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第十四章 地月运动

Lesson 7/7 | Study Time: 17 Min


14.1 地球如何运转?




地球如何运转?







地球的运转方式


地球的运转主要分为两种运动:



  • 自转(Rotation):地球绕着自己的轴旋转。

  • 公转(Revolution):地球围绕太阳沿着椭圆轨道运行。






地球的自转



  • 地球绕着自己的轴(Earth's Axis)旋转。

  • 自转一圈需要24小时(即1天)

  • 自转方向是自西向东


自转的影响:



  • 昼夜交替:因为地球自转,太阳光只能照到地球的一半,形成白天和黑夜。

  • 科里奥利力:地球表面出现了科里奥利力,影响了风的方向和洋流的流动。






地球的公转



  • 地球围绕太阳沿着椭圆轨道(Elliptical Orbit)运行。

  • 公转一圈需要365.25天(即1年)

  • 地球的公转轨道并非完美的圆形,而是稍微有些椭圆。


公转的影响:



  • 四季变化:由于地轴倾斜(约23.5°),地球在公转过程中不同地区接收到的太阳光角度和时间不同,形成春夏秋冬四季。

  • 太阳直射点的移动:太阳直射点在南北回归线之间来回移动,导致了不同地区日照时间的变化。






地轴的倾斜


地轴是地球自转的假想轴,倾斜角度约为23.5°


地轴的倾斜是四季形成的主要原因。如果地轴不倾斜,地球上将没有四季,所有地方的气候会更单调。































运动类型 定义 周期 主要影响
自转 地球绕着自己的轴旋转 24小时(1天) 昼夜交替、科里奥利力
公转 地球围绕太阳运行 365.25天(1年) 四季变化、太阳直射点的移动





小知识点



  • 地球的自转速度:地球赤道处的自转速度约为1670公里/小时。

  • 近日点和远日点:

    • 近日点(Perihelion):地球距离太阳最近的位置,发生在每年1月初。

    • 远日点(Aphelion):地球距离太阳最远的位置,发生在每年7月初。



  • 星轨现象(Star Trails):夜晚拍摄星空时,可以看到星星在照片中形成弧线,这是地球自转的结果。






趣味问题



  • 为什么地球上有白天和黑夜?因为地球自转,太阳光只能照亮地球的一半,形成白天;而另一半处于黑暗中,形成夜晚。

  • 为什么一年有365天?因为地球绕太阳公转一圈需要大约365.25天。为了简化,我们规定一年为365天,每4年增加1天(闰年)。

  • 地球公转时为什么会有四季?因为地轴倾斜,导致不同时间地球表面接收到的太阳光角度和强度不同,从而形成春夏秋冬四季。













14.2 月球如何运转?




月球如何运转?







月球的运转方式


月球的运转主要分为两种运动:



  • 自转(Rotation):月球绕着自己的轴旋转。

  • 公转(Revolution):月球围绕地球运行。






月球的自转



  • 月球绕着自己的轴旋转。

  • 自转一圈的时间是27.3天

  • 月球的自转速度与它的公转速度相同,因此我们在地球上永远只能看到月球的一面(称为近侧)。






月球的公转



  • 月球围绕地球运行。

  • 公转一圈的时间也是27.3天,与自转周期相同,这种现象叫做同步自转

  • 月球的轨道是椭圆形,因此它与地球的距离会发生变化:


    • 近地点(Perigee):月球距离地球最近的位置。

    • 远地点(Apogee):月球距离地球最远的位置。







月球的两面



  • 近侧(Near Side):我们从地球上可以看到的一面。

  • 远侧(Far Side):我们从地球上看不到的一面。

  • 趣味知识:月球的远侧直到1959年才被苏联的无人探测器首次拍摄到。






月球的引力作用



  • 潮汐现象:月球的引力作用导致了地球上的潮汐现象。


    • 涨潮(High Tide):月球引力拉动海水,使其向月球方向隆起。

    • 落潮(Low Tide):海水从其他地方流向涨潮区域,导致水位下降。


  • 潮汐锁定:正是因为月球引力对地球的作用,月球实现了与地球的同步自转。






月球的相位变化


月球的相位变化是由于它在公转过程中,不同部分被阳光照亮。



  • 新月(New Moon):月球完全背对地球,无法看到。

  • 上弦月(First Quarter):月球的一半被阳光照亮。

  • 满月(Full Moon):月球完全被阳光照亮。

  • 下弦月(Last Quarter):月球的另一半被阳光照亮。































运动类型 定义 周期 主要影响
自转 月球绕着自己的轴旋转 27.3天 造成我们只能看到月球的一面(同步自转)
公转 月球围绕地球运行 27.3天 导致月相变化、潮汐现象





趣味问题



  • 为什么我们只能看到月球的一面?因为月球的自转周期和公转周期相同,导致它总是以同一面朝向地球。

  • 月球会“掉”到地球上吗?不会!月球的公转速度和地球的引力形成了平衡,使它保持在轨道上。

  • 月球会远离地球吗?是的!由于潮汐作用,月球每年以约3.8厘米的速度逐渐远离地球。














14.3 日食和月食如何发生?




