Практическая работа по «Естествознанию (Модуль: «Общее землеведение»)».

Занятие 2 (8 часов)

Тема № 1. ЗЕМЛЯ – ПЛАНЕТА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Оборудование: географические атласы, глобусы, карта полушарий, теллурий, циркули, таблицы тригонометрических функций.

ВОПРОСЫ ДЛЯ СОБЕСЕДОВАНИЯ

1. Форма и размеры Земли, их географическое значение.

2. Что такое угловая и линейная скорости вращения Земли и чему они равны?

3. Географические следствия вращения Земли вокруг оси: смена дня и ночи, сжатие по оси вращения, зональность в распределении тепла, возникновение приливной волны, отклонение движущихся тел.

4. Местное, поясное, декретное, летнее, московское, всемирное время.

5. Чем обусловлена смена времен года?

6. Почему в вашей местности в течение года неодинаковая продолжительность дня и ночи?

7. Световые пояса Земли.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
(по К. К. Кудло, Минск, 1985).

Представления людей о форме и размерах Земли изменялись по мере расширения географического кругозора и развития науки. Так, древние индийцы представляли Землю в виде плоскости, лежащей на спинах слонов, вавилоняне изображали ее в виде горы, окруженной морем, на которое, как опрокинутая чаша, опирается твердое небо.

Впервые к выводу о шарообразности Земли пришли ученые Древней Греции в VI в. до н. э., а во II в. до н. э. древнегреческий ученый Эратосфен сравнительно точно определил средний радиус земного шара. На рубеже XVII – XVIII вв. английский ученый Ньютон доказал, что Земля не совсем шарообразна, а имеет форму эллипсоида вращения. Причина отклонения Земли от шарообразной – действие центробежных сил, развивающихся при вращении Земли вокруг оси, особенно на экваторе. В связи с неравномерностью распределения массы и неоднородностью вещественного состава Земли ее фигура на несколько десятков метров отличается от правильной формы эллипсоида вращения. Истинная геометрическая фигура Земли была названа геоидом. Поверхность геоида везде перпендикулярна направлению силы тяжести. Отклонение фигуры геоида от формы шара составляет только 0,0015 %.

В России приняты следующие размеры эллипсоида Н. Ф. Красовсского: экваториальный радиус (большая полуось)–6378,2 км; полярный радиус (малая полуось) – 6356,8 км; полярное сжатие – 1:298; экваториальное сжатие– 1:30 000. Площадь Земли – 510 млн. км2, масса 6–10 21 т.

Земля одновременно участвует в ряде движений, важнейшими из которых являются вращение вокруг оси и орбитальное движение вокруг Солнца.

Полный оборот вокруг своей оси по отношению к звездам Земля совершает за 23 ч 56 мин 4 с. Это звездные сутки. Их продолжительность легко определить следующим образом. В южной части неба, возможно ближе к небесному меридиану, выберите одну из ярких звезд и заметьте по вашим часам, когда она скроется за выступ дома, верхушку дерева или какой-нибудь другой предмет. В следующий вечер с того самого места повторите описанное наблюдение и определите время захода звезды за тот же предмет. Различие во времени между двумя последовательными заходами звезды за один и тот же предмет будет соответствовать времени оборота Земли вокруг оси по отношению к звездам.

Отрезок времени, за который Земля оборачивается вокруг своей оси по отношению к Солнцу, называется истинными солнечными сутками. Они несколько длиннее звездных, так как одновременно с вращением вокруг своей оси Земля движется и вокруг Солнца. Скорость ее движения вокруг Солнца в течение года не постоянна (зависит от расстояния до Солнца), поэтому и истинные солнечные сутки в течение года имеют разную продолжительность.

В астрономии введено понятие «среднего» Солнца – воображаемой точки, которая движется по небу за то же время что и истинное Солнце, но равномерно. Отрезок времени между двумя кульминациями «среднего» Солнца составляет 24 ч. Время, определяемое но «среднему» Солнцу, называется средним солнечным временем. Для перехода от истинного солнечного времени к среднему необходимо внести поправку времени.

