人教版高中地理基本知识点.pdf

图1.1 宇宙是由物质组成的这是一幅说明宇宙由物质组成的示意图，由四幅小图组成。由上而下依次是蟹状星云、土星、狮子座流星雨和哈彗星。图片形象直观，增加了宇宙是由物质组成的真实感和可信度。阅读“宇宙是由物质组成的”示意图，应注意其丰富的内涵和外延，并依据自己教学的实际情况，分层次地向学生一一揭示，如什么是宇宙、天体、行星、流星体、星云和彗星等等，让“宇宙是由物质组成的”示意图由单一认识组成宇宙的几种物质而变得丰满、有趣，激发学生的学习热情和探索精神。阅 读“宇宙是由物质组成的”示意图步骤如下：说明读图目的读图的目的是认识宇宙是由物质组成的。图中所示内容是组成宇宙的一部分物质，这部分物质通称天体。图中仅表示了各天体的形状，没有涉及它们在空间的高度和相互位置，是各自独立的天体形状示意图。解释图中涉及到的有关概念宇宙：我国古代学者称“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地”。意思是宇指无限的空间，宙指无限的时间，宇宙就是在空间上无边无际，时间上无始无终，按客观规律不断运动着的物质世界，也就是天地万物的总称。宇宙是多样而又统一的，多样性是指宇宙间物质表现形态的多样性，如各种天体形态的多样性；统一性则表现为宇宙是由物质组成的0 组成宇宙的各种物质都有它发生、发展、演变以及消亡的过程，是有限的；而作为总体的宇宙，在空间和时间上，在物质运动形态转化上则上无限的。所以，宇宙是由物质组成的，物质是运动的。天体：宇宙间各种星辰的总称。分自然天体和人造天体两类。恒星、行星、卫星、流星体、彗星和星云等为自然天体。人造卫星为人造天体。蟹状星云：是银河系内一个著名的气体星云，有相当强的射电源、红外源、X 射线源和Y射线源。它位于金牛座&星（我国称“天关”星）的西北1 处。猎户座、人马座、天琴座和狐狸座是天空中几个较亮的星云，其中猎户座的弥漫星云肉眼可以看见。土星：太阳系九大行星之一，按距太阳由近及远的排列顺序，它为第六颗星，有 23 个天然卫星。它的大气层很厚，主要是甲烷和少量的氨，表面的云雾带比木星更为规则，但没有木星那么显著。在它的赤道平面上围绕着一个平而宽的美丽光环，光环由无数的质点组成，这些质点都围绕土星旋转，光环的直径有27万多千米，宽约9.4万千米，厚度很薄，不足20千米。光环并不完整，它被若干暗缝所分开，成为好几个环。土星的第六颗卫星，体积比水星还大，表面也有大气层，这在太阳系九大行星的众多卫星中，是仅有的。我国古代称土星为“填星”、“镇星”。流星体：行星际空间内，小而暗的尘粒和固体物质。当闯入地球大气层时，与大气发生剧烈磨擦而发光，产生短暂而明亮的光迹，称之为流星。流星分偶发流星和流星群两类。偶发流星是单个的、零星的、彼此无关的，出现时间和方向没有规律，一般下半夜流星多于上半夜,而且亮一些。流星群是指集会在同一轨道上围绕太阳旋转的流星特点群，它们可能是彗星瓦解后的破碎物，在轨道上分布不均匀。当地球与这些流星群的密集部分相遇时，流星从天空的某一点向四周放射而出，好像下雨一般，人们称这种现象为“流星雨”。英仙座、狮子座与其他星座相比，“流星雨”较多，是著名的流星群星座。流星是发生在离地面80千米120千米大气中的一种现象。流星现象既同流星本身有关，也同大气层的情况有关，通过对流星的观测，可以了解大气层的物理状况。哈雷彗星：彗星是在扁长轨道上绒太阳运行、质量较小的云雾状小天体。为纪念英国天文学家哈雷，首次利用万有引力定律推算一颗彗星的轨道，并预言它将以76年为周期绕太阳运转，面命名这颗彗星为哈雷彗星。彗星由彗头和彗尾构成，如图。彗头包括彗核、彗发和彗云，彗核由比较密集的固体块和质点组成，其周围的云雾状光辉叫彗发，氢原子云分布在彗头的外围。彗尾的物质，受太阳风的辐射压力，朝着背向太阳的方向延伸，形状像扫帚，因此，彗星俗称扫帚星，我国古代称它为“妖星”。彗星的轨道有椭圆、抛物线和双曲线三种。轨道是抛物线和双曲线的彗星是非周期彗星，它们绕太阳转一个弯就一去不复返了，只能看到一次。而轨道是椭圆的彗星，总是周期性地绕太阳运转，称为周期彗星，可以多次看到，如哈雷彗星。绝大多数彗星绕太阳运转的方向和行星相同，为顺行。但也有例外的，如哈雷彗星绕太阳运转的方向和行星不同，是逆行，被称为逆行彗星。我国是世界上最早记录哈雷彗星和记录资料最丰富的国家，公元前613年第一次记录哈雷彗星，而欧洲在公元前H 年才有了观测哈雷彗星的记录。