產生慣性離心力，使赤道略鼓，兩極稍扁，形成橢圓球體。赤道半徑略大於極半徑。
五、晝夜長短的變化
晨昏線把所經過的經線圈分割成晝弧和夜弧。晝弧大於夜弧，則白晝長於黑夜；反之則反
由於太陽直射點的回歸運動，地球上同一地點在一年中晝夜長短不同，同一時刻不同地點（緯度）晝夜長短不同，會有規律變化。
1、晝夜長短隨緯度變化
夏至日，晝長由南向北逐漸延長，北極圈以北出現極晝（極晝范圍最大），夜長由北向南逐漸延長，南極圈以南出現極夜(極夜范圍最大)。
北半球晝長夜短，南半球晝短夜長。夏半年晝夜長短情況同夏至日類似。
冬至日晝長由南向北縮短，夜長由北向南延長，北極圈以內出現極夜（極夜范圍最大），南極圈以內出現極晝（極晝范圍最大）。
二分日全球晝夜等長。

同一時刻，地球上某地點的晝長等於該地點緯度數相同的另一半球對應點的夜長。
2、晝夜長短隨時間變化
赤道上全年晝夜等長
北半球夏半年晝長夜短，夏至日北半球各地白晝最長，夜長最短；南半球晝短夜長。北半球冬半年，晝短夜長，冬至日北半球各地夜最長，晝最短；南半球各地夜最短晝最長。

同一地點的最長晝等於最長夜。除二分日外，緯度越高的地點晝長與夜長差異越大，例如二至日南北極圈晝長與夜長相差24小時
3、晝夜長短的計算
晝長=晝弧所跨經度÷15
晝長=（12-日出時間）×2
=（日落時間-12）×2
=日落時間-日出時間
六、正午太陽高度的變化
隨著太陽直射點的回歸運動，不同地點不同日期除晝夜長短不同外，正午太陽高度也不同。
1、正午太陽高度隨緯度的變化
太陽直射點上正午太陽高度最大達90°，同一時刻正午太陽高度從太陽直射點向南北兩側降低。某一時刻正午太陽高度相同的地點可能有兩個（位於同一條經線上，與太陽直射緯度之間緯度差相同），也可能只有一個（正午太陽高度為90°的地點；正午太陽高度小於太陽直射點緯度數的地點）。
二分日、夏至日、冬至日、正午太陽高度由赤道，北回歸線，南回歸線向南北兩側降低。

2、正午太陽高度隨時間的變化
夏至日北回歸線以北地區正午太陽高度達一年最大值（南半球各地正午太陽高度最小），冬至日南回歸線以南地區正午太陽高度達一年最大值，北半球各地正午太陽高度最小；南北回歸線之間地區太陽直射點上正午太陽高度最大。
一年內，赤道上正午太陽高度在90°～66°34間變化，二至日正午太陽高度最低
南北回歸線之間，一年有兩次陽光直射，回歸線上有一次直射，回歸線以外無陽光直射。

3、正午太陽高度的計算
H=90°-∣Ф-δ∣
Ф為當地地理緯度，取正值，δ為太陽直射點緯度，當地夏半年時取正值，冬半年時取負值。
例：計算北京在二至日，二分日正午太陽高度
夏至日：H=90°-∣40°-23°26′∣=73°26′
冬至日：H=90°-∣40°-（-23°26′）∣=26°34′
二分日：H=90°-∣40°-0°∣=50°
4、太陽高度分布的一些規律
⑴極晝所在半球極點的太陽高度在數值上等於太陽直射點的緯度數。
例如：太陽直射點位於20°N，北極點的太陽高度為20°
出現極晝的緯線圈，其「夏至日」正午太陽高度等於當日太陽直射點緯度數的2倍。
⑵極晝區最低緯度數值在數值上等於90°減去太陽直射點的緯度數。
例如：太陽直射20°N，北半球極晝范圍為90°-20°=70°N
⑶極晝區最低緯度處子夜的太陽高度為0°。極晝區其它地點的子夜太陽高度在數值上等於該處緯度值減去極晝區最低緯度數。
例如：當70°N以北出現極晝時，75°N處子夜的太陽高度H=75°-70°=5°
⑷一日內，位於同緯度的各地，其太陽高度由正午12點所在地點向東、西兩側降低；如
果太陽直射赤道，赤道上某地太陽高度在數值上等於90°減去兩地經度差。
例如：某日太陽直射赤道上120°E的地點，此時90°E的太陽高度為
90°-（120°-90°）=60°
5、等太陽高度線圖
等太陽高度線圖是同心圓狀，中心太陽高度為90°，即太陽直射點；最外圈太陽高度為0，即晨昏線。
七、四季、五帶的形成和劃分
1、四季的形成和劃分
正午太陽高度和晝夜長短隨時間變化形成四季。夏季就是一年中正午太陽高度最高、白晝最長的季節；冬季就是一年中正午太陽高度最低、白晝最短的季節；春秋季過渡。
四季的劃分：3～5月為春季，6～8為夏季，9～11月為秋季，12～2月為冬季。
2、五帶的形成和劃分
正午太陽高度和晝夜長短隨緯度變化形成五帶。
五帶劃分：南北回歸線之間為熱帶，極圈與回歸線之間為南、北溫帶，極圈以內為南、北寒帶。
太陽輻射總量從低緯區向高緯區減少。
熱帶：有陽光直射，無極晝極夜。
溫帶：無陽光直射，無極晝極夜。
寒帶：無陽光直射，有極晝極夜。

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