Различают угловую и линейную скорости вращения Земли. Угловая скорость вращения– это угол, на который поворачивается какая-нибудь точка на поверхности Земли за единицу времени. Она одинакова для всех широт и составляет 15° за 1 ч (или 1° за 4 мин). Линейная скорость – это расстояние, которое проходит вследствие вращения какая-нибудь точка на поверхности Земли, за единицу времени. Она зависит от широты и наибольшая на экваторе.

Географическими следствиями вращения Земли вокруг оси являются:

1) величина полярного сжатия, влияющая на форму Земли;

2) движение приливной волны навстречу суточному вращению Земли, что влияет на скорость вращения и форму Земли;

3) отклонение движущихся тел от первоначального направления в Северном полушарии вправо, а в южном – влево (сила Кориолиса). Наиболее четко оно проявляется в движении воздушных и водных масс на Земле;

4) смена дня и ночи и суточная ритмика процессов в географической оболочке (суточный ход температуры воздуха и почвы, жизненных процессов и т. д.).

За начало суток принимают момент нижней кульминации Солнца, т. е. полночь. Начинаются они одновременно на всем меридиане. Поскольку разные меридианы в разное время пересекают точку нижней кульминации Солнца, то каждый меридиан имеет свое время, которое называется местным. Местное время неудобно из-за различий во времени соседних пунктов. Поэтому еще в XIX в. было введено поясное время. Земной шар разделен на 24 часовых пояса по 15°. Поясное время считают по среднему в данном поясе меридиану.

В России в 1930 г. введено декретное время. Оно равно поясному времени плюс 1 час. В качестве всемирного времени принято время начального меридиана (гринвичского).

В каждом месте Земли новая календарная дата наступает в полночь по местному времени. Чтобы не было путаницы между разными пунктами в отношении времени наступления нового дня, международным соглашением установлена условная линия, называемая

линией смены дат. Она проходит по водным просторам, нигде не касаясь суши по 180-му земному меридиану или в относительной близости к нему (рис. 1). При пересечении линии смены дат с запада на восток один день вычитается, а с востока на запад – добавляется.

Путь годичного движения Земли (орбита) имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого находится Солнце. Поэтому расстояние между Землей и Солнцем в течение года меняется. Ближе всего к Солнцу, или в перигелии, Земля бывает 3 января. В это время расстояние до Солнца составляет 147 млн. км. 5 июля в афелии Земля удаляется от него на 152 млн. км. При средней скорости 29,8 км/с. Земля проходит всю орбиту – 940 млн. км за 365 суток 9 мин 9,6 с. Этот период называется звездным (сидерическим) годом. В афелии скорость движения Земли уменьшается до 29,3 км/с, а в перигелии возрастает до 30,3 км/с.

Годовое движение Земли вокруг Солнца можно наблюдать по непрерывному изменению положения Солнца на небе: изменяется полуденная высота Солнца (неодинаковая на разных широтах) и положение мест восхода и захода.

Практическая работа по «Естествознанию (Модуль: «Общее землеведение»)». - student2.ru

Рис. 1. Солнечное время и линия смены календарных дат
(по М. М. Дагаеву)

Чтобы найти горизонтальный угол восхода и захода Солнца, на открытом участке устанавливают шест высотой около 2 м. Вокруг него с помощью трехметровой веревки вычерчивают окружность, на которой колышками- фиксируют точки восхода и захода Солнца(рис. 2). С помощью горизонтального угломера, например буссоли, определяют азимуты этих точек. На основе полученных данных вычерчивают искомый угол.

Высоту Солнца над горизонтом можно измерить любым угломерным инструментом: скафисом, эклиметром, гномоном. Наблюдения желательно проводить в истинный полдень, в 20-х числах каждого месяца.

Основная причина изменения высоты полуденного Солнца над горизонтом и смены времен года– наклон земной оси к плоскости орбиты под углом 66°33'. Особенности годового обращения Земли вокруг Солнца можно хорошо продемонстрировать с помощью теллурия.