图1.2 宇宙中不同级别的天体系统这幅图不仅说明了宇宙是由物质组成的，还进一步揭示了各物质之间的从属关系，这种从属关系的存在，又决定于物质是运动的，运动着的物质，相互吸引，分别组成各自的集团，小集团隶属于大集团，大集团隶属于更大的集团，由许许多多更大的集团组成了广阔的宇宙。图中用箭头表示了宇宙中不同级别天体系统的隶属关系。图中下方是由地球和它的天然卫星月球所构成的天体系统，地球是它的中心天体。由于地球质量同月球质量相差悬殊，达81：1 之比，依据万有引力定律，在两物体之间，由于物质具有质量而产生相互的吸引力，质量大的物体对质量小的物体吸引力大，月球以及人造卫星绕地球运行，就是这个道理。由于地球和月球质量相差悬殊，地月系的质量中心距地球中心只有4728千米，即位于地面下约 1650千米处。通常说的月球绕地球公转，实际上是地球和月球相当于它们的共同质心的公转。图中地月系图的箭头直指太阳系，停留在地球处于的位置及两者隶属关系。太阳系是以太阳为中心天体的天体系统，万有引力把该系统的所有天体联结起来。太阳系大体上是一个球体,其半径在100 000天文单位距离以上（一个天文单位=日地平均距离=1.4960X108千米）。太阳是这个系统的主体，占太阳系总质量的99.86%o 太阳系包括太阳和九大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星）、2958颗正式编号的小行星、48个卫星、许多彗星和流星体等。地球化学的年代测定表明，地球和整个太阳系是在4 7 亿年以前从银河系某个部分分离出来的。图中太阳系的箭头直指银河系，停留在太阳系处于银河系的位置上，明确地告诉我们，太阳系在银河系的位置以及两者的隶属关系。银河系是地球和太阳所在的天体系统，这个天体系统在天球上的投影就是我们在夜晚看到的银河。银河系是一个旋涡星系，由两个旋臂组成，旋臂相距4500光年。银河系包括2000多亿颗恒星和大量的星云、星际气体和星际尘埃，总质量是太阳质量的1400亿倍，其中5%10%为气体和尘埃。大多数恒星集中在一个扁球状的空间范围内，空间范围的形状好似铁饼；还有一部分恒星稀疏地分布在一个圆球状的空间范围内，这个空间范围叫做“银晕”。银河系的中心厚约1.2万光年，在人马座方向。太阳离该中心约3.3万光年。整个银河系在转动着，其各部分的旋转速度和周期，因距银河系中心远近的不同而不同。太阳处的转动速度为250千米/秒。太阳绕银河系中心旋转一周约需2.5亿年。图中银河系图箭头直指总星系，停留在银河系处于总星系位置上，明确地告诉我们，银河系在宇宙的位置和银河系与总星系的从属关系。由几十亿至几千亿颗恒星以及星际气体、尘埃等物质组成的天体系统叫星系,银河系就是一个普通的星系。银河系以外的星系叫河外星系。目前，能观测的河外星系约10亿个，按照它们的形态可以分为椭圆星系、透镜星系、旋涡星系、棒旋星系和不规则星系等五大星系，肉眼可以看到的有仙女座星系和小麦哲伦星系。仙女座星系是离我们最近的一个巨型旋涡星系，在我国南沙群岛上空可看到大小麦哲伦星系，它们是两片云雾状的天体。天文学上把银河系和现阶段能观测到的河外星系，合起来叫总星系。总星系就是我们能观测到的宇宙范围。图1.3 地球在太阳系中的位置这是一幅太阳系特写图，是地理书籍中最常见和使用频率较高的图像；是地理学科各种考试中出现较多、给分较高的图像；也是高一年级地理教学的重点图像，表述了地球的宇宙环境;更是本节教材的重点图像，与 图1.1、1.2一起，由远及近地表述了地球在宇宙中的准确位置,完成了知识教育的层次要求。在三幅图像中，该图为重点知识的着落处，承上起下作用十分重要。阅读这幅图时要紧扣书中的文字叙述和表L 1数据说明，其层次如下：“日心说”的正确性。在公元前三世纪，古希腊天文学家阿里斯塔克提出了“日心说”，他认为太阳处于宇宙的中心，地球和其它行星都绕太阳转动。后来，古希腊的天文学家、数学家、地理学家和地图学家托勒密，在他的主要著作“大综合论”中提出了地心体系，他主张地球居中央位置，日、月、行星和恒星都绕地球运行，即“地心说”。这一理论为基督教神学所利用，长期占据统治地位，直到哥白尼的“日心说”发表，才推翻了“地 心 说 给 神 权 以 沉 重 打 击，引起了宇宙观的革命。哥白尼是波兰天文学家，他最大的成就是以科学“日心说”否定了“地心说”，使自然科学从神学中解放出来。上页图形象地反映了哥白尼“日心说”的宇宙体系。哥白尼认为太阳是宇宙的中心，其它行星和恒星以“完美的”圆形轨道绕日运行。