Годичное движение солнца эклиптика урок астрономии 11 класс

План-конспект урока по теме «Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика»
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

В работе представлен план-конспект урока по теме «Годичное движение солнца по небу. Эклиптика»

Скачать:

Вложение	Размер
urokno56_godichnoe_dvizhenie_solntsa_po_nebu._ekliptika.docx	679.51 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Городского округа Саранск

Конспект урока по астрономии

Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика.

учитель физики и астрономии

Ахметова Нязиля Джафяровна

Цели урока: объяснить принцип определения положения светил на небе по их координатам; дать понятие о видимом годичном движении Солнца по эклиптике.

Личностные: проявлять готовность к принятию истории, культуры и традиций различных народов.

Метапредметные: формулировать выводы о причинах различной продолжительности дня и ночи в зависимости от широты местности; проводить анализ вида звездного неба с использованием подвиж-ной карты, исходя из времени года.

Предметные: воспроизводить определения терминов и понятия «эклиптика», объяснять наблюдаемое движение Солнца в течение года; характеризовать особенности суточного движения Солнца на полюсах, экваторе и в средних широтах Земли, называть причины изменения продолжительности дня и ночи на различных широтах в течение года.

Введение понятий «дни равноденствия» и «дни солнцестояния», анализ астрономического смысла дней равноденствия и солнцестояния. Введение понятия «эклиптика». Исследование движения Солнца в течение года на фоне созвездий с использованием подвижной карты. Обсуждение продолжительности дня и ночи в зависимости от широты местности в течение года.

Методические акценты урока. В начале урока целесообразно предложить учащимся задачу на определение высоты светила в верхней кульминации для определенной широты местности.

Народные праздники, дошедшие до наших дней, соответствуют главным датам годового солнечного цикла — равноденствия, солнцестояния. Далее возникает вопрос: почему Солнце не отмечено на звездных картах? Учащихся подводят к выводу о том, что движение Солнца характеризуется суточным движением и годичным движением. Анализируется графическое представление различных суточных параллелей для различных широт наблюдения и различных периодов года. Вследствие суточного вращения Земли наблюдается изменение положения светила относительно горизонта в течение суток. Вследствие годичного движения Земли вокруг Солнца для наблюдателя на Земле наше ближайшее светило перемещается в течение года на фоне звезд. Вводится понятие эклиптики, ее положение относительно других линий и точек на небесной сфере, анализируется положение эклиптики относительно ее проекции на поверхность небесной сферы. Для осознания астрономического смысла дней равноденствия и солнцестояния целесообразно предложить учащимся в группах следующие задания.

1. Используя подвижную карту звездного неба, определите координаты Солнца 23 октября и 21 марта. Поясните, почему данные дни названы днями весеннего и осеннего равноденствия.

2. Используя подвижную карту звездного неба, определите координаты Солнца 22 июня и 22 декабря. Поясните, почему данные дни названы днями летнего и зимнего солнцестояния.

3. Поясните, как меняется продолжительность Дня и ночи от 21 марта к 22 июня, от 22 июня к 23 сентября, от 23 сентября к 22 декабря и от 22 декабря к 21 марта.

Наглядные пособия: демонстрационная подвижная карта звездного неба; учебный звездный атлас; модель небесной сферы; географическая карта полушарий Земли; географический глобус.

I. Опрос учащихся [8-10 минут]

а) У доски опрос учеников по следующим вопросам:

1. Связь между горизонтальной и экваториальной системой координат (у доски готовятся заранее).
2. Движение светила в течение суток и кульминации.
б) Фронтальная беседа по вопросам:

Что такое экваториальная система координат?

Что такое прямое восхождение?

Что такое склонение?

Что такое полярное расстояние?

Что такое горизонтальная система координат?

Что такое высота светила?

Что такое азимут?

Что такое зенитное расстояние?

Устный разбор задач

1. В какой стороне неба находится светило, имеющее горизонтальные координаты: h=28°, А=180°. Каково его зенитное расстояние?

2. Назовите три созвездия, видимые сегодня в течение суток.

3. В какой стороне неба находится звезда, если ее координаты горизонтальные: h=34 0 , А=90 0 . Каково ее зенитное расстояние?

4. Назовите три яркие звезды, видимые у нас в течение суток.

5. В какой стороне неба находится звезда, если ее координаты горизонтальные: h=53 0 , А=270 о . Каково ее зенитное расстояние?