21 марта и 23 сентября солнечные лучи в полдень падают отвесно над экватором, равномерно освещая оба полушария. Это дни весеннего и осеннего равноденствий. 22 июня – день летнего солнцестояния: солнечные лучи в полдень падают отвесно над параллелью 23°27' с. ш., которая называется Северным тропиком. На параллели 66°33' с. ш. в этот день Солнце не заходит за горизонт и там царит полярный день. Эта параллель называется Северным полярным кругом. 22 декабря – день зимнего солнцестояния: солнечные лучи в полдень падают отвесно на Южный тропик (23°27' ю. ш.); на Южном полярном круге (66°33' ю. ш.) стоит полярный день, а на Северном – полярная ночь. В это время к северу от Северного полярного круга устанавливается полярная ночь, а к югу от Южного полярного круга – полярный день.

Так как тропики и полярные круги являются границами смены режима освещения земной поверхности в течение года, то их принимают за границы световых поясов на Земле. Между тропиками расположен тропический световой пояс, от тропиков до полярных кругов – два умеренных световых пояса, от полярных кругов до полюсов – два полярных световых пояса.

На Северном полюсе Солнце появляется из-за горизонта 21 марта. Описывая спираль, оно не заходит и поднимается все выше и выше над горизонтом, а 22 июня достигает наибольшей полуденной высоты в 23,5°. Затем Солнце по спирали опять начинает опускаться и 23 сентября уходит за горизонт на полгода.

Практическая работа по «Естествознанию (Модуль: «Общее землеведение»)». - student2.ru

Рис. 2. Измерение горизонтального угла восхода и захода Солнца (по Н. С. Ратобыльскому)

На экваторе солнечные витки перпендикулярны горизонту. Круглый год день равен ночи. Двигаясь по спирали с юга на север и обратно, Солнце два раза в году в дни равноденствий восходит в точке восхода и заходит в точке запада. В эти дни в полдень оно всегда в зените. В остальные Дни точки восхода и захода Солнца сдвинуты: зимой – к югу, летом – к северу от точек востока и запада. В дни солнцестояний (22 июня и 22 декабря) .этот сдвиг самый большой и составляет 23,5°.

В средних широтах Солнце проходит через точки востока и запада только в дни равноденствий. Зимой точки его восхода и захода постепенно смещаются к северу на 23,5°, а летом – к югу на 23,5°. В зените Солнце никогда не бывает, а его высота в течение года изменяется на 47°. Это влияет на продолжительность дня: наибольшей она бывает в день летнего солнцестояния, наименьшей–в день зимнего солнцестояния.

ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ

Задания:

1. Назовите математические модели, используемые для описания формы Земли в порядке их приближения к истинной форме Земли. Укажите размеры полярных и экваториальных радиусов этих фигур.

2. Какими измерениями было доказано сжатие Земли у полюсов?

3. Воспроизведите рисунок 13 (практикум 1, стр.17) и подпишите значенияR1, R2, R3, L.

4. Какова длина экватора Земли? Чему равна длина меридиана?

5. Что такое физическая поверхность Земли?

6. Дайте определение уровенной поверхности. Сколько уровенных поверхностей можно провести на Земле?

7. Что такое геоид?

8. Какие следствия шарообразности Земли позволили людям до космических полетов установить форму нашей планеты? Какие явления доказывают шарообразность Земли лишь в том случае, если наблюдаются постоянно или повсеместно?

9. На рисунке 14 (практикум 1, стр. 17) изображен восход (заход) Солнца. Заштрихуйте неосвещенные части предметов. Объясните, почему при восходе (заходе) Солнце освещает раньше всего (дольше всего) наиболее высоко расположенные объекты.

10. Нарисуйте чертеж, показывающий, как меняется вид приближающегося к наблюдателю объекта (например, подходящего к берегу корабля).

11. Подготовьте сообщение о первом кругосветном путешествии Ф. Магеллана.

12. Подготовьте сообщение о первом русском кругосветном путешествии.

13. Пользуясь таблицей 4 (практикум 1, стр. 20), составьте график изменения дальности видимого горизонта в зависимости от высоты места наблюдения.

Масштаб: вертикальный –1 :4 000 000; горизонтальный – 1 : 100 000.

