Hệ quả của các chuyền động của trái đất và các dạng bài tập thực hành có liên quan

Cung cấp hệ thống kiến thức cơ bản về chuyển động của Trái đất: chuyển động tự quay và chuyển động quay xung quanh Mặt Trời; các hệ quả của hai chuyểnđộng đó để học sinh có kiến thức và

Mở đầu

I Lý do chọn đề tài

Trong quá trình dạy và học bộ môn Địa lí trong các trường trung học phổthông, đặc biệt tại các trường chuyên, việc rèn luyện các kĩ năng cho học sinh có ýnghĩa vô cùng quan trọng, nhất là trong công tác bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi

Có rất nhiều kĩ năng mà học sinh cần có được trong quá trình học Địa lí: kĩnăng tính toán, kĩ năng nhận dạng và vẽ biểu đồ địa lí, kĩ năng đọc và phân tíchbản đồ, kĩ năng phân tích bảng số liệu…

Trong các kĩ năng trên, ở chương trình Địa lí 10, phần học về các chuyểnđộng của Trái Đất thì kĩ năng tính toán, làm các bài tập liên quan đến các hệ quảchuyển động đó rất quan trọng Bởi đây là một phần kiến thức quan trọng, là mộttrong các nội dung trong cấu trúc đề thi học sinh giỏi Quốc gia Hơn nữa khi họcsinh biết cách làm các bài tập phần này, sẽ giúp các em khắc sâu hơn kiến thức,biết vận dụng kiến thức một cách linh hoạt Ngoài ra còn giúp học sinh phân tíchđược mối quan hệ giữa các hiện tượng tự nhiên, nhận xét và giải thích đượcnguyên nhân và các hệ quả, các sơ đồ, hình vẽ liên quan đến hai chuyển động củaTrái Đất

Từ thực tế trên, để trao đổi kinh nghiệm trong giảng dạy Địa lí với cáctrường bạn về vấn đề này trong bồi dưỡng học sinh giỏi đồng thời nâng cao hiệuquả trong công tác giảng dạy, tôi chọn đề tài

“Hệ quả của các chuyền động của Trái Đất và các dạng bài tập thực hành

có liên quan” Hi vọng rằng, đề tài này sẽ là một tài liệu hữu ích trong công tác bồi

dưỡng học sinh giỏi Tuy nhiên, do chưa có nhiều kinh nghiệm, hơn nữa khả năngcòn hạn chế, mong được sự đóng góp từ bạn bè đồng nghiệp để đề tài của tôi đượchoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn!

Ụ Ủ Ề TÀ

1 Cung cấp hệ thống kiến thức cơ bản về chuyển động của Trái đất: chuyển động

tự quay và chuyển động quay xung quanh Mặt Trời; các hệ quả của hai chuyểnđộng đó để học sinh có kiến thức và biết vận dụng trong thi học sinh giỏi

2 Giới thiệu các dạng bài tập có liên quan đến các hệ quả chuyển động của TráiĐất: tính góc nhập xạ, tính giờ, tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh, tính tọa độ địa líkhi biết góc nhập xạ và giờ địa phương…

3 Đưa ra những ví dụ minh họa cho từng dạng câu hỏi và cách làm

1 huyển động tự quay quanh trục

Chuyển động tự quay xung quanh trục là qui luật chung của các hành tinh.Chuyển động này có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành và tồn tại của Tráiđất

- Trái đất tự quay xung quanh mình nó theo một trục tưởng tượng từ Tâysang Đông, tức là hướng ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống) Trục nàynghiêng với mặt phẳng hoàng đạo (quỹ đạo của Trái đất quay xung quanh MặtTrời) một góc 66033/ tức là độ nghiêng của mặt phẳng xích đạo Trái đất với mặt phẳng hoàng đạo là 23027/

- Tốc độ chuyển động tự quay rất lớn và có sự khác nhau giữa các địa điểm:

ở Xích đạo có tốc độ chuyển động lớn nhất: 464m/s và giảm dần về 2 cực, ở 2 cựctốc độ chuyển động là 0m/s, có nghĩa là trong khi Trái đất tự quay xung quanhtrục, tất cả các địa điểm trên Trái đất đều thay đổi vị trí, trừ 2 cực

- Trái đất tự quay xung quanh trục của nó một vòng trong khoảng thời gianmột ngày đêm, chính xác là 23 giờ 56 phút 04 giây Khoảng thời gian đó có thể xácđịnh bàng vị trí của Mặt trời hai lần chiếu thẳng góc trên kinh tuyến của địa điểmquan sát

ác hệ quả của chuyển động tự quay quanh trục của Trái ất

2.1 Sự luân phiên ngày, đêm:

Hình khối cầu của Trái Đất luôn được Mặt Trời chiếu sáng một nửa, còn mộtnửa không được chiếu sáng, vì thế đã sinh ra ngày và đêm Tuy nhiên, do Trái Đất tựquay quanh trục, nên mọi nơi ở bề mặt Trái Đất đều lần lượt được Mặt Trời

chiếu sáng rồi lại chìm trong bóng tối, gây nên hiện tượng luân phiên ngày và đêm trên Trái Đất.