6. Сегодня звезда в верхней кульминации в 21 ч 34 м . Когда ее следующее нижняя, верхняя кульминация?

(через 12 и 24 часа, точнее через 11 ч 58 м и 23 ч 56 м )

в ) Работа по карточкам (4ученика выполняют мини-тесты)

II. Изучение новой темы

План изложения нового материала:

1. Экваториальные координаты (склонение и прямое восхождение) и их аналогия с географическими координатами.

2. Видимое движение Солнца, Луны и планет на фоне звезд. Эклиптика.

Народные праздники, дошедшие до наших дней, соответствуют главным датам годового солнечного цикла — равноденствия, солнцестояния.

Далее возникает вопрос: почему Солнце не отмечено на звездных картах? В ходе ответа на данный вопрос, учащихся подвожу к выводу о том, что движение Солнца характеризуется суточным движением и годичным движением. Анализируется графическое представление различных суточных параллелей для различных широт наблюдения и различных периодов года. Вследствие суточного вращения Земли наблюдается изменение положения светила относительно горизонта в течение суток. Вследствие годичного движения Земли вокруг Солнца для наблюдателя на Земле наше ближайшее светило перемещается в течение года на фоне звезд.

Положение точки на Земле однозначно определяется географическими координатами (φ, λ)

φ — географическая широта

λ- географическая долгота

Эти координаты ввел еще Эратосфен (276-194, Древняя Греция) в 130 г до НЭ, ссылаясь на небесные координаты, введенные Евдоксом Книдским (408-355г, Древняя Греция).

Положение светила на небе (небесной среде) также однозначно определяются — в экваториальной системе координат, где за точку отсчета взят небесный экватор .

Точки Е -востока, W -запада – точки пересечения небесного экватора с точками горизонта. (Напоминаются точки N и S).
Все суточные параллели небесных светил расположены параллельно небесному экватору (их плоскость перпендикулярна оси мира).

Круг склонения — большой круг небесной сферы проходящей через полюса мира и наблюдаемое светило (точки Р, М, Р’).

Экваториальные координаты:
δ (дельта) – склонение светила – угловое расстояние светила от плоскости небесного экватора (аналогична φ ).
α (альфа) – прямое восхождение — угловое расстояние от точки весеннего равноденствия ( γ ) вдоль небесного экватора в сторону противоположную суточному вращению небесной сферы (по ходу вращения Земли), до круга склонения (аналогична λ , измеряемой от гринвичского меридиана). Измеряется в градусах от 0 о до 360 о , но обычно в часовой мере.

Годичное движение Солнца .

Есть светила [Луна, Солнце, Планеты] экваториальные координаты которых меняются быстро. Вводится понятие эклиптики.

Эклиптика — видимый годовой путь центра солнечного диска по небесной сфере.

Наклонена к плоскости небесного экватора в настоящее время под углом 23 о 26′ .

Видимое движение Солнца по эклиптике — отражение действительного движения Земли вокруг Солнца (доказано лишь в 1728г Дж. Брадлеем открытием годичной аберрации).

Небесные явления, возникающие вследствие данных космических явлений

Вращение Земли вокруг оси

Физические явления:
1) отклонение падающих тел к востоку;
2) существование сил Кориолиса.
Отображения истинного вращения Земли вокруг своей оси:
1) суточное вращение небесной сферы вокруг оси мира с востока на запад;
2) восход и заход светил;
3) кульминация светил;
4) смена дня и ночи;
5) суточная аберрация светил;
6) суточный параллакс светил

Вращение Земли вокруг Солнца

Отображения истинного вращения Земли вокруг Солнца:
1) годичное изменение вида звездного неба (кажущееся движение небесных светил с запада на восток);
2) годичное движение Солнца по эклиптике с запада на восток;
3) изменение полуденной высоты Солнца над горизонтом в течение года; а) изменение продолжительности светового времени суток в течение года; б) полярный день и полярная ночь на высоких широтах планеты;
5) смена времен года;
6) годичная аберрация светил;
7) годичный параллакс светил

Созвездия, через которые проходит эклиптика называются зодиакальными .

Число зодиакальных созвездий (12) равно числу месяцев в году, и каждый месяц обозначается знаком созвездия, в котором Солнце в этот месяц находится. 13-е созвездие Змееносца исключается, хотя через него и проходит Солнце. «Red Shift 5.1» (путь Солнца).