На оси абсцисс откладывается высота места наблюдения, на оси ординат – дальность видимого горизонта.

Пользуясь графиком, ответьте на следующие вопросы:

1. Какова дальность видимого горизонта с Эльбруса, с Роман Кош, Джомолунгмы, Килиманджаро, с наиболее высокой точки мыса Дежнева?

2. Можно ли с Эльбруса увидеть Черное и Каспийское моря?

3. Можно ли с Роман Кош увидеть берег Турции?

4. Можно ли с мыса Дежнева увидеть берега Америки?

Чтобы ответить на вопросы, по карте определите высоту (по абсолютным отметкам или по горизонталям) названных точек и расстояние между ними, которые, как предполагается, могут оказаться видимыми. По графику определяется дальность видимого горизонта с данной высоты и сравнивается с определенным по карте расстоянием. Условно принимается, что высота противоположных берегов равна 0 м.

14. Объясните, почему, учитывая только эти данные, нельзя определить истинные пределы видимости.

15. Некоторые исследователи предполагают, что ледяные горы, которые видел с корабля Кук 30 января 1774 г., были горы Коллер на берегу Антарктиды. Максимальная высота гор 2438 м. Кук, судя по координатам судна, находился от гор на расстоянии 500 км. Мог ли он увидеть эти горы? (Высочу места наблюдения можно условно принять за 0 м.)

16. Два путешественника направились с одинаковой скоростью по одному и тому же меридиану от 45 параллели с. ш.: один – к Северному полюсу, другой – к экватору. Одновременно ли они достигнут цели? Объясните, почему длина (в км) дуги меридиана величиной в 1° различна у полюсов и экватора.

17. Какие люди находились ближе всего к центру Земли?

18. Какая точка дальше всего удалена от центра Земли: вершина горы Джомолунгмы или горы Чимборасо?

19. Путешественники наметили следующий маршрут: пройти из Москвы прямо на север 500 км, затем на восток 500 км, затем на юг 500 км и, наконец, на запад 500 км. Вернутся ли они в ту точку, откуда начали свой маршрут?

20. Если мы будем взвешивать одно и то же тело на пружинных весах, одинаков ли будет его вес на полюсе и экваторе?

21. В чем состоят географические следствия размеров и формы Земли? Какие изменения произошли бы на Земле, если бы ее размер и масса стали бы значительно меньше или значительно больше?

22. Какое влияние форма Земли оказывает на распределение тепла по земной поверхности?

Тема № 2.

СУТОЧНОЕ ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ,

ГОДОВОЕ ДВИЖЕНИЕ ЗЕМЛИ

Задания:

1. Поставьте перед собой глобус так, чтобы Северный полюс был обращен к вам. Покажите направление суточного вращения Земли.

2. Какой опыт доказывает суточное вращение Земли?

3. По положению созвездия Большой Медведицы можно ночью определять время. Почему?

4. За какое время Земля совершает полный оборот вокруг своей оси?

5. Что такое звездные и солнечные сутки?

6. Земной шар делает полный оборот вокруг своей оси за 23 ч 56 мин 04 с. Следовательно, за сутки часы должны отставать почти на 4 мин, т. е. на 0,5 ч в неделю. Почему мы не замечаем этого отставания и не подводим постоянно часы?

7. Назовите главные географические следствия суточного вращения Земли.

8. Какое влияние суточное вращение Земли оказывает на ее форму?

9. С чем связано огромное различие в полярном сжатии Земли и Сатурна (1/298 и 0,1 соответственно)?

10. Как вращение Земли вокруг своей оси влияет на нагревание земной поверхности?

11. Докажите, что зональность в распределении температуры есть следствие не только формы Земли, но и ее суточного вращения.

12. Расскажите о суточных ритмах жизни различных организмов.

13. Почему в один и тот же момент на разных меридианах разное местное время?

14. На какую величину отличается местное время пунктов, находящихся друг от друга на расстоянии 15ᵒ долготы? 1° долготы?

15. На нулевом меридиане местное время 12 ч дня. Определите местное время на 30° з. д. в Ленинграде.