Hình 1 – Hiện tượng ngày đêm luân phiên

Nhịp điệu ngày và đêm kế tiếp nhau đã làm cho sự phân phối bức xạ Mặttrời trên Trái đất được điều hòa Đây là một trong những nguyên nhân quan trọnglàm cho Trái đất tồn tại sự sống

2.2 Giờ trên Trái Đất và đường chuyển ngày quốc tế:

Trái Đất có hình khối cầu và tự quay quanh trục từ Tây sang Đông nêntrong cùng một thời điểm, người đứng ở các kinh tuyến khác nhau sẽ nhìn thấyMặt Trời ở những độ cao khác nhau; do đó các địa điểm thuộc các kinh tuyến khác

nhau sẽ có giờ khác nhau, đó là giờ địa phương hay giờ Mặt Trời (được xác định

căn cứ vào vị trí của Mặt trời trên bầu trời địa phương)

Để tiện cho việc tính giờ và giao dịch quốc tế, người ta chia đều bề mặt TráiĐất thành 24 múi giờ, mỗi múi giờ rộng 15 độ kinh tuyến Các địa phương nằmtrong cùng một múi sẽ thống nhất một giờ đó là giờ múi Giờ chính thức của toànmúi là giờ địa phương của kinh tuyến đi qua chính giữa múi đó Giờ ở múi số 0được lấy làm giờ quốc tế hay giờ GMT (Greenwich Mean Time), Việt Nam thuộcmúi giờ số 7

Ranh giới của các múi giờ về nguyên tắc là những đường thẳng dọc theo cáckinh tuyến.Tuy nhiên trong thực tế, ranh giới múi giờ thường được điều chỉnh theo

biên giới quốc gia Một số quốc gia có lãnh thổ rộng nhưng chỉ dùng một giờchung cho cả nước (ví dụ Trung Quốc); một số khác lại chia ra nhiều múi giờ (ví

dụ Liên bang Nga có 10 múi giờ, Ca-na-đa có 6 múi giờ)

Hình 2 - Các múi giờ trên Trái đất

Do Trái đất có hình khối cầu nên khu vực múi giờ số 0 trùng với khu vựcmúi giờ số 24 Vậy trên Trái Đất bao giờ cũng có một múi giờ mà ở đó có hai ngàylịch khác nhau, nên người ta quy định lấy kinh tuyến 1800 giữa múi giờ số 12 trênThái Bình Dương làm đường chuyển ngày quốc tế Nếu đi từ phía Tây sang phíaĐông qua kinh tuyến 1800 thì lùi lại một ngày lịch, còn đi từ phía Đông sang phíaTây qua kinh tuyến 1800 thì tăng thêm một ngày lịch

2.3 Sự lệch hướng chuyển động của các vật thể:

Khi Trái Đất tự quay quanh trục, mọi địa điểm thuộc các vĩ độ khác nhau ở

bề mặt Trái Đất (trừ hai cực) đều có vận tốc dài khác nhau và hướng chuyển động

từ tây sang đông Do vậy, các vật thể chuyển động trên bề mặt Trái Đất sẽ bị lệch

so với hướng ban đầu (vì phải giữ nguyên chuyển động thẳng hướng theo quántính) Lực làm lệch hướng đó được gọi là lực Côriôlit Ở bán cầu Bắc, vật chuyểnđộng bị lệch về bên phải; ở bán cầu Nam bị lệch về bên trái theo hướng chuyểnđộng

huyển động quay xung quanh ặt Trời của Trái đất

Trong hệ Mặt trời, Trái đất ngoài vận động tự quay xung quanh trục cònchuyển động quay xung quanh Mặt trời

Quỹ đạo chuyển động của Trái đất quay xung quanh Mặt trời có hình elipgần tròn gọi là hoàng đạo Trái đất chuyển động trên hoàng đạo cùng hướng vớihướng tự quay quanh trục, tức là từ Tây sang Đông với vận tốc rất lớn, trung bình29,8 km/s Để hoàn thành trọn một vòng tròn quỹ đạo, Trái đất phải đi mất 365ngày 5 giờ 48 phút 46 giây