Данную таблицу заполняем совместно с ребятами в ходе решения задач работая с подвижной картой звездного неба.

— точка весеннего равноденствия . 21 марта (день равняется ночи ). Координаты Солнца: α  =0 ч , δ  =0 о

Обозначения сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии ОВНА → сейчас находится в созвездии РЫБ, В 2602г перейдет в созвездие ВОДОЛЕЯ.

— день летнего солнцестояния . 22 июня (самый длинный день и самая короткая ночь). Координаты Солнца: α  =6 ч ,  =+23 о 26′

Обозначение сохранилось со времен Гиппарха, когда эта точка находилась в созвездии Близнецов, затем была в созвездии Рака, а с 1988г перешла в созвездие Тельца.

— день осеннего равноденствия . 23 сентября (день равен ночи).

Координаты Солнца: α  =12 ч , δ  =0 о

Обозначение созвездия Весы сохранилось как обозначение символа правосудия при императоре Августе (63г до НЭ — 14г НЭ), сейчас в созвездии Девы, а в 2442г перейдет в созвездие Льва.

— день зимнего солнцестояния. 22 декабря (самый короткий день и самая длинная ночь).
Координаты Солнца: α  =18 ч , δ  =-23 о 26′

В период Гиппарха точка находилась в созвездии Козерога, сейчас в созвездии Стрельца, а в 2272г перейдет в созвездие Змееносца.

Хотя положение звезд на небе однозначно определяется парой экваториальных координат, но вид звездного неба в месте наблюдения в один и тот же час не остается неизменным. Наблюдая в полночь кульминацию светил (Солнце в это время находится в нижней кульминации с прямым восхождением на отличающимся от кульминации светила) можно заметить, что в разные даты в полночь вблизи небесного меридиана проходят, сменяя друг друга, разные созвездия. [Эти наблюдения в свое время привели к выводу об изменении прямого восхождения Солнца.] Выберем любую звезду и зафиксируем ее положение на небе. На том же самом месте звезда появится через сутки, точнее через 23часа 56минут. Сутки, измеренные относительно далеких звезд, называются звездными (если быть совсем точными, звездные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия). Куда же деваются еще 4 минуты? Дело в том, что вследствие движения Земли вокруг Солнца оно смещается для земного наблюдателя на фоне звезд на 1° за сутки. Чтобы «догнать» его, Земле и нужны эти 4 минуты. (рисунок слева) Каждую последующую ночь звезды немного сдвигаются к западу, восходя на 4 минуты раньше. За год сдвинется на 24 ч , то есть вид звездного неба повториться. Вся небесная сфера за год сделает один оборот — результат отражения обращения Земли вокруг Солнца.

Итак, Земля делает один оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут. 24 часа – средние солнечные сутки – время оборота Земли относительно центра Солнца.

III. Закрепление материала (10 мин)

1. Работа по ПКЗН (по ходу изложения нового материала)

а) нахождение небесного экватора, эклиптики, экваториальных координат, точек равноденствия и солнцестояния.
б)определение координат например звезд: Капелла (α Возничего), Денеб (α Лебедя) (Капелла — α=5 ч 17 м , δ=46 о ; Денеб — α=20 ч 41 м , δ=45 о 17′)

в) нахождение звезд по координатам: (α=14,2 ч , δ=20 о ) — Арктур

г) найти, где находится Солнце сегодня, в каких созвездиях осенью. (сейчас четвертая неделя сентября — в Деве, начало сентября — во Льве, в ноябре пройдет Весы и Скорпион)

а) Звезда кульминирует в 14 ч 15 м . Когда ее следующая нижняя, верхняя кульминация? (через 11 ч 58 м и 23 ч 56 м , то есть в 2 ч 13 м и 14 ч 11 м ).

б) ИСЗ пролетел по небу из начальной точки с координатами (α=18 ч 15 м , δ=36 о ) в точку с координатами (α=22 ч 45 м , δ=36 о ). Через какие созвездия пролетел ИСЗ.

а) Какова необходимость введения экваториальных координат?

б) Чем замечательны дни равноденствия, солнцестояния?

в) Под каким углом плоскость экватора Земли наклонена к плоскости эклиптики?

г) Можно ли рассматривать годовое движение Солнца по эклиптике как доказательство обращения Земли вокруг Солнца?