16. Местное время в Лондоне 12 ч дня. Определите местное время: а) в Волгограде; б) в Новом Орлеане.

17. Местное время на 15° в. д. 8 ч утра. Сколько времени на 30° в. д., на 30ᵒ з. д.?

18. В Ленинграде местное время 12 ч дня. Сколько времени в Якутске и Буэнос-Айресе?

19. В Ленинграде местное время 10 ч дня. Сколько времени во Владивостоке в Нью-Йорке?

20. Местное время в Москве 10 ч утра. На каком меридиане 12 ч дня? 8 ч утра?

21. Какова долгота пункта А, если в этом пункте 12 ч дня, когда в Лондоне: а) 20 ч; б) 8 ч; в) полночь?

22. На среднем меридиане часового пояса местное время 12 ч дня. Определите поясное и местное время на пограничных меридианах данного пояса.

23. Как по отношению к среднему меридиану своего пояса расположен данный пункт, если его местное время: а) опережает, б) отстает от поясного времени на полчаса? В каком часовом поясе находится ваш город? Как он расположен по отношению к среднему меридиану своего пояса?

24. Экспедиция Магеллана прибыла в Испанию в пятницу, а по счету времени на корабле – в четверг. Объясните, почему при счете времени возникло расхождение в сутки.

25. В рассказе Э. По «Три воскресенья» приводится такой случай. Встретились три моряка. Один, который объехал вокруг света с востока на запад, говорил, что воскресенье будет завтра. Другой, объехавший Землю в противоположном направлении, утверждал, что оно было вчера, а их друг, пребывавший на родине, утверждал, что воскресенье сегодня. В чем же тут дело?

26. Какое время показывают наши часы? На какую величину декретное время отличается от поясного?

27. Определите местное и поясное время Ярославля, если декретное время: а) 13 ч; б) 17 ч; в) 22 ч.

28. Спутник с постоянной орбитой совершает полный оборот вокруг Земли за 1,5 ч. Он пролетал над экватором на одном витке под 20° з. д. Под каким градусом долготы он пересечет экватор на следующем витке? (Рис. 22, практикум 1, стр. 25)

29. Воздушные массы движутся от 30° с. ш. и ю. ш. к экватору. Если бы Земля не вращалась, направление их движения было бы таким, как показано стрелками на рисунке 24 (практикум 1, стр. 25). Воспроизведите рисунок и покажите цветными стрелками действительное направление движения.

30. Какие наблюдения за звездами служат доказательством годового движения Земли?

31. Изобразите в форме чертежа положение Земли на орбите 22 декабря, 22 июня, 21 марта, 23 сентября. На чертеже покажите: направление солнечных лучей, положение земной оси и плоскости экватора, проведите линию, показывающую положение светораздельной плоскости, и заштрихуйте ночную сторону Земли. На орбите поставьте точки, соответствующие положению Земли в афелии и перигелии.

32. Когда Земля находится на большем расстоянии от Солнца: летом или зимой северного полушария?

33. Поставьте глобус последовательно в положение 22 июня, 22 декабря, 21 марта и 23 сентября, исходя из предположения, что солнечный свет идет с вашей стороны (можно использовать теллурий). Вырежьте светораздельную плоскость и приложите ее к глобусу в каждом из этих положений. Поворачивайте в каждом из этих положений глобус в суточном вращении и обратите внимание на следующие моменты:

34. Все ли точки земного шара оказываются в течение суток попеременно то на дневной, то на ночной стороне?

35. Какие участки земного шара при суточном вращении все время остаются на затененной стороне, а какие – на освещенной?

36. Как светораздельная плоскость делит параллели – на равные или на неравные части (т. е. одинакова ли продолжительность дня и ночи)? Сравните величину ночной и дневной части одноименных параллелей северного и южного полушарий в один и тот же день одной и той же параллели в разные дни года.

37. Прикрепите пластилином стержень от шариковой ручки к точке, изображающей на глобусе Москву, так, чтобы он показал направление падения солнечных лучей (параллельно плоскости горизонта) в положении 22 июня. Прикрепите второй стержень аналогично в положении 22 декабря. Сравните угол падения.

