Cách tính mặt trời lên thiên đỉnh

A. PHẦN MỞ ĐẦU Trái Đất tham gia vào nhiều loại vận động trong vũ trụ nhưng có hai vận động chính ảnh hưởng trực tiếp đến các hiện tượng địa lí trên Trái Đất đó là vận động tự quay quanh trục của Trái Đất và quay quanh Mặt Trời. Giải được các bài toán về tính các ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh, tính góc nhập xạ của các vĩ độ, cho thấy được tác dụng to lớn trong việc khắc sâu hơn kiến thức và những kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh để giải thích các hệ quả tạo ra bởi các chuyển động này. Học sinh hiểu sâu sắc hơn ý nghĩa của góc nhập xạ: Đối với từng địa phương: Quy định năng lượng ánh sáng nhận được do đó ảnh hưởng lớn đến chế độ nhiệt, khí áp, gió, chế độ ẩm, tạo ra sự phân mùa của khí hậu. Đối với khí hậu toàn cầu: Tạo nên sự phân chia các đới khí hậu từ xích đạo đến 2 cực đối xứng qua xích đạo, các mùa giữa 2 bán cầu trái ngược nhau. Là nguyên nhân chủ yếu của quy luật địa đới, các đới cảnh quan, sinh ra ngoại lực, phân bố các khu khí áp, chế độ gió trên Trái Đất. Qua việc nắm vững các cách tính này còn giúp học sinh phân tích được mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng tự nhiên, nhận xét và giải thích được những nguyên nhân của hệ quả, các sơ đồ, các hình vẽ liên quan đến hai chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời trong SGK và các tài liệu khác. B. PHẦN NỘI DUNG I. TÍNH NGÀY MẶT TRỜI LÊN THIÊN ĐỈNH Ở CÁC ĐỘ VĨ 1. Khái niệm: Mặt Trời lên thiên đỉnh là hiện tượng xảy ra ở những địa điểm trong vùng nội chí tuyến (từ chí tuyến Bắc (CTB) đến chí tuyến Nam (CTN) lúc 12h (giữa trưa) Mặt Trời ở ngay trên đỉnh đầu của một điểm, tia sáng Mặt trời thẳng góc với đường chân trời của địa phương đó vào những ngày khác nhau. Nguyên nhân của hiện tượng này là do trục Trái Đất nghiêng một góc 66 0 33’ không đổi so với mặt phẳng quỹ đạo trong khi chuyển động tịnh tiến trên quỹ đạo quanh Mặt Trời, làm cho Mặt Trời lên thiên đỉnh lần lượt các điểm trong vùng nội chí tuyến Bắc bán cầu (BBC) đến Nam bán cầu (NBC). Từ ngày 21/3 (Xuân Phân) đến ngày 23/9 (Thu Phân), BBC ngã về phía Mặt Trời nên Mặt Trời lên thiên đỉnh lần lượt tại các điểm trong vùng nội chí tuyến Bắc bán cầu (BBC), xa nhất là tại CTB (23 0 27’B).Từ sau ngày 23/9 đến ngày 21/3 năm sau NBC ngã về phía Mặt Trời nên Mặt Trời lần lượt lên thiên đỉnh ở vùng nội chí tuyến NBC, xa nhất là tại CTN (23 0 27’N). Mọi điểm trong vùng nội chí tuyến trong 1 năm đều có 2lần Mặt Trời lên thiên đỉnh nhưng vào các ngày khác nhau. Càng xa xích đạo khoảng cách giữa 2 lần Mặt Trời lên thiên đỉnh càng gần nhau. Vùng ngoại chí tuyến không có hiện tượng này. 2. Bài tập: Để biết được ngày cụ thể Mặt Trời lên thiên đỉnh của các điểm ta tính như sau: • Ở Bắc bán cầu : từ ngày 21/3 đến 23/9: Mặt Trời lần lượt lên thiên đỉnh tại xích đạo và các độ vĩ trong vùng nội chí tuyến ở Bắc bán cầu, xa nhất tại chí tuyến Bắc rồi trở về xích đạo mất 186 ngày. Từ xích đạo lên chí tuyến B mất 186 ngày: 2 = 93 ngày với 23 0 27’ vĩ tuyến. Đổi 23 0 27’ ra giây (”). 