实际上，太阳是太阳系的中心，而不是宇宙的中心。随着时代的进步，科学的发展，在开普勒总结出行星运动三定律，牛顿发现了万有引力定律以后，日心说才建立在更加稳固的科学基础上。地球是太阳系中的一颗普通行星。首先引导学生在图中找出地球，说出地球的左邻右舍，确定地球在太阳系中的位置。其次查阅表1将地球的质量、体积、平均密度、自转和公转运动的特点等一一与其它行星比较，得出地球是太阳系中一颗普通行星的结论，突出其普通性。地球是太阳系中一个特殊的行星。首先引导学生分析图中各行星公转轨道的形状，得出它们公转轨道同圆相当接近（近圆性）。其次阅读九大行星公转方向的箭头，得出它们绕日公转方向同向性的特点。在此基础上，教师讲出九大行星绕日公转的轨道面，几乎在同一平面上，即共面性。由于九大行星绕日公转有共面性、同向性和近圆性的特征，使地球处于一种比较安全的宇宙环境之中。最后从日地距离、地球体积和质量、地球内部变化等几个方面说明地球具有生命的原因。突出其特殊性。图1.4 太阳辐射和太阳常数这幅图从太阳辐射、太阳常数和日地距离等几个概念入手，说明太阳辐射是地球上的能量源泉。阅 读“太阳辐射和太阳常数”图的步骤如下：说明图幅的结构。解释图中的有关概念。太阳：太阳是天空中最引人注目的天体，是位于太阳系中心的恒星，它的视星等为-26.78等（根据地球上收到恒星光的多少划分的星等叫做“视星等”，亮度随星等数字的增加而降低，零等星较一等星亮，负等星较零等星亮），比月球亮50万 倍（月亮视星等为-12.8等）。太阳的直径为139万千米，为 地 球 的109倍，是月球的400倍。太阳的体积是地球的130万倍，质量为地球的33万倍，平均密度是1.4克/厘米3太阳的重量是月球重量的270倍，太阳与月球相比，就像大象和蚂蚁相比。日地距离为1.5亿千米，这个距离是月球到地球距离 的400倍。太阳是一个炽热的气体球，从表面向中心，温度越来越高，中心区约有1600万。C,3000亿个大气压。在高温高压的中心形成一个巨大的核反应区，它的成分是氢与氢，在氢转化为氢时，可释放出极大的能量，这就是核聚变反应。在核聚变反应中所释放的能量,又以电磁波的形式向四周放射，这就是人们常说的太阳辐射。5 0亿年前，自太阳形成之日起，它就不间断地释放出巨大的能量，估计这种状态还能持续50亿年。肉眼看到的太阳表层 为“光球”，“光球”外 围 为“色球”，最外层为“日冕”，这几层组成了太阳的大气。太阳也有自转和公转运动，自转周期在日赤道带约为25天，在两机区约为35天；公转周期（环绕银心运行的周期）约为2.5亿 年（假定轨道偏心率为零）。图中的太阳常数是表示太阳辐射能量的一个物理量。该物理量的含义是，当太阳辐射到达地球大气上界距太阳一个天文单位处（日地距离），在没有大气削弱的情况下，垂直于太阳光线 的 每1平方厘米面积上，1分钟内所获得的辐射能量，常用单位为卡/厘米2 分或焦耳/厘米2 分。太阳常数也不是一个绝对的常数，它会因日地距离的变化可出现3.5%的变化，或太阳物理状况的日际变化和太阳的周期活动也导致1.5%的变化。当太阳辐射穿过地球大气层时，因吸收、散射和反射等削弱作用的影响，到达地球表面的直接太阳辐射则大大地减弱了，对于地球上大多数地区来说，不会超过1.5卡/厘米2 分。到达地球上的太阳辐射能量只相当于太阳辐射能的1/22亿。地球在一年中从太阳获得的能量，相当于人类现有各种能源在同期内所提供的能量的上万倍。地球上的一些天然能源可能有枯竭的那一天，而太阳能却是取之不尽，用之不竭的清洁能源。地球也从月球等其它天体获取能量，但数量是微不足道的，如地球从月球和其它天体获得的能量，仅为太阳辐射能的亿分之一；来自宇宙空间的辐射能也仅为太阳辐射的20亿分之一；从地球内部传到地面的能量，也只有太阳辐射能的万分之一。所以，太阳辐射是地球最主要的能量源泉，是引起大气中各种现象和演变过程的最根本的动力，是地理环境形成和变化的极重要的因素，太阳辐射是太阳对地球最重要的影响，是地球上生命的源泉。图1.5 中国太阳年辐射总量的分布太阳能利用具有巨大潜力。为便于太阳能资源开发利用，根据以下指标对我国太阳能资源利用进行分区：首先是太阳年辐射总量，其次是月均温10期间日照时2 6小时的天数。按此标准，将我国划分为太阳能资源丰富区、较丰富区、可利用区和贫乏区（见图）。资源丰富区：年太阳辐射总量在1700千瓦时每平方米以上，月均温N10期间日照时数二6小时天数在300天以上。