Vì quỹ đạo có hình elip nên trong quá trình chuyển động, có lúc Trái đất ở vịtrí gần Mặt trời nhất (147 166 480 km), là điểm cận nhật, thường vào ngày 3/1 Lúcnày do Trái đất ở gần Mặt trời nhất nên lực hút của Mặt trời với Trái đất là lớnnhất, khi đó tốc độ chuyển động của Trái đất xung quanh Mặt trời là 30,3 km/s.Cũng có lúc Trái đất ở vị trí xa Mặt trời nhất (152 171 500 km), là điểm viễn nhật,thường vào ngày 5/7 Khi này do Trái đất ở xa Mặt trời nhất nên lực hút của Mặttrời với Trái đất là nhỏ nhất, khi đó tốc độ chuyển động của Trái đất xung quanhMặt trời là 29,3 km/s

Điều đáng chú ý là trong khi chuyển động trên quỹ đạo, trục Trái đất bao giờ

đổi phương Chuyển động đó gọi là chuyển động tịnh tiến của Trái đất quanh Mặttrời.

2 Các hệ quả của chuyển động quay xung quanh ặt trời của Trái đất

2.1 Chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời

Hiện tượng Mặt Trời ở đúng đỉnh đầu lúc 12 giờ trưa (tia sáng Mặt Trờichiếu thẳng góc với tiếp tuyến ở bề mặt đất) được gọi là Mặt Trời lên thiên đỉnh.Vào ngày Hạ chí (22- 6), tia sáng Mặt trời chiếu vuông góc với tiếp tuyến bề mặtđất tại chí tuyến Bắc, ngày Đông chí (22-12), tia sáng Mặt trời lại chiếu vuông gócvới tiếp tuyến bề mặt đất tại chí tuyến Nam Riêng 2 ngày 21-3 và 23-9, do trụcnghiêng của Trái đất không quay đầu nào về phía Mặt trời nên tia sáng mặt trời sẽchiếu vuông góc với tiếp tuyến bề mặt đất tại Xích đạo

Hình 4 – Đường biểu diễn chuyển động biểu kiến của Mặt trời trong một năm

Như vậy, ở Trái Đất, ta thấy hiện tượng này chỉ lần lượt xảy ra tại các địađiểm từ vĩ tuyến 23027’N (ngày 22-12) cho tới 23027’B (ngày 22- 6) rồi lại xuống

vĩ tuyến 23027’N, cũng là khu vực được các tia sáng Mặt trời lần lượt chiếu vuônggóc với mặt đất trong năm Khu vực từ các chí tuyến đến hai cực, quanh nămnhững tai sáng chỉ chiếu chếch với mặt đất mà không bao giờ chiếu thành gócvuông Ở các cực ta có vào thời gian có Mặt trời chiếu sáng trong năm ta thấy nhưMặt trời ở là là mặt đất

Điều đó làm ta có ảo giác là Mặt Trời di chuyển Nhưng trong thực tế, không phải Mặt Trời di chuyển mà là Trái Đất chuyển động tịnh tiến xung

quanh Mặt Trời Chuyển động không có thực đó của Mặt Trời được gọi là

chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời

2.2 Hiện tượng mùa

Mùa là một phần thời gian của năm, nhưng có những đặc điểm riêng về thời tiết và khí hậu

Nguyên nhân gây ra các mùa là do trục Trái Đất nghiêng với mặt phẳng quỹđạo của Trái Đất và trong suốt năm, trục của Trái Đất không đổi phương trongkhông gian, nên có thời kỳ bán cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời, có thời kỳ bán cầuNam ngả về phía Mặt Trời Điều đó làm cho thời gian chiếu sáng và sự thu nhậnbức xạ Mặt Trời ở mỗi bán cầu đều thay đổi trong năm

Người ta chia một năm ra bốn mùa Ở bán cầu Bắc, thời gian bắt đầu và kếtthúc các mùa của các nước theo dương lịch và một số nước quen dùng âm - dươnglịch ở châu Á không giống nhau

Các nước theo dương lịch ở bán cầu Bắc lấy bốn ngày: xuân phân (2-3), hạchí (22- 6), thu phân (23-9) và đông chí (22-12) là bốn ngày khởi đầu của bốn mùa:

Hình 5 – Các mùa theo dương lịch ở Bắc bán cầu

- Mùa xuân: từ 21- 3 đến 22- 6, Mặt trời chuyển động biểu kiến từ Xích đạolên chí tuyến Bắc, lượng nhiệt tăng dần dần, sự tích lũy nhiệt bắt đầu nên chưa cao.