23 0 x 60’ + 27’ = 1407’ x 60” = 84.420”. Trong 1 ngày Mặt Trời di chuyển 1 khoảng là: 84.420”: 93 ngày = 908”/ngày. Ví dụ: Ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh tại 10 0 02’B (tại Cần Thơ). * Đổi 10 0 02’B ra giây ta có 36.120”. Vậy số ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh tại 10 0 02’B cách xích đạo là: 36.120” : 908” = 40 ngày Ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh lần I: 21/3 + 40 ngày = 30/4 (tháng 3 có 31 ngày). Ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh lần II: 23/9 - 40 ngày = 14/8 (tháng 8 có 31 ngày) Tương tự cách tính trên ta có kết quả: Địa điểm Vĩ Độ LẦN I LẦN II CẦN THƠ 10 0 02’B 30/4 14/8 NHA TRANG 12 0 15’B 09/5 05/8 HUẾ 16 0 26’B 25/5 20/7 HÀ NỘI 21 0 02’B 13/6 01/7 TP. HCM 10 0 47’B 03/5 11/8 KON TUM 14 0 20’B 17/5 28/7 • Ở Nam bán cầu : từ ngày 23/9 đến 21/3 mất 179 ngày (năm nhuận có 180 ngày) - từ xích đạo đến chí tuyến Nam mất 89 ngày hoặc 90 ngày (năm nhuận). Tương tự như ở BBC: 1 ngày Mặt Trời đi được: 84.420” : 90 ngày = 938”/ngày Ví dụ: Tại vĩ độ 15 0 N sẽ có 2 ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh. Số ngày cách xích đạo 54000”: 938” = 58 ngày. Ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh cụ thể sẽ là: Lần I: từ ngày 23/9 + 58 ngày = 20/11 (tháng 10 có 31 ngày). Lần II: từ ngày 21/3 - 58 ngày = 24/1 (tháng 2 chỉ có 28 ngày hoặc 29 ngày) Số ngày trong các tháng: Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6 Tháng 7 Tháng 8 Tháng 9 Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 3. Cách tính tổng quát: Muốn tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh của điểm A có A 0 vĩ, ta cần nắm số ngày từ lúc Mặt Trời lên thiên đỉnh tại xích đạo 0 0 đến chí tuyến 23 0 27’đi mất ở BBC: 93 ngày. Ở NBC: 90 ngày. Mỗi ngày Mặt Trời đi được ở BBC: 908”, ở NBC: 938”. • Bước 1 : Đổi vĩ độ của điểm A ra giây (1) • Bước 2 : Tính số ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh từ xích đạo đến vĩ độ của điểm A bằng cách lấy (1): 908” (ở BBC) hoặc 938” (ở NBC) (2) • Bước 3 : Tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh Ở BBC: lần I: Từ 21/3 + số ngày đến A. lần II: 23/9 - số ngày đến A. Ở NBC: lần I: Từ 23/9 + số ngày đến A. lần II: 21/3 - số ngày đến A. Lưu ý : số ngày trong các tháng có liên quan: Các tháng có 31 ngày là: tháng I, III , V, VII, VIII, X, XII. Các tháng có 30 ngày là: tháng IV, VI, IX, XI.Tháng II chỉ có 28 ngày, năm nhuận có 29 ngày. 4. Bài tập vận dụng và nâng cao: • Tính độ vĩ của 1 