第四单元 地球的运动讲解

第四单元地球的运动

一、单元概述

“地球的运动”，共有8课。前5课主要研究地球的自转，后3课，研究公转和与地球运动相关联的现象：四季和极昼极夜。最终让学生认识到地球在逆时针自转和公转，自转产生昼夜现象，公转时由于地轴倾斜产生了四季和极昼极夜现象。

第1课，“昼夜交替现象”。让学生从熟悉的昼夜现象开始研究地球的运动，试着从地球和太阳的运动关系入手，实际上引起昼夜交替现象有好几种可能：书中72页介绍的四种假设到底哪一种才是真实的情况呢？学生的解释可能是多种多样的，但所有的解释都要求得到模拟实验的证据支持。在模拟实验中，是让学生借助光照射到球体上，会在球体上形成亮面和暗面，来模拟昼夜交替现象。

在模拟实验中，教师要鼓励学生发现产生昼夜交替现象的其他可能性。如地球绕另一圆心公转；地球在自转，太阳绕另一圆心公转；地球和太阳在同一轨道上，地球自转等。昼夜现象的形成跟1、太阳光的照射2、地球是球体3、球体不断自转三个因素相关。

让学生学着分析各种解释，从中找到这些解释的共同特点：地球和太阳作相对的圆周运动，都可能产生昼夜交替现象。昼夜交替现象，只要太阳绕着地球或地球绕着太阳进行圆周转动就可以产生。但是我们明确一点，在这四种假设中只有第四种是正确的。

第2课，“人类认识地球及其运动的历史”。让学生了解人类认识地球及其运动中最具代表性的观点：地心说和日心说，关注并讨论两种学说所使用的证据，反思自己有关昼夜现象的解释。

“地心说”也称“地球中心说”“地静说”。认为地球居于宇宙的中心静止不动，太阳、月球、行星和恒星都围绕地球运转。这一学说最初是古希腊哲学家亚里士多德提出的。

哥白尼的“日心说”又称“太阳中心说”“地动说”“日静说”。认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都围绕太阳运动。这一观点相当于我们模拟实验中的第二种解释。

教科书选取了托勒密的代表性观点：地球是球体、地球不动、地球位于宇宙的中心。托勒密的观点相当于我们模拟实验中的第一种解释。

两种学说的相同点是，地球是球形。不同点是，“地心说”认为地球不运动，处于宇宙中心，太阳围着地球运动；“日心说”认为地球在运动，并且围绕太阳运动，所以它不处于宇宙中心。

这两种学说都能解释昼夜交替现象，是因为天体的相对圆周运动都可导致昼夜现象发生。希望修正解释的结果，学生还能保留他们的多种解释：如地球围绕太阳公转同时自转、太阳围绕地球转、太阳围着自转的地球公转等。也就是说，希望学生明白，在没有新证据时，不能轻易对解释加以否定。

第3课，“证明地球在自转”。运用关键性证据证明地球在自转。教科书为了帮助学生理解傅科摆的原理，设计了傅科摆的模拟实验，让学生体验摆具有保持运动方向不变的惯性。人们在长期的观察中，已经发现了一些可以说明地球在自转的论据：1.天体的周日视运动(太阳、月亮和星星每天东升西落的现象)。这种现象可以用地球自转来解释，但也可以用地心说的观点——天穹围地转（地球是宇宙的中心）来说明(当然以现

在的证据来看是错误的)。2.地球上水平直线运动的物体，会发生偏向现象，在北半球向右偏，在南半球向左偏。这些现象都是地球自转的结果。

为确保实验效果良好，摆锤应稍重一些，摆线应稍长一些，特别注意提醒学生要平稳而缓慢地转动底盘，尽可能减少外力对摆运动方向的影响。在做实验时，还要要求学生不要晃动桌子、不要对着摆吹气、不要让风吹动摆等，以免影响实验效果。

本实验需要的转动圆盘，最好是用餐桌上的转动盘。如无，可用一块普通的木板，在木板的中心处钉上一枚钉子，用来作为木板转动的轴。使用时，要求学生扶平木板，使其平稳缓慢地转动。

实验时，让学生朝某一方向摆动摆，并记下摆动的方向，如前后来回，或左右来回。再转动底盘，每90度记录一次。学生会发现，底盘转动了，而摆未改变摆动方向。摆的支架转动360度后，摆依然未改变方向。我们的解释是：当圆底盘转动后，摆摆动的方向基本不变，恰好证明了地球在旋转，对于前面有关昼夜交替现象的种种可能的解释我们将排除第一种假设，保留后三种假设。

证明地球自转的方法：

1.牙签法

先用一只脸盆装满水,放在水平且不易振动的地方,待水静止后,轻轻放下一根木质细牙签,并在牙签的一端做一

个记号,记住牙签的位置,过几个小时后(最好在10个小时以上),再去看时你就会发现,牙签已经转动了一定角度,看起来好像是牙签在转动,其实它并没有转动,而是地球在转动.在北半球,牙签作顺时针转动,因为地球自转在北半球看起来是逆时针方向的.南半球则与北半球相反.