- Mùa hạ: từ 22- 6 đến 23- 9, Mặt trời chuyển động biểu kiến từ chí tuyếnBắc về Xích đạo, mặt đất nhận được lượng nhiệt lớn và đã tích lũy nhiệt qua mùaxuân vì thế nhiệt độ ngày càng tăng cao

- Mùa thu: từ 23- 9 đến 22-12, Mặt trời tiếp tục di chuyển về phía chí tuyếnNam Lượng nhiệt nhận được giảm dần, nhưng vẫn còn nhiệt dự trữ từ mùa hạ, vìthế nhiệt độ chưa thấp lắm

- Mùa đông, từ 22-12 đến 21-3 năm sau, mặt trời từ chí tuyến Nam dichuyển lên Xích đạo, lượng nhiệt nhận được có tăng lên một chút nhưng do lượngnhiệt dự trữ đã tiêu hao và mất đi nhiều ở thời kỳ trước nên nhiệt độ thấp, thời tiếtlạnh

Ở bán cầu Nam, bốn mùa diễn ra ngược với bán cầu Bắc

Nước ta và một số nước châu Á quen dùng âm - dương lịch, thời gian bắt đầu các mùa được tính sớm hơn khoảng 45 ngày

- Mùa xuân từ 4 hoặc 5-2 (lập xuân) đến 5 hoặc 6- 5 (lập hạ)

- Mùa hạ từ 5 hoặc 6-5 (lập hạ) đến 7 hoặc 8 - 8 (lập thu)

- Mùa thu từ 7 hoặc 8 - 8 (lập thu) đến 7 hoặc 8 - 11 (lập đông)

- Mùa đông từ 7 hoặc 8 - 11 (lập đông) đến 4 hoặc 5 - 2 (lập xuân)

2.3 Hiện tượng ngày, đêm dài ngắn theo mùa và theo vĩ độ

Trong khoảng thời gian từ 21 - 3 đến 23 - 9, bán cầu Bắc ngả về phía MặtTrời, nên bán cầu này có góc chiếu sáng lớn, diện tích được chiếu sáng lớn hơndiện tích khuất trong bóng tối; đó là mùa xuân và mùa hạ của bán cầu Bắc, ngàydài hơn đêm Ở bán cầu Nam thì ngược lại, thời gian đó là mùa thu và mùa đông,đêm dài hơn ngày

Trong khoảng thời gian từ ngày 23 - 9 đến 21 - 3, bán cầu Nam ngả về phíaMặt Trời, nên bán cầu này có góc chiếu sáng lớn, diện tích được chiếu sáng lớnhơn diện tích khuất trong bóng tối; đó là mùa xuân và mùa hạ của bán cầu Nam,

ngày dài hơn đêm Ở bán cầu Bắc thì ngược lại, thời gian này là mùa thu và mùađông, đêm dài hơn ngày.

Riêng hai ngày 21 - 3 và 23 - 9, Mặt Trời chiếu thẳng góc xuống Xích đạolúc 12 giờ trưa nên thời gian chiếu sáng cho hai bán cầu là như nhau; vì thế ngàydài bằng đêm trên toàn thế giới

Ở Xích đạo, quanh năm có độ dài ngày và đêm bằng nhau Càng xa Xíchđạo, độ dài ngày và đêm càng chênh lệch nhiều Từ vòng cực về phía cực, có hiệntượng ngày hoặc đêm dài 24 giờ (ngày địa cực, đêm địa cực) Càng gần cực, sốngày, đêm địa cực càng tăng Ở hai cực, số ngày hoặc đêm dài 24 giờ kéo dài suốt

Hình 6 - Hiện tượng ngày đêm dài ngắn theo mùa và theo vĩ độ

B Á Ạ G BÀ TẬP T Ự À Ê QU Ế VẬ Ộ G

Trong quá trình tổng hợp tài liệu, rèn kĩ năng làm bài tập phần nội dung về

hệ quả chuyển động của Trái Đất, có một số bài tập đã được giải quyết trên cơ sởhướng dẫn của các tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi và giáo trình có liên quan Trên

cơ sở đó, một số bài tập cũng được giáo viên hướng dẫn ngắn gọn hơn và dễ nhớhơn với các học sinh đội tuyển Đây chính là điều kiện giúp học sinh nắm vữngcách tính toán, trình bày và trả lời các câu hỏi, bài tập