主要分布在南疆、陇西、青藏高原大部分和内蒙古高原西部。其中青藏高原为高值中心。资源较丰富区：年太阳辐射总量在15007700千瓦时每平方米，月 均 温 期 间 日 照 时数2 6小时的天数在200天300天。主要分布在北疆、内蒙古高原东部、华北平原大部、黄土高原大部、甘肃南、川西及川南滇北的一部分。资源可利用区：年太阳辐射总量在12007500千瓦时每平方米，月均温10期间日照时数Z 6小时的天数在125天200天。主要分布在东北大部、东南部丘陵地区、汉水流域、广西大部、川西黔西一部分、云南东南、湖南东部。资源贫乏区：年太阳辐射总量在1200千瓦时每平方米以下，月 均 温 期 间 日 照 时 数6小时的天数在125天以下。主要分布在四川、重庆、贵州大部分地区，以成都平原最少。读图教学中可引导学生完成：A、找出我国太阳能的四个分布地区。B分析太阳能丰富区资源丰富的原因（地势高，太阳辐射穿过大气层厚度小，晴天多，降水少，被大气削弱的太阳辐射少）。C、找出家乡在哪一分布区，分析家乡利用太阳能的前景。1.6 太阳大气结构在广漠无垠的宇宙中，太阳只是银河系中的一颗普通恒星，但是对地球来说，它又不同于一般的恒星，它的光和热是人类赖以生存和活动的源泉。地球上许多自然现象，都同太阳息息相关。由于日地距离的邻近，太阳是地球上唯一能看到其表面细节的恒星。太阳的外部，即太阳大气，由里向外可分为三层：光球、色球和日冕。光球层是太阳大气的最里层，平时用肉眼可观察到的光亮夺目的圆面就是光球层，到达地球的太阳光来自这一层，厚 度 约500千米，温度约6000K。色球层是太阳大气的中层，位于光球层之上，为太阳圆面上玫瑰色的圆，只有在日全时肉眼可见，厚度约2000千米，温度从底部的5000到顶部约几万度。日冕层是太阳大气的最外层，位于色球层之上，其所含质点密度极为稀薄，是太阳大气和行星际空间的过渡地带，仅在日全食时肉眼可见，厚度约达几个太阳直径，温度约100万到200万。C。图 1.7 太阳黑子、图 1.8 一次大耀斑的变化过程、图 1.9 太阳黑子与年降水量的相关性这三幅图说明了太阳活动对地球的影响。阅读步骤如下：讲解图中的有关知识。归纳三幅图，得出太阳活动对地球的影响有哪些方面。太阳活动是太阳大气中一切活动的总称，表现在太阳黑子、光斑、耀斑、谱斑、日珥、射电等的变化。太阳活动有强有弱、有周期性变化。地球上天气与气候的反常变化与太阳活动的强弱及周期性变化有关系，地球上的极光、磁层及电离层扰动也与太阳活动有关。太阳黑子是太阳光球上经常出现的阴暗斑点，太阳黑子的多少反映着太阳活动的强弱，它是太阳活动的基本标志。由于明亮光球的反衬，太阳黑子看起来是黑暗的，其实仍在发光，一个大的黑子能发出像满月那么明亮的光。黑子有大有小，小的黑子直径约有1000千米，大黑子的直径可达20 万千米。黑子的形状像一个浅碟，中间凹陷约500千米。发育完全的黑子分本影和半影，如 图 1.7所示。黑子在日面上的分布有一定的规律，如任何时候观察黑子，总是东半边比西半边的多，又如黑子基本分布日面纬度 8 度 40度的范围内。太阳黑子大都成群出现，每个黑子群由几个至几十个黑子组成，最多可达100多个。太阳黑子的活动周期为11年。当大的黑子群出现时，会在地球上产生磁暴、极光和电离层扰动。耀斑是指太阳色球层的一个地区突然变亮的现象。耀斑大多出现在太阳黑子附近的上空，寿命有几分钟至几个小时，如 图 1.8“一次耀斑的变化过程”也只有约2 小时。太阳黑子多时，耀斑出现的机会也多。耀斑出现时抛射出大量的高能电子和质子，发射出很强的紫外线和X射线并有一系列射电现象，紫外线和X 射线到达地球大气高层，使电离层的正常状态受到破坏，影响短波无线电通讯。粒子辐射到达地球，会引起地磁扰动、极光等现象。耀斑产生的高能粒子和短波辐射对载人宇宙飞船有很大危害。因此，世界各国天文台经常发布耀斑预报，耀斑是太阳活动的主要标志。了解了太阳活动对地球电离层和磁场、极光等的影响后，要指导学生阅读图1.9,即太阳黑子与年降水量的相关性，让学生进一步认识到，太阳活动对气候也有影响。图 1.9中三幅小图表示的测站地点均在北半球，由中纬度到高纬度。图中左侧的纵坐标为年平均降水量，右侧纵坐标为黑子相对数，底边的横坐标为被观察点的时间跨度，共计80年。图中红色曲线为黑子在80年间的变化曲线，蓝色为同时期年平均降水量的变化曲线。