2. Решение задачи

Задача. С помощью подвижной карты звёздного неба определите экваториальные координаты Солнца на 18 октября. Найдите время его восхода и захода на эту дату.

Источник

Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика

Урок 7. Астрономия 11 класс ФГОС

Конспект урока «Годичное движение Солнца по небу. Эклиптика»

Солнце так же, как и другие звёзды, описывает свой путь по небесной сфере. Находясь в средних широтах, мы можем каждое утро наблюдать за тем, как оно появляется из-за горизонта в восточной части неба. Затем постепенно поднимается над горизонтом и, наконец, в полдень достигает наивысшего положения на небе. После этого Солнце постепенно опускается, приближаясь к горизонту, и заходит в западной части неба.

Ещё в глубокой древности люди, наблюдавшие за перемещением Солнца по небу, обнаружили, что его полуденная высота меняется с течением года, как меняется и вид звёздного неба.

Если в течение года ежедневно отмечать положение Солнце на небесной сфере в момент его кульминации (то есть указывать его склонение и прямое восхождение), то мы получим большой круг, представляющий проекцию видимого пути центра солнечного диска в течение года. Этот круг древними греками был назван эклиптикой, что переводится, как ‘затмение’.

Конечно же, перемещение Солнца на фоне звёзд — это кажущееся явление. И вызвано оно вращением Земли вокруг Солнца. То есть, по сути, в плоскости эклиптики лежит путь Земли вокруг Солнца — её орбита.

Мы уже с вами говорили о том, что эклиптика пересекает небесный экватор в двух точках: в точке весеннего равноденствия (точка овна) и в точке осеннего равноденствия (точка весов).

Кроме точек равноденствия, на эклиптике выделяют ещё две промежуточные точки, в которых склонение Солнца бывает наибольшим и наименьшим. Эти точки получили название точек солнцестояния. В точке летнего солнцестояния (она ещё называется точкой рака) Солнце имеет максимальное склонение — +23 о 26’. В точке зимнего солнцестояния (точка козерога) склонение Солнца минимально и составляет –23 о 26’.

Созвездия, по которым проходит эклиптика получили названия эклиптические.

Ещё в Древней Месопота́мии было замечено, что Солнце, при своём видимом годовом движении проходит через 12 созвездий: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей и Рыбы.

Позже, древние греки назвали этот пояс Поясом Зодиака. Дословно это переводится, как «круг из животных». И действительно, если посмотреть на названия зодиакальных созвездий, то несложно увидеть, что их половина в классическом греческом зодиаке представлена в виде животных (помимо мифологических существ).

Изначально эклиптические знаки зодиака совпадали с зодиакальными, так как ещё не было чёткого разделения созвездий. Начало отсчёта знаков зодиака было установлено от точки весеннего равноденствия. А зодиакальные созвездия делили эклиптику на 12 равных частей.

Сейчас же зодиакальные и эклиптические созвездия не совпадают: зодиакальных созвездий 12, а эклиптических — 13 (в них добавлено созвездие Змееносца, в котором Солнце находится с 30 ноября по 17 декабря. Помимо этого, из-за прецессии земной оси, точки весеннего и осеннего равноденствий постоянно смещается.

Прецессия (или предварение равноденствий) — это явление, возникающее из-за медленного раскачивания оси вращения земного шара. В этом цикле созвездия идут в обратную сторону, по сравнение с обычным годичным циклом. При этом получается, что точка весеннего равноденствия примерно каждые 2150 лет смещается на один знак зодиака по ходу часовой стрелки. Так с 4300 года по 2150 год до нашей эры эта точка располагалась в созвездии Тельца (эра Тельца), с 2150 года до нашей эры по 1 год нашей эры — в созвездии овна. Соответственно, сейчас, точка весеннего равноденствия находится в Рыбах.

Как мы уже упоминали, за начало движение Солнца по эклиптике принимается день весеннего равноденствия (около 21 марта). Суточная параллель Солнца под влиянием его годового движения непрерывно смещается на шаг склонения. Поэтому общее движение Солнца на небе происходит как бы по спирали, которая является результатом сложения суточного и годового движения. Итак, двигаясь по спирали, Солнце увеличивает своё склонение примерно на 15 минут в сутки. При этом продолжительность светового дня в Северном полушарии растёт, а в Южном — убывает. Это увеличение будет происходить до тех пор, пока склонение Солнца не достигнет +23 о 26’, что произойдёт примерно 22 июня, в день летнего солнцестояния. Название «солнцестояние» связано с тем, что в это время (примерно 4 дня) Солнце практически не изменяет своего склонения (то есть как бы «стоит»).