Một số dạng bài tập cụ thể như sau:

I ạng bài tập về tính góc nhập xạ:

1 Khái niệm góc nhập xạ (góc tới): Góc nhập xạ tại một địa điểm là góc hợp bởi

tia nắng Mặt Trời với tiếp tuyến bề mặt Trái Đất tại điểm đó

Cùng với mặt cong của bề mặt Trái đất và chuyển động biểu kiến hàng năm của Mặt trời nên góc nhập xạ có một số đặc điểm sau đây:

- Góc nhập xạ của các vĩ độ khác nhau thì không bằng nhau, nhìn chung nhỏdần từ Xích đạo về hai cực

- Vào hai ngày 21 - 3 và 23 - 9, góc nhập xạ có sự đối xứng nhau qua đườngXích đạo, tại Xích đạo có góc nhập xạ bằng 900, các địa điểm nằm trên cùng một

vĩ độ ở Bắc và Nam bán cầu thì có góc nhập xạ bằng nhau

- Vào ngày 22 - 6, góc nhập xạ lớn nhất ở chí tuyến Bắc và bằng 900, vào ngày 22 - 12 góc nhập xạ lớn nhất ở chí tuyến Nam và bằng 900

- Chỉ có các vĩ độ trong vùng nội chí tuyến mới có góc nhập xạ lớn nhấtbằng 900 úng với ngày Mặt trời lên thiên điỉnh tại vĩ độ đó, vùng ngoại chí tuyến

Công thức tổng quát tính góc nhập xạ:

h0= 90° -  ± Trong đó:

h 0 là góc nhập xạ

 là vĩ độ của địa điểm cần tính góc nhập xạ

 là độ xích vĩ (góc lệch của tia sáng Mặt Trời và mặt phẳng Xích đạo của Trái Đất; dao động trong khoảng từ 0° đến 23° 27’)

Công thức tính cụ thể cho từng ngày đặc biệt:

h 0 = 90° -  - 

* Ngày 22 - 12:

+ Tại Nam bán cầu:

 Khu vực nội chí tuyến: ( <  ):

h 0 = 90° +  -

 Khu vực ngoại chí tuyến: ( >  ):

h 0 = 90° -  ++ Tại Bắc bán cầu:

h 0 = 90° -  - 

3 Một số bài tập minh họa:

12

Như vậy mỗi ngày Mặt trời di chuyển được 0015/08//.

Ngày 6 - 4, Mặt trời cách Xích đạo tính từ ngày Xuân phân là 16 ngày

Vĩ độ nơi có hiện tượng Mặt trời lên thiên đỉnh vào ngày 6 - 4 là:

II ạng bài tập về tính ngày ặt trời lên thiên đỉnh:

1 Khái niệm về hiện tượng Mặt trời lên thiên đỉnh:

Hiện tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh ở một địa điểm là hiện tượng Mặt Trời ởđúng đỉnh đầu lúc 12 giờ trưa (tia sáng Mặt Trời chiếu thẳng góc với tiếp tuyến ở

bề mặt đất) tại địa điểm đó

Nguyên nhân của hiện tượng này là do trục Trái đất nghiêng một góc

660333/ không đổi so với mạt phẳng quỹ đạo trong khi chuyển động tịnh tiến trênquĩ đạo quanh Mặt trời, làm cho Mặt trời lên thiên đỉnh lần lượt tại vùng nội chítuyến

Đặc điểm của hiện tượng Mặt trời lên thiên đỉnh trên Trái đất:

- Chỉ có vùng nội chí tuyến mới có hiện tượng Mặt trời lên thiên đỉnh và cóhai lần Mặt trời lên thiên đỉnh một năm, khu vực ngoại chí tuyến thì không có hiệntượng này (do tia sáng Mặt trời tạo với tiếp tuyến bề mặt đất ở vùng ngoại chítuyến bằng một góc luôn < 900)

- Khoảng cách giữa hai lần Mặt trời lên thiên đỉnh từ Xích đạo về hai chítuyến càng gần lại, đến hai chí tuyến của hai bán cầu thì chập vào làm 1 lần Ở chítuyến Bắc là ngày 22 - 6, còn chí tuyến Nam là ngày 22 - 12

2 Cách tính ngày Mặt trời lên thiên đỉnh:

Từ ngày 21 - 3 đến ngày 22 - 6 là 93 ngày, Mặt trời di chuyển trên đường chuyển động biểu kiến từ Xích đạo (00) lên chí tuyến Bắc (23027/B), được

23027/, nghĩa là 1 ngày Mặt trời di chuyển được 908”