38. Обобщите ваши наблюдения и объясните, почему 22 июня северное полушарие получает больше тепла, чем южное, а 22 декабря наоборот. Почему в дни равноденствий оба полушария получают тепла поровну?

39. Воспроизведите рисунок 25 (практикум 1, стр. 27) и дополните его:

1. Проведите светораздельную плоскость.

2. Проведите ось Земли. Подумайте, в какую сторону наклонена ось 22 июня и под каким углом к плоскости орбиты ее проводить.

3. Проведите линию экватора. Под каким утлом к оси Земли?

4. Проведите самую южную из параллелей, на которых 22 июня полярный день, и определите по чертежу ее широту. Как называется эта параллель?

5. Проведите самую северную из параллелей, на которой 22 июня полярная ночь. Определите ее широту по чертежу. Как называется эта параллель?

6. Проведите параллель, на которой солнечные лучи падают отвесно (Солнце в зените). Определите по чертежу ее широту. Как называется эта параллель?

7. Проведите две параллели в умеренных широтах (с одинаковой широтой) в северном и южном полушариях и сравните продолжительность на них дня и ночи (сравнивая части параллелей, расположенные на затененной и освещенной половинах Земли) и углы падения солнечных лучей к горизонту (горизонт– плоскость, касательная к окружности, изображающей Землю).

40. Проанализируйте ваш чертеж и составьте письменное объяснение, доказывающее, что северное полушарие в июне получает больше тепла, чем южное. При анализе сравнивайте продолжительность освещения и углы падения солнечных лучей в полярных, умеренных и тропических широтах северного и южного полушарий.

41. Постройте и проанализируйте аналогичный чертеж, характеризующий положение Земли 22 декабря.

42. Проанализируйте рисунок 26, практикум 1, стр. 28. Сравните видимое движение Солнца над горизонтом в разные сезоны на одной широте и в одинаковые сезоны на разных широтах. В какой стороне горизонта заходит и восходит Солнце в умеренных широтах? В какой стороне горизонта бывает Солнце в полдень на полю. Нанесите на контурную карту полушарий продолжительность полярного дня (красные цифры) и полярной ночи (синие цифры) на 66°30', 70°, 80°, 90° с. ш.

43. Пользуясь графиком (рис. 29, практикум 1, стр. 30), определите наибольшую и наименьшую продолжительность дня в своей местности, а также в самой северной и самой южной точках РФ. Объясните причины изменения продолжительности дня в течение года.

44. На контурной карте полушарий покажите цветным карандашом положение полюсов, тропиков, полярных кругов. Заштрихуйте и надпишите пояса освещенности.

45. Ось планеты, вращающейся вокруг Солнца, перпендикулярна плоскости орбиты. Охарактеризуйте смену времен года на этой планете.

46. Ось планеты, вращающейся вокруг Солнца, располагается примерно в плоскости орбиты. Расскажите о временах года на этой планете.

47. На основе полученных сведений установите взаимосвязи между формой, размерами Земли, ее движением и процессами, которые они вызывают в географической оболочке. Объясните:

1. влияние формы Земли, движения планеты вокруг Солнца и вокруг своей оси на распределение тепла по поверхности Земли и возникновение зональности явлений в географической оболочке;

2. влияние размеров и массы Земли на наличие магнитного поля и атмосферы, величины силы тяжести;

3. влияние осевого вращения планеты на приливы, на отклонение горизонтально движущихся тел, на смену дня и ночи, на различие местного времени на разных меридианах.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Найдите правильный ответ на следующие вопросы.

Вариант 1.

1. Угловая скорость вращения Земли...

а) не одинакова на разных широтах;

б) одинакова во всех точках меридиана.

2. Вы живете в некотором пункте второго часового пояса
(n = 2). На ваших часах поясное время 10 ч 30 мин. Чему оно равно сейчас в Якутске (n=8)?

а) 14 ч 30 мин;

б) 16 ч 30 мин;

в) 18 ч 30 мин.

3. Где на земном шаре день круглый год равен ночи?

а) на полюсе;