VẬN DỤNG HỆ QUẢ CHUYỂN ĐỘNG XUNG QUANH MẶT TRỜI CỦA TRÁI ĐẤT ĐỂ TÍNH GĨC CHIẾU SÁNG, NGÀY MẶT TRỜI LÊN THIÊN ĐỈNH Ở MỘT ĐIỂM - -I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Qua thực tế giảng dạy địa lí lớp 10, dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn địa lí lớp 12, kì chấm thi học sinh giỏi tỉnh lớp12, nhiều học sinh không làm tập tính góc nhập xạ, tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh địa điểm, .hoặc làm phần khơng tự tin nên hay nhầm lẫn, thiếu sót Vì học sinh khơng tự tin tính góc nhập xạ, xác định vĩ độ địa điểm biết góc nhập xạ điểm ấy, tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh địa điểm? Theo nguyên nhân chủ yếu là: - Có nhiều kiến thức địa lí học sinh biết hiểu chưa sâu góc nhập xạ, việc xác định góc nhập xạ điểm, mặt phẳng xích đạo, đường vĩ tuyến đặc biệt bề mặt Trái Đất gọi chí tuyến Bắc, chí tuyến Nam, vòng cực Bắc, Vòng cực Nam, …… - Học sinh chưa hiểu rõ ràng quĩ đạo chuyển động quanh Mặt Trời Trái Đất năm, mối quan hệ dạng hình cầu, hướng nghiêng độ nghiêng trục Trái đất khơng đổi suốt q trình chuyển động quanh Mặt Trời tạo vị trí đặc biệt quĩ đạo chuyển động quanh Mặt Trời Trái Đất năm - Để hiểu kĩ nội dung địi hỏi em phải có tư duy, tưởng tượng, biết vận dụng kiến thức hình học để giải thích, tính tốn - Thời gian phân phối cho nội dung học không nhiều dạng tập vận dụng kĩ đa dạng, đòi hỏi khả tư cao - Học sinh cho học Địa lí học thuộc lịng, kiến thức khơng sâu, khơng hiểu rõ vấn đề Địa lí bị coi mơn “phụ” Với lí mà nhiều học sinh dù thuộc lại không làm tập phải tính tốn có liên quan đến vận dụng hệ chuyển động Trái Đất Xuất phát từ thực tế trên, trình giảng dạy tơi tìm hiểu, tham khảo tài liệu hướng dẫn giảng dạy, tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Địa lí, để rút kinh nghiệm, tìm cách hướng dẫn để học sinh hiểu rõ Qua tơi mong muốn Thầy Cơ đồng nghiệp góp ý, bổ sung thêm kinh nghiệm để nâng cao hiệu dạy học Địa lí trường học II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Mục đích đề tài nội dung mà giáo viên cần nhấn mạnh để giúp học sinh hiểu kĩ chuyển động Trái Đất, từ bước nâng cao hiệu dạy học Địa lí trường học, hiệu làm kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh mơn Địa lí - Nêu phương pháp để tính góc nhập xạ, tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh địa điểm - Đưa số tập minh họa cụ thể III NỘI DUNG ĐỀ TÀI TÍNH GĨC CHIẾU SÁNG CỦA TIA SÁNG MẶT TRỜI TẠI MỘT ĐIỂM 1.1 Những kiến thức cần nắm để hiểu tính góc chiếu sáng - Góc chiếu sáng tia sáng Mặt Trời lúc 12 trưa (còn gọi góc nhập xạ, hay góc tới) góc hợp tia sáng Mặt Trời tiếp tuyến với bề mặt đất điểm Góc chiếu sáng góc biểu thị độ cao Mặt Trời so với Trái Đất - Vì Trái Đất cách xa Mặt Trời nên tia sáng Mặt Trời chiếu đến bề mặt Trái Đất coi tia song song - Vì Trái Đất có dạng hình cầu nên góc chiếu sáng tia sáng Mặt Trời xuống bề mặt Trái Đất có độ lớn khác vĩ tuyến khác thời điểm Vào lúc 12 trưa, có vĩ tuyến có góc chiếu sáng = 90 0, cịn vĩ tuyến khác có góc chiếu sáng < 900 - Tia sáng Mặt Trời lúc 12 chiếu thẳng góc với tiếp tuyến bề mặt đất vĩ tuyến dao động từ 23027’B đến 23027’N - Phải nhớ vĩ tuyến đặc biệt có trị số góc nhập xạ lúc 12 trưa 900: + Vĩ tuyến 00 (xích đạo) vào ngày xuân phân (21/3) ngày thu phân (23/9) + Vĩ tuyến 23027’B (chí tuyến Bắc) vào ngày hạ chí (22/6) + Vĩ tuyến 23027’N (chí tuyến Nam) vào ngày đơng chí (22/12) - Trục Trái Đất nghiêng không đổi phương chuyển động xung quanh Mặt Trời, nên Trái Đất có lúc chúc nủa cầu Bắc, có lúc ngả bán cầu Nam phía Mặt Trời, cụ thể sau: + Từ sau ngày 21/3 đến đến trước ngày 23/9 bán cầu Bắc chúc phía Mặt Trời, bán cầu Nam ngược lại, xa Mặt Trời + Từ sau ngày 23/9 đến trước ngày 21/3 bán cầu Nam ngả phía Mặt Trời, bán cầu Bắc ngược lại, xa Mặt Trời + Ngày 21/3 23/9 khơng có bán cầu ngả phía Mặt Trời - Tia sáng Mặt Trời lúc 12 chiếu thẳng góc điểm vĩ độ điểm góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo, dao động từ 0 đến 23027’B, từ 00 đến 23027’N 1.2 Cách tính góc nhập xạ điểm thời điểm a) Cách 1: Dựa vào tính chất hình học (góc đồng vị, góc có cạnh tương ứng song song) để tính tốn Bước 1: kẻ tiếp tuyến với bề mặt đất địa điểm cần tính góc nhập xạ Bước 2: xác định góc nhập xạ điểm Bước 3: xác định góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo Bước 4: dựa vào tính chất hình học để tính tốn Ví dụ: Giả sử ngày 8/6/2011 Mặt Trời lên thiên đỉnh điểm A (20 0B) Vào ngày đó, góc nhập xạ điểm B (450B), điểm C (50B) điểm D (300N) bao nhiêu? Giải:  Tính góc nhập xạ điểm B (450B) B B xích đạo tia sáng Mặt trời O A X N - Kẻ tiếp tuyến điểm B Ta có ∠B2 góc nhập xạ điểm B - Mặt Trời lên thiên đỉnh điểm A (20 0B) nên góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo ∠AOX = 200 - Điểm B (450B) ==> ∠BOX = 450 Theo hình vẽ ta có ∠B2 = 900 – ∠B1 Mà ∠B1 = ∠O1 (2 góc đồng vị), ∠O1 = ∠BOX – ∠AOX  ∠B2 = 900 – (∠BOX – ∠AOX)  ∠B2 = 900 – ∠BOX + ∠AOX = 900 – 450 + 200 = 650 Vậy góc nhập xạ điểm B (450B) vào ngày 8/6/2011 650  Tính góc nhập xạ điểm C (50B) B xích đạo O A C X tia sáng Mặt trời N Tương tự trên, ta có ∠C2 góc nhập xạ điểm C Theo hình vẽ ta có ∠C2 = 900 – ∠C1 Mà ∠C1 = ∠O1 (2 góc đồng vị), ∠O1 = ∠AOX – ∠COX  ∠C2 = 900 – (∠AOX – ∠COX)  ∠B2 = 900 – ∠AOX + ∠COX = 900 – 200 + 50 = 750 Vậy góc nhập xạ điểm C (50B) vào ngày 8/6/2011 750  Tính góc nhập xạ điểm D (300N) B xích đạo O A X tia sáng Mặt trời N D Tương tự trên, ta có ∠D1 