图中两重色彩曲线的相关性可以这样描述：在中纬地区的36测站中，上世纪末至本世纪初的30年间，每当太阳黑子数相对多的年份，也就是太阳活动增强的年份，地球上的年降水量处于最低值，即比往常少34成，天气少雨，气候干旱，太阳黑子数与年降水量多少成反比例关系。从 1910年开始，太阳黑子数相对多的年份，该测点的年降水量也多，两者之间成正比例关系。图中22 测站的两条曲线的相关性表现为太阳黑子数相对多的年份，则该测点的降水量反而增加，气候较为湿润。两条曲线的相关性成反比状态。图中高纬度地区 的 12测站，从有观察资料开始，两条色彩曲线的谷与峰的变化基本吻合，即太阳黑子数相对多的年份，测点的降水量也相应增加；太阳黑子数相对少的年份，测点的降水量也少。两条曲线的相关性成正比例状态。从三幅图的分析中可以得出这样的结论：太阳黑子数变化的周期与年平均降水量多少的变化周期基本吻合，大约为11年。这说明了太阳黑子数的变化与年平均降水量之间存在着一定的相关性，即太阳活动确实影响地球上的天气和气候。为什么会在不同纬度有不同的相关性，还需要科学家进一步论证。作为学生只要定性的知道这些相关性就可以了。图1.10 月相成因示意图、图 1.11 月相的变化这两幅图说明日、月、地三者之间的关系及月相变化的规律。在引导学生读图时其步骤如下：说明图幅结构；讲解有关知识；指导学生实地观察月相。图 1.10表示太阳光从右边射来的，内圈表示月亮在公转轨道上的8 个不同的位置（它总是一面是亮的，另一面是暗的，从宇宙空间看月球，并无圆缺盈亏变化）。外圈表示在各个位置上从地球上看的圆缺盈亏的月相变化。图 1.10中月球从A 经 B、C、D,又回到A,完成了围绕地球一周的公转运动，随着月球在公转轨道上位置的不同，日、地、月三者的位置关系也相应发生变化，图上平均每隔约3.7日出现一种月相。在农历一个月内，共出现了 8 种月相。当月球处于A 点时，月球位于太阳和地球之间，它的暗面正对着地球，因而在地球上看不到月亮，这就是农历初一的时候，亦称朔。当月球处于B 点时，月球位于太阳东9 0 、地球的一侧，这时它的暗面与亮面各有一半对着地球，我们看到亮面朝西的半个月亮，这就是上弦月，一般出现在农历的初七或初八。当月球处于C 点时，地球位于太阳和月亮之间，月球位于太阳的对面，这时月球被太阳照亮的一面全部对着地球，我们看到一个圆圆的满月，这时的月相叫做望，相当于农历的十五或十六。当月球处于D 点时，月球位于太阳西9 0 、地球的一侧，这时我们看到亮面朝东的半个月亮，这就是下弦月，与上弦月正好相反，一般出现在农历的廿二或廿三。随后月球继续向东运行，越来越靠近太阳，又回归到A 点位置，月相由下弦逐渐变为朔。月球从A 点经B 点、C 点、D 点，回到A 点，围绕地球公转一周，由于日、地、月三者位置的变化，月球由朔到下一次朔所经历的时间间隔叫做朔望月，朔望月也就是月相变化的周期。图 1.11是说明月相的形状在不同的时刻和它在天空中位置的对应关系。农历上半月，月亮从朔到望（即由亏到盈、由缺到圆），位于太阳的东边，在日落以前已从地平线升起，出现的天空，故有 日未落，月已出”的说法。新生蛾眉月，常在太阳升起后不久就升起，黄昏后已出现在西方天空，月牙的弓弧朝西，但不久即消失在西方的天空。上弦月时，月亮在正午升起，1 8 点左右出现在南方天空，半夜落下，弓弧朝西，上半夜可见。满月时，太阳从西方地平线上落下时，月亮正好从东方地平线升起，整夜可见。农历下半月，月亮由望到朔，即由盈到亏的月相称为残月，残月位于太阳的西边，在日出以后月亮才从地平线上落下，故 有“日已出，月未落”的说法。下弦月时，月亮在半夜24时出现在东方地平线上，正午落下，弓弧朝东。蛾 眉 月（残月）出现在黎明前的东方天空，月牙弓弧朝东，不久消失在东方天空中。由图下所裂表格中“月出”一栏可看出，月亮升起一天比一天晚，平均每天比前一天推迟约50分钟左右的时间。教材中P.10“活动”的表格是用来观测月相使用的，教师应要求学生从农历月初开始到月底为止连续观测一个月的月相，并检查他们的观测记录。从月初到满月这段时间里，观测月相可以在太阳刚下落的时候进行，每天把月相和位置记录下来。从满月到月底这段时间，观测月相可以在太阳升起之前进行，同样把月相和位置记录下来。然后组织观测者开一个月球专题班会，达到将地理知识用于实际的教学目的。图 1.12原苏联“火星”号探测器发回的火星照片、图 1.13“阿波罗”16号飞船的航天员和月球车、图 1.14“天空实验室”航天站、图 1.15中国第一艘载人航天试验飞船“神舟”号这四幅图作为一组图片，说明了人类对宇宙的认识，已经从幻想、初步观察、推理的第一阶段，进入了实质性探测的第二阶段，在这一阶段中，人类不仅认识清楚了地球所处的宇宙环境，还表示出开发宇宙、征服宇宙的信念。