日食和月食如何发生?







日食和月食的定义



  • 日食(Solar Eclipse):当月球运行到地球和太阳之间,完全或部分遮挡太阳光时,地球上的某些地方会出现日食现象。

  • 月食(Lunar Eclipse):当地球运行到太阳和月球之间,地球的影子遮挡月球时,会出现月食现象。






日食(Solar Eclipse)



  • 发生条件:

    • 月球位于地球和太阳之间。

    • 只能在新月(New Moon)时发生。

    • 月球的影子投射到地球上,形成日食。



  • 日食的类型:

    • 全日食(Total Solar Eclipse):月球完全遮住太阳。

    • 环形日食(Annular Solar Eclipse):月球遮住太阳中心,但由于月球距离较远,无法完全遮住太阳,形成一个“光环”。

    • 部分日食(Partial Solar Eclipse):月球只遮住部分太阳。



  • 日食的区域:

    • 本影(Umbra):全日食区域,完全黑暗。

    • 半影(Penumbra):部分日食区域,部分太阳可见。








月食(Lunar Eclipse)



  • 发生条件:

    • 地球位于太阳和月球之间。

    • 只能在满月(Full Moon)时发生。

    • 地球的影子投射到月球上,形成月食。



  • 月食的类型:

    • 全月食(Total Lunar Eclipse):月球完全进入地球的本影,呈现红色(称为“血月”)。

    • 部分月食(Partial Lunar Eclipse):月球的一部分进入地球的本影。

    • 半影月食(Penumbral Lunar Eclipse):月球进入地球的半影区域,亮度稍微减弱。








日食和月食的共同点



  • 都是由于天体运行的遮挡现象。

  • 需要太阳、地球、月球三者在一条直线上。

  • 日食和月食并不是每个月都会发生,因为月球的轨道相对于地球轨道有5°的倾斜。


































现象 发生条件 时间 类型 区域
日食 月球位于地球和太阳之间 新月时 全日食、环形日食、部分日食 本影(完全黑暗)、半影(部分可见)
月食 地球位于太阳和月球之间 满月时 全月食、部分月食、半影月食 本影(完全红色)、半影(稍微变暗)





小知识点



  • 为什么日食和月食并不常见?月球的轨道相对于地球的轨道有5°的倾斜,只有在月球轨道与地球轨道的交点附近,日食或月食才会发生。

  • “血月”是怎么回事?在全月食时,地球的大气层会将太阳光中的红光折射到月球表面,使月球呈现红色,因此叫“血月”。

  • 日食的持续时间:全日食的持续时间通常只有几分钟,因为月球的影子很小且移动迅速。

  • 月食的持续时间:全月食的持续时间可以达到1小时以上,因为地球的影子比月球大得多。






趣味问题



  • 为什么日食只能在白天发生,而月食只能在晚上发生?日食需要太阳、月球和地球在白天成一条直线,而月食需要满月时的晚上地球挡住太阳光。

  • 为什么环形日食会出现“光环”?因为月球在远地点时,离地球较远,无法完全遮住太阳,留下一个光亮的圆环。

  • 日食和月食会影响动物吗?是的!日食期间,许多动物会误以为是夜晚而停止活动,甚至回巢;而月食对动物的影响较小。













14.4 什么是潮汐?




什么是潮汐?