điểm khi biết ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh tại điểm đó: Ø Tính số ngày từ 21/3 hoặc 23/9 đến ngày đã cho của độ vĩ (n) ngày. Ø Lấy (n) ngày x (nhân) 908” (BBC) hoặc x 938” (NBC), suy ra được độ vĩ. Ví dụ: tính độ vĩ của điểm A, biết rằng Mặt Trời lên thiên đỉnh vào ngày 30/4. Ø Tính số ngày từ 21/3 đến 30/4 là bằng 40 ngày. Ø 40 ngày x 908” = 36320” = 10 0 02’B. II. TÍNH GÓC NHẬP XẠ CỦA CÁC VĨ ĐỘ 1. Khái niệm: Góc nhập xạ (góc chiếu sáng) là góc được tạo ra bởi các tia tới của ánh sáng Mặt Trời hợp với mặt phẳng chân trời của 1 điểm ở 1 độ vĩ trên bề mặt Trái Đất. Cùng với mặt cong của bề mặt Trái Đất và chuyển động biểu kiến hàng năm của Trái Đất nên góc nhập xạ có 1 số tính chất sau: - Góc nhập xạ của các vĩ độ khác nhau thì không bằng nhau, nhìn chung nhỏ dần từ xích đạo đến cực. - Vào 2 ngày 21/3 và 23/9 góc nhập xạ có sự đối xứng qua đường xích đạo: tại xích đạo góc nhập xạ = 90 0 , các điểm nằm trên cùng 1 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 CTB và = 90 0 , vào ngày 22/12 góc nhập xạ lớn nhất ở CTN và = 90 0 . - Chỉ có các vĩ độ trong vùng nội chí tuyến mới có góc nhập xạ lớn nhất = 90 0 ứng với ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh .Ngoài vùng chí tuyến góc nhập xạ luôn nhỏ hơn 90 0 . - Góc nhập xạ của mỗi độ vĩ thay đổi trong năm. Lớn nhất ứng với ngày Hạ chí và nhỏ nhất ứng với ngày Đông chí của bán cầu đó đối với các vĩ độ từ chí tuyến về hai cực. Trong vùng nội chí tuyến là ngày Mặt trời lên thiên đỉnh tại điểm đó. 2. Cách tính góc nhập xạ: 2.1. Công thức tổng quát: h 0 = 90 0 - φ ± δ Trong đó: * φ: độ vĩ của điểm cần tính. * δ: độ lệch của góc chiếu so với xích đạo. - Vào 2 ngày 21/3 và 23/9 Mặt trời lên thiên đỉnh ở xích đạo nên δ = 0. - Ngày 22/6 và 22/12 Mặt trời lên thiên đỉnh ở xích đạo nên ở CTB hoặc CTN nên δ = ± 23 0 27’. Ngày 21/3 và 23/9 tại xích đạo h 0 = 90 0 – 0 0 = 90 0 và giảm từ xích đạo về 2 cực. Ngày 22/6: Mặt trời lên thiên đỉnh tại CTB (23 0 27’ B), nên mọi vĩ độ ở ngoài vùng nội chí tuyến BBC có δ = + 23 0 27’ xích đạo và NBC có δ = - 23 0 27’. Ngày 22/12: Mặt trời lên thiên đỉnh tại CTN (23 0 27’ N), nên mọi vĩ độ ở ngoài vùng nội chí tuyến NBC có δ = + 23 0 27’ xích đạo và BBC có δ = - 23 0 27’. 2.2. Kết quả: Góc nhập xạ của các vĩ độ trong năm: Địa điểm 21/3 và 23/9 22/6 22/12 90 0 B 66 0 33’B 0 0 23 0 27’ 23 0 27’ 46 0 54’ 0 0 23 0 27’B 0 0 23 0 27’N 66 0 33’N 90 0 N 66 0 33’ 90 0 66 0 33’ 23 0 27’ 0 0 90 0 66 0 33’ 43 0 06’ 0 0 43 0 06’ 66 0 33’ 90 0 46 0 54’ 23 0 27’ • Riêng các điểm trong vùng nội chí tuyến vào 2 ngày 22/6 và 22/12 thì được tính theo công thức sau: h 0 = 90 0 – δ + φ hay h 0 = 66 0 33’+ φ Ví dụ 1: Góc nhập xạ ngày 22/6: - Ở vùng nội chí tuyến BBC: h 0 = 90 0 – δ + φ hay h 0 =66 0 33’+ φ. + Ở 10 