Цель: Рассмотреть способ определения географической широты, суточное движение светил на разных широтах, вывод формул высоты светила и закрепление ее на решение задач. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I . Организационный момент
II . Повторение изученного
1. На какой высоте в Новосибирске (φ= 55º) кульминирует Солнце 21 сентября?
2. Где на земле не видно никаких звезд южного полушария?
3. Полуденная высота Солнца 30º, а его склонение 19º. Определить географическую широту места наблюдения.
4. Как располагаются суточные пути звезд относительно небесного экватора?
III . Изучение нового материала
В одно и то же время в разных местах вид звездного неба на разных географических широтах неодинаков. Например: высота Полярной звезды (полюса мира) на разных широтах разная. 125г до н.э. Гиппарх (180-125г, Др. Греция) ввел географические координаты. В 1618-1622г И. Кеплер (1571-1630, Германия) определяет географические координаты некоторых крупнейших городов мира [впервые] в работе “Сокращение (или очерки) Коперниковой астрономии”.
Нужно обратить внимание учеников:
1. Продолжительность суток и года зависит от того, в какой системе отсчета рассматривается движение Земли (связана ли она с неподвижными звездами, Солнцем и т.д). Выбор системы отсчета отражается в названии единицы счета времени.
2. Продолжительность единиц счета времени связана с условиями видимости (кульминациями) небесных светил.
3. Введение атомного стандарта времени в науке было обусловлено неравномерностью вращения Земли, обнаруженной при повышении точности часов.
4. Введение поясного времени обусловлено необходимостью согласования хозяйственных мероприятий на территории, определяемой границами часовых поясов.
Системы счета времени. Связь с географической долготой. Тысячи лет назад люди заметили, что многое в природе повторяется. Именно тогда возникли первые единицы времени – день, месяц, год . С помощью простейших астрономических приборов было установлено, что в году около 360 дней, и приблизительно за 30 дней силуэт Луны проходит цикл от одного полнолуния к следующему. Поэтому халдейские мудрецы приняли в основу шестидесятеричную систему счисления: сутки разбили на 12 ночных и 12 дневных часов , окружность – на 360 градусов. Каждый час и каждый градус были разделены на 60 минут , а каждая минута – на 60 секунд .
Однако последующие более точные измерения безнадежно испортили это совершенство. Оказалось, что Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток 5 часов 48 минут и 46 секунд. Луне же, чтобы обойти Землю, требуется от 29,25 до 29,85 суток. В повседневной жизни используется среднее солнечное время. Основной единицей звездного, истинного и среднего солнечного времени являются сутки. Звездные, средние солнечные и иные секунды мы получаем делением соответствующих суток на 86400 (24h, 60m, 60s). Сутки стали первой единицей измерения времени свыше 50000 лет назад.
Звездные сутки – период вращения Земли вокруг своей оси относительно неподвижных звезд, определяется как промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия.
Истинные солнечные сутки – период вращения Земли вокруг своей оси относительно центра диска Солнца, определяемый как промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра диска Солнца.
Ввиду того, что эклиптика наклонена к небесному экватору под углом 23о26′, а Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической (слегка вытянутой) орбите, скорость видимого движения Солнца по небесной сфере и, следовательно, продолжительность истинных солнечных суток будет постоянно изменяться на протяжении года: наиболее быстро вблизи точек равноденствий (март, сентябрь), наиболее медленно вблизи точек солнцестояний (июнь, январь). Для упрощения расчетов времени в астрономии введено понятие средних солнечных суток – периода вращения Земли вокруг своей оси относительно “среднего Солнца”.
Средние солнечные сутки определяются как промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями “среднего Солнца”. Они на 3m55,009s короче звездных суток.
24h00m00s звездного времени равны 23h56m4,09s среднего солнечного времени. Для определенности теоретических расчетов принята эфемеридная (табличная) секунда, равная средней солнечной секунде 0 января 1900 года в 12 часов равнотекущего времени, не связанного с вращением Земли.
Около 35000 лет назад люди обратили внимание на периодическое изменение вида Луны – смену лунных фаз. Фаза Ф небесного светила (Луны, планеты и т.д.) определяется отношением наибольшей ширины освещенной части диска d к его диаметру D: Ф= d / D . Линия терминатора разделяет темную и светлую часть диска светила. Луна движется вокруг Земли в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси: с запада на восток. Отображением этого движения является видимое перемещение Луны на фоне звезд навстречу вращению неба. Каждые сутки Луна смещается к востоку на 13,5o относительно звезд и за 27,3 суток совершает полный круг. Так была установлена вторая после суток мера времени – месяц.
Сидерический (звездный) лунный месяц – период времени, в течение которого Луна совершает один полный оборот вокруг Земли относительно неподвижных звезд. Равен 27d07h43m11,47s.
Синодический (календарный) лунный месяц – промежуток времени между двумя одноименными последовательными фазами (обычно новолуниями) Луны. Равен 29d12h44m2,78s.
Совокупность явлений видимого движения Луны на фоне звезд и смены фаз Луны позволяет ориентироваться по Луне на местности (рис). Луна появляется узеньким серпиком на западе и исчезает в лучах утренней зари таким же узким серпом на востоке. Мысленно приставим слева к лунному серпу прямую линию. Мы можем прочесть на небе либо букву “Р” – “растет”, “рога” месяца повернуты влево – месяц виден на западе; либо букву “С” – “стареет”, “рога” месяца повернуты вправо – месяц виден на востоке. В полнолуние Луна в полночь видна на юге.
В результате наблюдений за изменением положения Солнца над горизонтом в течение многих месяцев возникла третья мера времени – год.
Год – промежуток времени, в течение которого Земля делает один полный оборот вокруг Солнца относительно какого-либо ориентира (точки).
Звездный год – сидерический (звездный) период обращения Земли вокруг Солнца, равный 365,256320… средних солнечных суток.
Аномалистический год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего Солнца через точку своей орбиты (обычно, перигелий), равен 365,259641… средних солнечных суток.
Тропический год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего Солнца через точку весеннего равноденствия, равный 365,2422… средних солнечных суток или 365d05h48m46,1s.
IV . Закрепление материала
1. Исаак Ньютон родился 4 января 1643г по новому стилю. Какова дата его рождения по старому стилю.
2. Долгота Колыбельки λ=79о09′ или 5ч16м36с. Найдите для Колыбельки местное время и сравните со временем, по которому мы живем
V. Подведение итога урока
1) Каким календарем мы пользуемся?
2) Чем старый стиль отличается от нового?
3) Что такое всемирное время?
4) Что такое полдень, полночь, истинные солнечные сутки?
5) Чем объясняется введение поясного времени?
6) Как определить поясное, местное время?
Домашнее задание
§42-44