因此，在讲解这四幅图时，不仅要向同学叙述人类认识开发宇宙的历史，更应该着力于对未来的瞻望。人类对宇宙的探测发展经历了三个阶段。第一阶段：人造卫星的诞生。第一颗人造卫星叫东方1 号，是 1957年 10月 4 日原苏联发射的。这颗人类第一次制成的人造卫星，沿着椭圆轨道飞行，环绕地球1 圈需要96分钟。它一边发出“嘀、嘀、嘀”的电波，一边向宇宙空间飞行，揭开了人类探测宇宙新的一页。这颗人造卫星本身呈球形，直径5 8 厘米，是用铝合金制成的，里面安装有电源和无线电发报机，没有安装特殊观测装置，只发射强大的电波，宣告人造卫星上天了。东 方 1 号人造卫星总重量83.6千克。同 年 11月3 日有苏联又发射了东方2 号人造卫星。东方2 号装有许多观测仪器，用来研究从宇宙射来的宇宙线（在宇宙空间中高速飞行的微粒）和从太阳辐射来的X 射线等，另外还载有一只试验狗和测量它的装置。1958年 1 月 3 1 日美国成功发射了第一颗人造卫星。这颗人造卫星叫探险家1 号虽然很小，却装有许多观测仪器，发射高度在2000千米以上，远远超过原苏联的东方1 号。在 2000千米以上的高度，辐射能急剧增强，探险家1 号在研究辐射能方面建立了功勋。随着科学技术的进步，科学家又发射了通讯、气象和导航卫星等应用卫星。三种应用卫星的首发成功，都是由美国完成的，1960年 4 月 1 日，发射了第一颗气象卫星泰罗斯1 号、第一颗导航卫星子午仪1 号；同年8 月 12日，又发射了第一颗通信卫星回声号。最早的电视转播卫星叫泰罗斯通信卫星，是美国于1962年 7 月 10 日发射的。卫星发射到轨道上后，美国和欧洲之间的电视转播马上就成功了。但是，这颗卫星飞越大西洋上空的时间仅数分钟，每次的转播时间都很短。为了彻底解决世界范围的电视转播问题，美国又成功地发射了“同步卫星”或“静止卫星”，实现了电视转播的全球性。在太阳系中除了金星，离地球最近的行星就是火星。在 1962年 11月 1 日原苏联首次发射火星探测器火星1 号开始，美国和原苏联不间断地向火星发射了许多探测器，收集了火星表面的许多科学资料，如火星上有凹陷环形山。火星上的凹陷环形山没有月球上的凹陷环形山那样陡峭，似乎是风化或地震作用的结果。火星的大气由二氧化碳、氢、氧和臭氧组成，它的大气压至多只有8 毫巴，相当于地球大气压的百万分之一。两极的极冠面积，夏季和冬季有变化，极冠上覆盖着的“雪”是很清楚的，但究竟是干冰还是冰，还没有搞清楚。火星上有没有生命，还需要再探测。火星上没有氮气，赤道表面温度昼夜变化剧烈，从这两点看，火星上存在生命的可能性很小。图 1.12也表示了火星表面是死而寂静的世界。第二阶段：宇宙飞行。人造卫星上天以后，美国和原苏联都开始为人类的宇宙飞行做准备。1961年 4 月 1 2 日，原苏联宇航员加加林乘坐东方号飞船，完成了人类历史上第一次宇宙航行，这是人类历史上永远值得纪念的日子。加加林做了绕地球一圈的宇宙航行。1961年 8 月 6 日原苏联宇航员盖尔曼 季托夫乘坐东方2 号宇宙飞船，在宇宙空间环绕地球飞行25小 时 18分钟，飞行距离70万千米，人类首次完成了从绕地球一圈到飞行一日的宇宙飞行。美国在1962年 2 月 2 0 日发射了第一艘载人宇宙飞船，成功地绕地球飞行二圈，宇航员是约翰 格林。第一个进入宇宙飞行的女宇航员是原苏联的捷列斯科娃，她乘坐的东方5 号飞船是于1963年 6 月 14日发射的。截 至 1963年，原苏联共发射了运载一人的东方号宇宙飞船6 艘，美国发射运载一人的水星号宇宙飞船4 艘。这是宇宙飞行的第一阶段。第二阶段的宇宙飞行目标是在一艘飞船上运载23人，飞行的时间应更长、高度更高，还要从事各种科学实验。1965年 3 月 18日早晨，原苏联发射了上升2 号运载两人的宇宙飞船，目的是开始做漫步试验。宇航员列昂诺夫身穿特制密封服，打开飞船的两层门飞向宇宙空间。列昂诺夫依靠5米长的防护绳，在宇宙空间中轻飘飘地浮游着，共做了 10分钟的宇宙空间漫步，这是人类历史上第一次宇宙空间漫步，列昂诺夫是第一个步入太空的人。1965年6月，美国人初次成功地做了空间漫步。1966年6月美国又发射了双子星座9号，宇航员完成了两小时的空间漫步。接着美国宇航员又成功地进行了两艘宇宙飞船的会合和对接。