第4课，“谁先迎来黎明”。借助学生在生活中的经验来认识相对运动，并根据地球以外的参照物确认地球自转的方向。

教科书中设计了一个地球自转的模拟实验，让两个学生分别代表北京和乌鲁木齐，但一定要注意他们的位置关系。即相对于代表“太阳”的观察者来说，北京在右在东，乌鲁木齐在左在西，这也和我们观察地球仪上两者的位置东西关系是一致的。

活动时可以让代表地球的所有学生同时转动，让代表“北京”和“乌鲁木齐”的学生见到“太阳”就示意一声。学生们可以从他们发声的先后关系来判断他们谁先迎来“黎明”。但由于转动方向不同，迎来“黎明”的时间先后就不同。自西向东或逆时针方向转时，北京先迎来黎明；自东向西或顺时针转时，乌鲁木齐先迎来黎明。所以，地球自转方向不同，迎来黎明的时间也就不同。

先是启发学生联想生活中熟悉的车、船与周边景物相对运动的现象。人坐在向前行驶的汽车里，会看到路旁的树向后退；当车向后行驶时，会看到路旁的树向前进。通过这个活动，学生可以初步知道景物视觉上运动方向与车的运动方向是相反的。再让学生坐在转椅上观察周围的物体，他们可以观察到，转椅转动的方向和周围的物体相对运动的方向是相反的。

既然太阳的运动方向是东升西落，那么地球运动的方向就应该是自西向东或逆时针方向了。

北京和乌鲁木齐谁先迎来黎明的问题这时就可以得出答案了——是北京先迎来黎明。（自西向东或逆时针方向转动）

要知道北京和乌鲁木齐或其他大城市之间迎来黎明的时间相差多少小时，需先确定地区之间的位置关系——东西方向和经度相差多少。地球自转一周是24小时，相当于一小时转动15度，北京在东8时区乌鲁木齐在东6时区，巴黎在东1时区，所以北京和乌鲁木齐日出的时间相差两小时，于巴黎相差7小时。东经180º比西经180º早一天。

最后让学生总结前一段时间的学习，表格中需填写的正确内容分别是：球形、傅科摆、自西向东或逆时针、24小时或一天。

第5课，“北极星‘不动’的秘密”。

教科书第82页右上图为人们拍摄到的北极星附近的天体视运动情况。可以较明显地看到星星们在一段时间内的运动轨迹——以北极星为中心的长短不同的圆弧。左上图是在南极拍摄到的天体运动的类似情况。

星星的旋转运动在南北极都能观察到，都有一个旋转的中心。

从图片上看，北极星的位置有细微的变动，而这个变动在实际观察中，用肉眼是很难发现的。也就是说，地轴北端并非完全正指北极星。

教科书中指出了观察分析的要点：两张图片有什么共同点？星座在做什么运动？学生之间对话的内容是这些问题的答案：星星运行的轨迹都有一个圆心，星座在旋转并形成以该圆心为中心的许多圆环，圆心不在天顶，距地平线有一定的高度。

第一个活动：让学生用纸画出星星和北极星，同时将北极星用图钉固定下来，旋转纸板，就可以看到星星围绕北极星旋转。同时，让学生用另一个纸板代表地平线，当这一纸板挡住旋转纸板的下部分时，学生就会观察到：一部分离北极星较近的星体在转动过程中不会沉到地平线下，而另一部分离北极星较远的星体在转动过程中会沉到地平线下，这就是人们常说的东升西落。这个活动可以直观地让学生观察到星体在旋转，而北极星的位置“不动”。地球自转是一个已被学生证实的事实，星体们都会因地球自转而旋转，这一活动还原了这一现象。

第二个活动：让学生坐在转椅上，模拟在自转的地球上，如何看到北极星“不动”。

对话框说明了这一实验的要点：在转椅转动的过程中，眼光要直对北极星。这样可以看

到其他的星体围绕北极星旋转。在做实验时，画有北极星的纸板要贴在稍高一些的墙上，有利于学生保持头部不动。这个活动可以让学生明白：“北极星”处于视线旋转的中心，所以可保持不动。那么地球上会不会有这样一个“视线旋转中心”呢？

教科书又设计了第三个活动：用一个转动的陀螺来解释。陀螺是学生常玩的一种玩具，借助它，可让

学生较直观地观察到旋转时的轴心。轴心由于转动线速度小，所以看起来轴心是“不动”的。学生还可观察到轴心与地面倾斜时，陀螺仍可以旋转。这可以帮助学生想象地球自转也有轴心，轴心相对不动，轴心也是可以倾斜着的。