góc nhập xạ điểm D Theo hình vẽ ta có ∠D1 = 900 – ∠D2 Mà ∠D2 = ∠AOD (2 góc đồng vị), ∠AOD = ∠AOX + ∠XOD  ∠D1 = 900 – (∠AOX + ∠XOD)  ∠B2 = 900 – ∠AOX – ∠XOD = 900 – 200 – 300 = 400 Vậy góc nhập xạ điểm D (300N) vào ngày 8/6/2011 400  Hình vẽ tổng hợp vị trí góc nhập xạ địa điểm thời điểm B B xích đạo O tia sáng Mặt trời A C X D N b) Cách 2: Dựa cách tính tốn cách 1, ta áp dụng cơng thức sau:  Cơng thức khái quát: h = 900 – φ ± α Trong h: góc nhập xạ; φ: vĩ độ điểm cần tính; α: góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo  Từ cơng thức khái quát trên, ta tính φ biết h α, tính α biết φ h  Điểm cần tính bán cầu chúc phía Mặt Trời: - Nếu φ > α h = 900 – φ + α - Nếu φ < α h = 900 + φ – α  Điểm cần tính bán cầu xa Mặt Trời h = 900 – φ – α 1.3 Một số ví dụ minh họa Ví dụ 1: Tính góc nhập xạ thành phố Hồ Chí Minh (10 047’B) vào ngày 21/3, 22/6, 23/9, 22/12 Giải: - Ngày 21/3 ngày 23/9, Mặt Trời lên thiên đỉnh xích đạo nên góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo α = 0, ta có cơng thức: h = 900 – φ h = 900 – 10047’ = 790 13’ - Ngày 22/6 Mặt Trời lên thiên đỉnh chí tuyến bắc, nên góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo α =23027’, bán cầu Bắc chúc phía Mặt Trời Vì thành phố Hồ Chí Minh nằm vùng nội chí tuyến Bắc(φ < α), ta có cơng thức: h = 900 + φ – α h = 900 + 10047’ – 23027’ = 77020’ - Ngày 22/12 Mặt Trời lên thiên đỉnh chí tuyến nam, nên góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo α =23 027’, bán cầu Bắc xa Mặt Trời nên ta có cơng thức: h = 900 – φ – α h = 900 – 10047’ – 23027’ = 55046’ - Kết quả: Ngày Góc nhập xạ 21/3 790 13’ 22/6 77020’ 23/9 790 13’ 22/12 55046’ Lưu ý: Giáo viên nên hướng dẫn học sinh biết hai cách làm để hiểu hơn, đồng thời tự kiểm tra kết Ví dụ 2: (đề thi HSG cấp tỉnh mơn Địa lí lớp 12 năm 2010-2011) Giả sử ngày 27/5/2011 Mặt Trời lên thiên đỉnh thành phố Hồ Chí Minh (10047’B) a) Tính góc nhập xạ Hà Nội (21002’B) Cà Mau (8034’B) vào ngày b) Tính vĩ độ địa lí nơi có góc ngập xạ 65015’ vào ngày 27/5/2011 Giải: a) Tính góc nhập xạ Hà Nội (21002’B) Cà Mau (8034’B) vào ngày 27/5 - Ngày 27/5, bán cầu Bắc chúc phía Mặt Trời, góc nghiêng tia sáng Mặt Trời với mặt phẳng xích đạo α = 10047’ - Hà Nội Cà Mau nằm bán cầu Bắc - Vì vĩ độ Hà Nội lớn thành phố Hồ Chí Minh (φ > α) nên ta có cơng thức: hHN = 900 – φ + α hHN = 900 – 21002’ + 10047’ = 79045’ - Vì vĩ độ Cà Mau nhỏ thành phố Hồ Chí Minh (φ < α) nên ta có cơng thức: hCM = 900 + φ – α hCM = 900 + 8034’ – 10047’ = 87047’ b) Tính vĩ độ địa lí nơi có góc nhập xạ 65015’ vào ngày 27/5/2011 (Từ cơng thức khái qt trên, ta tính φ biết h α) - Vào ngày 27/5/2011 Mặt Trời lên thiên đỉnh thành phố Hồ Chí Minh (10047’B), lúc có địa điểm có góc