2 0世纪6 0年代初期，原苏联在宇宙航行方面虽然占居首位，但美国从1965年 到1966年由于成功地发射了一系列双子星座飞船，终于超过了原苏联。月球是人类宇宙航行的第一个目标。1959年1月2日原苏联发射了月球1号月球火箭；1959年10月4日发射的月球3号拍摄了月球背面的照片，1966年2月3日发射的月球9号，成功地完成了历史上的首次软着陆。1966年6月2日，美国的勘测者1号也成功地软着陆于月球上。以后发射的勘测者号还挖掘了月球上的土壤，美国科学家对月球土壤分析后说：“对人类行走来说，月面并不过于柔软；对月球飞船的着陆来说，也不过于坚硬。月球的土壤具有粘着力，有一种像潮湿的砂子似的感觉。”1969年7月1 6日，美国的阿波罗宇宙飞船，载着宇航员阿姆斯特朗（指令长）、柯林斯（指令舱驾驶员）和奥尔德林（登月舱驾驶员）完成人类登上月球的创举，进行科学考察的任务。他们经过4天零6小时的飞行到达月球表面。2 1日，阿姆斯特朗指令长左脚开始踏上月球大地，他说：“这一步虽小，但对于人类而言却是伟大的飞跃。”这时正是月球世界的傍晚，但上空却一片漆黑，太阳在月球地平线上约10度的西边天空燃烧着，看去，比炼铁炉里的火还炽热。地球则高悬在天穹的中央，比太阳大得多，像蓝色半月一样，放射着光芒。阿姆斯特朗叙述踏上月面第一步的感想时说：“月面是美丽的，就像却铺着一层细细的炭粉一样。可以清楚地看到脚印。”他还报告说：“行动不困难，比在地球上做六分之一的重力训练还轻松。”以后阿姆斯特朗与奥尔德林在月球朗读了：“1969年7月，行星地球上的人类首次登上月球。我们是全人类的代表，我们为和平而来”的铭文。他们收集了岩石等标本，传递了月面电视，与总统通了电话等等，然后顺利地返回地球，圆满地完成了人类首次登月旅行，为人类历史留下了值得纪念的一天。图1.13就反映了美国阿波罗飞船登上进行考察的情景。1969年以后，美国又发射了两艘宇宙飞船去探测火星。第三阶段：宇宙空间站宇宙空间站就是巨大的人造卫星，里面乘坐很多人，可以在里面从事各种研究和宇宙基地的工作。如星际飞船可以从宇宙空间站起飞，因为在真空中飞行，不必考虑空气阻力，星际飞船就可以制成任意形状。再如星际飞船宇航员的训练也可在宇宙空间站中进行。最后宇宙空间站还会对物理学、化学、天文学、生物学等自然科学的一切领域的研究带来巨大的进步。图1.14“天空实验室”航天站就表示了宇宙空间站中宇航员的工作情形和研究成果。“天空实验室”航天站就表示了宇宙空间站中宇航员的工作情形和研究成果。“天空实验室”航天站是一种大型宇宙飞船空间实验室，美国第一个轨道空间站。“天空实验室”1973年5月1 4日发射，1979年7月1 2日坠毁。它的轨道高度430千米，外形呈圆柱形，长3 5米，直径7米，重约77.5吨。室内分上下两层，上层为工作室，下层为生活室。室内保持与地面相同的温度、气压和通风条件，以便宇航员在室内不穿宇航衣也能工作。任务是考察长期空间飞行对人体心理和生理的影响，观测太阳、彗星和地球资源、空间冶金试验等。同年5月2 5日、7月2 8日和11月1 6日先后三批，每批三名宇航员被送入实验室，分别工作和生活了 2 8天、5 9天 和8 4天。目前在宇宙空间站工作和生活最多的女宇航员是美国的香农露西德，这位生物化学博士先后经历了 5次宇宙航行，飞行时数大223天。1996年她在“和平”号空间站工作和生活了半年之久。她也是迄今参加宇航飞行次数最多的宇航员。有了宇宙空间站人类就可以进一步的探测宇宙、开发宇宙和作行星际旅行了。人类开发宇宙的第一个目标是月球，第二个目标是火星，第三个目标是木星，然后征服太阳系，飞往太阳系的边缘，实现恒星际旅行的梦想。在读以上几幅图时，也要向学生介绍失重和宇宙服等知识。人和动物由于地球引力而有重量,当同时受其它惯性力如离心力的作用时，若此力恰好抵消地球引力，就产生失重现象，造成动作失调等表现。进入绕地球飞行轨道后的人造卫星便有失重现象发生。对住在地球上的人来说，失重是一种奇妙的境界，无论手脚怎么动，拿什么东西，连一点重的感觉也没有，做什么事都毫不费力。凡是没有紧固住的物品，都会在空中飞舞，如水滴变成许多小水珠在空中自由飘浮着，碰壁时，就像花朵上的露珠附在叶瓣上一样。宇宙服是由两层橡胶布和尼龙布做成的完全封闭的服装。服装的表面涂一层铝箔，这是为了防止热量吸收和散发，并附有供宇航员呼吸所必需的氧气和消除宇航员呼出的二氧化碳气候和汗等装置，保持服装内具有一定的温度（恒温）的装置。