潮汐的定义



  • 潮汐(Tides):是海洋水位的周期性升降现象,由月球和太阳的引力以及地球自转引起。

  • 涨潮(High Tide):水位升高的现象。

  • 落潮(Low Tide):水位降低的现象。






潮汐的形成原因



  • 月球的引力:

    • 月球对地球的引力是潮汐的主要原因。

    • 月球引力拉动地球上的海水,使海水向月球方向隆起,形成涨潮。



  • 太阳的引力:太阳的引力虽然比月球弱,但也会对潮汐产生影响。

  • 地球的离心力:由于地球和月球共同绕一个中心点旋转,离心力使得地球远离月球的一侧也会形成潮汐。






潮汐的周期性



  • 每天通常会有两次涨潮和两次落潮,这与地球的自转和月球的公转有关。

  • 潮汐间隔:每次涨潮或落潮的间隔约为6小时12分钟。






春潮和小潮



  • 春潮(Spring Tide):

    • 当太阳、地球和月球成一条直线时(新月或满月期间),太阳和月球的引力叠加,形成最大的潮汐。



  • 小潮(Neap Tide):

    • 当太阳、地球和月球成直角时(上弦月或下弦月期间),太阳和月球的引力相互抵消,形成最小的潮汐。








潮汐的影响



  • 自然现象:潮汐影响海洋生态系统,例如潮间带的生物栖息地。

  • 人类活动:潮汐影响航海、渔业和沿海地区的建设。

  • 潮汐能:潮汐可以作为一种可再生能源,利用潮汐的涨落发电。











































类型 形成原因 特点 发生时间
涨潮 月球引力拉动海水向其方向隆起 水位升高 每天两次,间隔约6小时12分钟
落潮 月球引力减弱,海水回落 水位降低 每天两次,间隔约6小时12分钟
春潮 太阳、地球和月球成一条直线 潮汐最大 新月和满月期间
小潮 太阳、地球和月球成直角 潮汐最小 上弦月和下弦月期间





小知识点



  • 为什么潮汐每天的时间会推迟?因为月球每天在地球上空的同一位置会延迟约50分钟,这导致潮汐时间每天推迟。

  • 潮汐的高度差:在一些地方(如河口或狭窄的海湾),潮汐的高度差可以非常大,例如马来西亚的巴当鲁巴河以其潮汐涌现象闻名。

  • 潮汐涌(Tidal Bore):当潮水迅速涌入狭窄的河口时,会形成潮汐涌,例如亚马逊河的“波罗罗卡(Pororoca)”。

  • 潮汐能如何发电?通过建造潮汐发电站,利用潮水的涨落推动涡轮机产生电能,是一种环保的可再生能源。














14.5 历法与地月运动的关系




历法与地月运动的关系







历法的定义



  • 历法(Calendar):是用来记录时间的系统,通常基于天体的运动,如地球绕太阳的公转或月球绕地球的运动。






历法的基础



  • 地球的运动:

    • 地球绕太阳公转一圈需要365.242天,这被称为回归年。

    • 历法需要根据这一周期来制定一年中的天数。



  • 月球的运动:

    • 月球绕地球一圈的时间约为29.53天,这被称为朔望月。

    • 一些历法(如农历)是基于月球的运动制定的。








公历(Gregorian Calendar)



  • 特点:一年有365天,每四年加入一天(闰年),以接近地球公转的实际时间。

  • 闰年的规则:

    • 能被4整除,但不能被100整除。

    • 或者能被400整除。

    • 例如:2000年是闰年,1900年不是闰年。








农历(Lunar Calendar)



  • 特点:基于月球绕地球的运动。

  • 一个月的长度:为29或30天,一年有354天。

  • 闰月:

    • 为了与地球公转周期保持一致,农历每隔2~3年会加入一个闰月。








历法与地月运动的关系



  • 地球公转与公历:公历基于地球绕太阳的运动,反映了四季的变化。

  • 月球公转与农历:农历基于月球绕地球的运动,反映了月相的变化(如新月、满月)。

  • 地月运动的协调:历法需要协调地球和月球的运动周期,例如农历通过闰月来弥补与太阳年(365天)的差距。





































历法类型 依据的运动 特点 调整方式
公历 地球绕太阳公转 一年365天,每4年加1天(闰年) 闰年规则
农历 月球绕地球公转 一年354天,每月29或30天 每2~3年加1个闰月
阴阳合历 结合地球和月球的运动 同时考虑月相和季节变化 加入闰月或调整天数





小知识点



  • 为什么一年有365天?因为地球绕太阳公转一圈需要约365.242天,历法为了简化取整数为365天。

  • 为什么会有闰年?为了补偿每年多出的0.242天,公历每4年加一天,形成闰年。

  • 农历的闰月是怎么确定的?农历每19年有7个闰月,具体由月相和节气的关系决定。

  • 为什么农历新年每年日期不同?因为农历基于月球的运动,而公历基于太阳的运动,两者的周期不同。

  • 为什么有些年份农历有13个月?为了让农历和太阳年的周期保持一致,需要增加一个闰月。