nhập xạ 65015’ - Trường hợp vĩ độ điểm cần tính phía bắc thành phố Hồ Chí Minh (φ1 > α) Ta có: h = 900 – φ1 + α 65015’ = 900 – φ1 + 10047’ ==> φ1 = 900 + 10047’ – 65015’ = 35032’B - Trường hợp vĩ độ điểm cần tính phía nam thành phố Hồ Chí Minh + Nều φ2 bán cầu Bắc (φ2 < α) Ta có: h = 900 + φ2 – α 65015’ = 900 + φ2 – 10047’ ==> φ2 = 65015’ + 10047’ – 900 (loại) + Nều φ2 bán cầu Nam Ta có: h = 900 – φ2 – α 65015’ = 900 – φ2 – 10047’ ==> φ2 = 900 – 10047’ – 65015’ = 13058’N Lưu ý: Có thể tính cách khác Vì Trái đất hình cầu nên φ1 φ2 đối xứng qua thành phố Hồ Chí Minh (10047’B), tính φ1 tính φ2 sau: - φ1 cách thành phố Hồ Chí Minh: 35032’ – 10047’ = 24045’ - φ2 = 10047’B – 24045’ = 13058’N TÍNH NGÀY MẶT TRỜI LÊN THIÊN ĐỈNH Ở MỘT ĐIỂM 2.1 Những kiến thức cần nắm để hiểu tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh  Hiện tượng Mặt Trời đỉnh đầu lúc 12 trưa (tia sáng Mặt Trời chiếu vng góc với tiếp tuyến bề mặt đất) gọi Mặt Trời lên thiên đỉnh - Trong năm, Mặt Trời lên thiên đỉnh địa điểm khu vực từ chí tuyến Nam (23027’N) đến chí tuyến Bắc (23027’B), cụ thể sau: 22/6 23/9 21/3 22/12 Đường chuyển động biểu kiến hàng năm Mặt Trời quanh Trái Đất - Tại hai đường chí tuyến, Mặt Trời lên thiên đỉnh lần: chí tuyến Bắc vào ngày 22/6, chí tuyến Nam vào ngày 22/12 - Tại xích đạo Mặt Trời lên thiên đỉnh lần, lần thứ vào ngày 21/3, lần thứ hai vào ngày 23/9 - Mặt Trời lên thiên đỉnh địa điểm khu vực từ xích đạo đến chí tuyến Bắc lần: + Lần thứ từ ngày 21/3 đến ngày 22/6 + Lần thứ hai từ ngày 22/6 đến ngày 23/9 - Mặt Trời lên thiên đỉnh địa điểm khu vực từ xích đạo đến chí tuyến Nam lần: + Lần thứ từ ngày 22/12 đến ngày 21/3 + Lần thứ hai từ ngày 23/9 đến ngày 22/12  Trong vùng ngoại chí tuyến, khơng có tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh  Thời gian Mặt Trời chuyển động biểu kiến năm bốn ngày đặc biệt: - Từ chí tuyến Nam (ngày 22/12) lên xích đạo (ngày 21/3) hết 89 ngày - Từ đến xích đạo (ngày 21/3) lên chí tuyến Bắc (ngày 22/6) hết 93 ngày - Từ chí tuyến Bắc (ngày 22/6) quay xích đạo (ngày 23/9) hết 93 ngày - Từ đến xích đạo (ngày 23/9) xuống chí tuyến Nam (ngày 22/12) hết 90 ngày - Trong năm, tháng 1,3,5,7,8,10,12 có 31 ngày, tháng có 28 ngày (năm nhuận có 29 ngày), tháng cịn lại có 30 ngày 2.2 Cách tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh điểm a) Điểm A bán /cầu Bắc - Ngày 21/3 Mặt Trời lên thiên đỉnh xích đạo, ngày 22/6 Mặt Trời lên thiên đỉnh chí tuyến Bắc (23 027’B) Từ ngày 21/3 đến ngày 22/6, Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo đến tuyến Bắc hết 93 ngày - Ta có: Mặt Trời chuyển động biểu kiến góc 23027’ 93 ngày Vậy Mặt Trời chuyển động biểu kiến góc A0 N ngày? ==> số ngày N = (A0 x 93) : 23027’ - Mặt Trời lên thiên đỉnh điểm A lần thứ vào ngày: Ngày 21/3 + N ngày - Mặt Trời lên thiên đỉnh điểm A lần thứ hai vào ngày: Ngày 23/9 – N ngày b) Điểm A bán cầu Nam - Ngày 23/9 Mặt Trời lên thiên đỉnh xích đạo, ngày 22/12 Mặt Trời lên thiên đỉnh chí tuyến Nam Từ ngày 23/9 đến ngày 22/12, Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo đến tuyến Nam (23027’N) hết 90 ngày - Ta có: Mặt Trời chuyển động biểu kiến góc 23027’ 90 ngày - Vậy Mặt Trời chuyển động biểu kiến góc A0 N ngày? ==> số ngày N = (A0 x 90) : 23027’ - Mặt Trời lên thiên đỉnh điểm A lần thứ vào ngày: Ngày 21/3 – N ngày 10 - Mặt Trời lên thiên đỉnh điểm A lần thứ hai vào ngày: Ngày 23/9 + N ngày 2.3 Ví dụ minh họa Tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh Huế (16024’B) Giải: - Hụế nằm vùng nội chí tuyến Bắc nên năm có lần Mặt Trời lên thiên đỉnh - Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo đến tuyến Bắc hết 93 ngày - Tính số ngày Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo đến Huế (16 24’B) theo công thức: Số ngày N = (160 24’ x 93) : 23027’= 65 ngày (làm tròn) - Mặt Trời lên thiên đỉnh lần thứ vào ngày: ngày 21/3 + 65 = ngày 25/5 - Mặt Trời lên thiên đỉnh lần thứ hai vào ngày: ngày 23/9 – 65 = ngày 20/7 TÍNH VĨ ĐỘ MÀ MẶT TRỜI LÊN THIÊN ĐỈNH VÀO MỘT NGÀY CHO TRƯỚC 3.1 Những kiến thức cần nắm (xem phần II) 3.2 Cách tính Bước 1: xác định vị trí điểm cần tìm (A) nằm vị đường chuyển động biểu kiến hàng năm Mặt Trời quanh Trái Đất? Bước 2: tính khoảng cách từ ngày 21/3 (hoặc từ 23/9) đến ngày cho trước ngày (N)? Bước 3: Lập luận: Mặt Trời chuyển động biểu kiến 93 ngày(hoặc 90 ngày) góc 23027’ Vậy Mặt Trời chuyển động biểu kiến N ngày góc A0 ? Vĩ độ A = (N ngày* 23027’): 93 (điểm A bán cầu Bắc) Vĩ độ A = (N ngày * 23027’): 90 (điểm A bán cầu Nam) 3.3.Ví dụ minh họa: Vào ngày 30/4 Mặt Trời lên thiên đỉnh vĩ độ nào? Giải: - Vị trí điểm cần tìm bán cầu Bắc 11 - Khoảng cách từ ngày 21/3 đến ngày 30/4 40 ngày - Vĩ độ điểm cần tìm = (40 ngày* 23027’): 93 = 1005’B - Vào ngày 30/4 Mặt Trời lên thiên đỉnh vĩ độ 1005’B IV KẾT LUẬN Nhờ áp dụng phương pháp vào giảng dạy, học sinh tiếp thu tốt hơn, tự tin hơn, nâng cao hiệu dạy học Địa lí trường học, hiệu làm kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh mơn Địa lí Tơi mong muốn Thầy Cơ đồng nghiệp góp ý, bổ sung thêm kinh nghiệm để nâng cao hiệu dạy học Địa lí trường học V TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Địa lí - Tài liệu bồi dưỡng giáo viên dạy SGK Địa lí 10 , NXBGD năm 2006 - Sách giáo viên địa lí nâng cao lớp 10, NXB Giáo dục, năm 2009 - Thiết kế giảng đia lí nâng cao lớp 10 Vũ Quốc Lịch – Phạm Ngọc Yến, NXB Đại học sư phạm, năm 2006 NGƯỜI THỰC HIỆN PHAN THỊ THANH HƯƠNG 12