После солнцестояния следует уменьшение склонения Солнца и длинный день начинает постепенно убывать до тех пор, пока день и ночь не сравняются (то есть примерно до 23 сентября).

После прохождения точки осеннего равноденствия, Солнце меняет своё склонение на южное. В Северном полушарии день продолжает убывать, а в Южном, наоборот, возрастает. И это будет продолжаться до тех пор, пока Солнце не достигнет точки зимнего солнцестояния (примерно до 22 декабря). Здесь Солнце опять примерно 4 дня практически не будет изменять своего склонения. В это время в Северном полушарии наблюдаются самые короткие дни и самые длинные ночи. В Южном наоборот, в разгаре лето и самый длинный день.

Через 4 дня, для наблюдателя в Северном полушарии, склонение Солнца начнёт постепенно увеличиваться и, примерно, через три месяца светило опять придёт в точку весеннего равноденствия.

Теперь давайте переместимся на Северный полюс. Здесь суточное движение Солнца практически параллельно горизонту. Поэтому в течение полугода Солнце не заходит, описывая круги над горизонтом — наблюдается полярный день.

Через полгода склонение Солнца поменяет свой знак на минус, на Северном полюсе начнётся полярная ночь. Она также будет длиться около полугода.

Переместимся на экватор. Здесь наше Солнце, как и все другие светила, восходит и заходит перпендикулярно плоскости истинного горизонта. Поэтому на экваторе день всегда равен ночи.

Теперь давайте обратимся к карте звёздного неба и немного поработаем с ней. Итак, мы уже знаем, что карта звёздного неба представляет собой проекцию небесной сферы на плоскость с нанесёнными на неё объектами в экваториальной системе координат. Напомним, что в центре карты располагается северный полюс мира. Рядом с ним Полярная звезда. Сетка экваториальных координат представлена на карте радиально расходящимися от центра лучами и концентрическими окружностями. На краю карты, возле каждого луча, написаны числа, обозначающие прямое восхождение (от нуля до двадцати трёх часов).

Склонение отсчитывается по этим лучам от окружности, которая изображает небесный экватор и имеет обозначение ноль градусов.

Для того, чтобы по карте звёздного неба определять вид неба в любое время суток выбранной даты года, к ней прилагается накладной круг, внутри которого начерчены оцифрованные пересекающиеся овалы, а по наружному краю круга нанесена шкала с делениями, которые соответствуют часам суток.

В накладном круге делается вырез по тому овалу, который является наиболее близким к широте места наблюдения. Полученный контур выреза будет представлять собой горизонт с основными его точками: севера, юга, запада и востока.

Для определения вида звёздного неба в конкретный момент времени на интересующую нас дату, необходимо совместить накладной круг и карту так, чтобы штрих момента времени совпал со штрихом этой даты. Тогда в отверстие накладного круга вы увидите звёздное небо на нужный вам день и час.

На контуре выреза, между его точками Ю, В и С, расположатся звезды, которые восходят в этот момент, а между точками Ю, 3 и С — звезды, которые заходят. Те звёзды, которые закрыл накладной круг, будут не видны.

Однако с помощью подвижной карты можно определять не только моменты восхода и захода звёзд, но и других светил, в том числе, и Солнца.

Как мы говорили, видимый годовой путь Солнца среди звёзд называется эклиптикой. На карте она представлена овалом, который несколько смещён относительно Северного полюса мира. Точки пересечения эклиптики с небесным экватором называются точками весеннего и осеннего равноденствия (они обозначены символами овна и весов). Две другие точки — точки летнего и зимнего солнцестояний — на нашей карте обозначены кружочком и ромбиком соответственно.

Чтобы можно было определять время восхода и захода Солнца или планет, необходимо предварительно нанести их положение на карту. Для Солнца это не составляет большого труда: достаточно приложить линейку к Северному полюсу мира и штриху заданной даты. Точка пересечения линейки с эклиптикой покажет положение Солнца на эту дату.

Теперь давайте с помощью подвижной карты звёздного неба определим экваториальные координаты Солнца, например, на 18 октября. А также найдём примерное время его восхода и захода на эту дату.