0 B: h 0 = 90 0 – 23 0 27’ +10 0 = 76 0 33’ hay h 0 =66 0 33’+10 0 = 76 0 33’ + Ở 20 0 B h 0 = 90 0 – 23 0 27’ +20 0 = 86 0 33’ hay h 0 =66 0 33’+20 0 = 86 0 33’ - Ở vùng nội chí tuyến NBC thì áp dụng công thức chung: ho = 90 0 - δ - 23 0 27’ Ngày 22/12 thì ngược lại với ngày 22/6. - Ở vùng nội chí tuyến NBC: h 0 = 90 0 – δ + φ hay h 0 =66 0 33’+ φ. + Ở 10 0 N: h 0 = 90 0 – 23 0 27’ +10 0 = 76 0 33’ hay h 0 =66 0 33’+10 0 = 76 0 33’ + Ở 20 0 N: h 0 = 90 0 – 23 0 27’ +20 0 = 86 0 33’ hay h 0 =66 0 33’+20 0 = 86 0 33’ - Ở vùng nội chí tuyến BBC thì áp dụng công thức chung: h 0 = 90 0 - φ - 23 0 27’ 3. Tính độ vĩ (φ) khi biết góc nhập xạ: Từ công thức tổng quát tính góc nhập xạ: h 0 =90 0 - φ ± δ à φ = 90 0 – h 0 ± δ 3.1. Đối với vùng nội chí tuyến: φ = h 0 - 90 0 + δ Ví dụ 1: Tính φ của điểm A nằm trong vùng nội chí tuyến BBC vào ngày 22/6 khi biết h 0 = 80 0 δ A = (80 0 - 90 0 ) + 23 0 27’ = 13 0 27’ = 13 0 27’B. Ví dụ 2: Tính φ của điểm B nằm trong vùng nội chí tuyến BBC vào ngày 22/6 khi biết h 0 = 87 0 34’. φ B = 87 0 34’ - 90 0 + 23 0 27’ = 21 0 01’B 3.2. Đối với vùng ngoại chí tuyến: φ = 90 0 – h 0 + δ Ví dụ: Tính φ của điểm C có h 0 = 43 0 06’ vào ngày 22/6. φ C = 90 0 – h 0 + δ = 90 0 – 43 0 06’ + 23 0 27’ = 71 0 01’B. 3.3. Đối với tất cả các độ vĩ ở NBC: vào ngày 22/6 Công thức tổng quát là φ = 90 0 – h 0 – δ Ví dụ: Tính φ của điểm D khi biết h 0 = 43 0 06’ φ D = 90 0 – h 0 – δ = 90 0 – 43 0 06’ – 23 0 27’ = 23 0 27’N. Vào ngày 22/12 thì ngược lại với ngày 22/06. ------------------------ ------------------------ Trên đây là 1 số cách tính và bài tập có tính chất tham khảo được trình bày khá đầy đủ theo ý kiến chủ quan của bản thân tôi mà tôi đã tích lũy được qua quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi trong nhiều năm cùng với việc nghiên cứu, tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu và thực tiễn. Qua thực tế thực hiện nội dung của đề tài này, bản thân tôi thấy rằng nó rất cần thiết, rất hữu ích cho giáo viên và cho học sinh, nhất là học sinh lớp 10 ban KHXH- NV và học sinh giỏi quốc gia, học sinh tham gia thi Olympic tham khảo vận dụng. Trong quá trình thực hiện đề tài này, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế nhất đinh, rất mong được sự góp ý, trao đổi và đưa ra các cách giải quyết mới, đơn giản hơn và hiệu quả hơn của các đồng nghiệp nhằm giúp giải quyết những khó khăn trong việc giảng dạy và học tập bộ môn địa lý hiện nay. . quanh Mặt Trời trong SGK và các tài liệu khác. B. PHẦN NỘI DUNG I. TÍNH NGÀY MẶT TRỜI LÊN THIÊN ĐỈNH Ở CÁC ĐỘ VĨ 1. Khái niệm: Mặt Trời lên thiên đỉnh là. 31 30 31 3. Cách tính tổng quát: Muốn tính ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh của điểm A có A 0 vĩ, ta cần nắm số ngày từ lúc Mặt Trời lên thiên đỉnh tại xích