六年级科学 · 第三单元 第 3 课 · 虚拟实验

《地球如何自转》—— 地轴与昼夜模拟

拖动滑块改变地轴,看看金色的标记点会不会一会儿亮、一会儿暗。

1实验台 · 手电筒照射下的地球

标记点位置:赤道
当前:—
朝向太阳程度:—

💡 手电筒(太阳)固定在右侧不动,地球绕倾斜的地轴自转。观察金色标记点的明暗变化 —— 亮=白天,暗=黑夜。

2控制面板

四种对照预设

0° 23.5° 45° 66.5° 90°
0° 指向太阳 90° 垂直 180° 背离 270° 360°
-90° 南极 -45° 0° 45° 90° 北极
✅
出现昼夜交替

3俯视图 · 标记点的运动轨迹

轨迹在白天 晨昏线附近 轨迹在黑夜

从上往下看:白色虚线是标记点走一圈的路线。只要这条路线穿过了晨昏线,就一定有昼夜交替。

4亮度曲线 · 一整个自转周期

横轴是一个完整的自转周期(右端=现在)。曲线是波浪形 → 有昼夜交替;曲线是平平的直线 → 不出现昼夜交替。

5对比 · 陀螺转的轴 和 地球转的轴

左:陀螺绕真实存在的中轴转动 —— 那根金属棍子看得见、摸得着。右:地球绕假想的地轴转动 —— 宇宙中并没有一根真的棍子穿过地球,地轴只是科学家为了方便研究画出来的一条直线。

6知识卡 · 把这节课串起来

① 地轴是一条"假想"的直线

地球里并没有一根真正的棍子。地轴是人们为了研究方便,假想出来的一条穿过南北极的直线。它相对于公转平面倾斜约 23.5°。

② 倾斜 23.5°,而且方向不变

地球绕太阳公转时,地轴倾斜的角度基本不变,倾斜的空间指向也始终不变(北极大致一直指向北极星附近)——正是这一点带来了四季。

③ 昼夜交替是怎么来的

地球自己不发光、也不透明,太阳只能照亮一半。地球自西向东自转(约 24 小时一圈),同一个地方就会轮流进入昼半球和夜半球。

④ 误区突破

"只要自转就一定有昼夜交替。"
不对!如果地轴正对着太阳,自转时某个地方朝向太阳的情况根本不会改变:一极永远是白天,一极永远是黑夜,赤道永远停在晨昏线上 —— 转得再快也没有昼夜交替。

地轴空间指向不变(公转示意)

注意看四个位置上的虚线地轴:它们的倾斜角度和方向完全一样,互相平行。地轴没有"跟着地球一起绕太阳转方向",所以才有了四季的更替。

拓展 · 八大行星的自转轴倾角

0°(直立)90°(躺平)180°(完全倒转)

🔭 天王星的自转轴倾斜约 97.8°,几乎是"躺着"自转的行星。在它的两极附近,会出现长达约 42 年的极昼和约 42 年的极夜,昼夜交替极不明显。
🔭 金星的 177.4° 意味着它几乎是倒立自转的,自转方向和其他大多数行星相反。
🔭 数据为各行星自转轴相对其公转平面的倾角,参考 NASA 行星实况资料(教学取整展示)。

🤔 思考题

  1. 把"地轴倾斜方向"滑块从 0° 慢慢转到 90°,亮度曲线的波浪高度会怎么变化?为什么?
  2. 在预设③(地轴平躺指向太阳)下,把标记点纬度拖到 90°(北极),会发生什么?这叫什么现象?
  3. 如果地球真的像天王星一样"躺着转",我们的一天会变成什么样?