服装上有盔形帽，帽上的玻璃能保护眼睛不受强烈阳光的伤害,头盔内还装有与宇宙飞船联系的无线电话。图 1.16 空间太阳能发电站设想这幅图告诉大家，人类对宇宙间各种资源开发已经提到议事日程之中，太阳能资源的开发处于首要地位。宇宙空间最丰富的能源是取之不竭的太阳能，空间太阳能发电站就是想最大限度地利用太阳能。图左上方的宽大物体是把太阳能直接转变为电能的装置。这种装置一般是在 N 型硅单晶的小片上用扩散法渗进一薄层硼，以得到PN结，再加上电极而成。当太阳光直射到薄层面的电极上时，两极间就产生电动势。太阳能发电的基本途径有两种，一种是光电转移，即将太阳光直接转换成电能，称 为“光发电”；一种是聚集太阳能，产生高温，再将热能转化为电能，称 为“热发电”。目前、“光发电”使用较广的装置是“太阳电池板”，这 种“太阳电池板”已广泛的使用在人造卫星等空间物体上。阅读此图时除做上述说明处，再重要的是让学生认识到，人类从探测宇宙已进入开发宇宙资源的阶段，人类不仅向地球索取，也开始向宇宙索取，满足人类社会发展的需求。如何索取和索取什么是摆在人类面前的一大课题，我们每一个人都应投入进去，树立远大理想，还要开发宇宙的各种资源，更其全力以赴地保护宇宙环境（图 1.17）,让人类社会更加美好。图 1.18 地球自转的方向这幅图由地球的南、北两半球图组成，左边是以北极为中心的北半球图，右边是以南极为中心的南半球图，两幅图的外围分别缓绘有地球自转的方向。阅读这幅图时，教师先要自绘地球的到、西两半球图，并沿赤道用箭头表示出地球自转的方向。利用自绘地球东、西两半球而立时，看到地球的自转方向是从西到东的。在此基础上，教师再指导学生阅读地球的南、北两半球图，告诉学生，当我们面对南极而立，即从南极上空俯视南半球时，看到地球自转仍然是从西向东的，地球作顺时针方向也是从西东的，地球作逆时针方向旋转；同样道理，从北极上空俯视北半球时，地球自转方向也是从西向东的，地球的自转方向不论从哪个角度去看都是从西到东的，只是描述的形式不同而已。图 1.19 自转角速度和线速度这幅图是用来说明地球自转速度的，图的设计很富立体感,地球自转角速度和线速度的概念、区别、大小等一目了然，阅读的难度不大。速度是描述物体位置变化（位移）快慢和方向的物理量。速度是矢量。线速度是指某一质点绕另一点转动或一物体绕某轴转动时，质点的速度或物体上各点的速度，以区别于质点或物体在转动中以角度计的角速度。地球自转的速度也用角速度和线速度两种方式表示，角速度就是地球转动半径在单位时间内所扫过的角度；线速度是任一质点在单位时间内绕地轴进行圆周运动所走过的距离。阅读该图时先从角速度入手，从图中看出地球自转的角速度与转动半径的长短无关，因此，很容易得出地球表面上除南北极点外，各点的角速度都相等的结论。地球自转一周为360,一般取24小时自转3 6 0 的数值，所以地球表面上各点（极点除外）自转角速度都是15/小时、15/分或每4 分 钟 1。从图中阅读地球自转线速度的变化规律要难于角速度，从图中看出，作圆周运动的物体，其线速度与转动半径的长短成正比例。地球上每一质点都以恒星日为周期做圆周运动，其转动半径的长短因纬度高低而不同，其圆周长等于当地的纬线圈长，而纬线圈长度随纬度增高而缩短，因此，地球表面各质点的线速度随纬度增加而减小。赤道上线速度最大，如公式所示：其它纬度的线速度可按下面的公式计算，其值均小于赤道上的线速度，在极点线速度为零。V 3=464cos3 米/秒（纬线圈半径等于Reos 3,其中R 为地球半径）图1.20 地球公转的轨道这幅图表示了地球公转的轨道、周期和方向。阅读这幅图的步骤如下：讲解图的结构。这幅图是地球公转的俯视图，太阳的位置稍偏于中心，真实地反映了太阳在太阳系的位置。图的外圈是地球绕日运动的轨道，即地球公转轨道，它是近似正圆的椭圆形，在轨道上用蓝色箭头表示了地球公转的方向。从图中读出地球公转的轨道、速度、方向和周期。从图中很容易看出地球公转的轨道是近似正圆的椭圆形，因此，地球公转的角速度和线速度就有了差别（如 表 1.2所示）。地球的公转方向是从西向东的，如果从北极上空看地球公转的方向，也是逆时针方向（如图所示）。图中表示的地球公转周期为恒星年，恒星年是地球公转的真正周期，在一个恒星年期间，在太阳上看，地球中心从天空中的某一点出发，环绕太阳一周，然后又回到了此点；如果从地球上看，则是太阳中心从黄道（地球公转轨道）上的某一点（同一恒星）出发，运行周天，然后又回到了同一点（某一恒星）。在一个恒星年期间，地