I. Tính toán Góc nhập xạ (góc tới) h0

Mặt trời ở cách xa Trái Đất nên các tia sáng mà Trái Đất nhận được từ Mặt Trời là những chùm sáng song song tạo với tiếp tuyến bề mặt Trái Đất một góc nhất định gọi là góc nhập xạ. Địa điểm có hiện tượng tia sáng Mặt Trời vuông góc với tiếp tuyến bề mặt Trái Đất lúc 12h trưa được coi là địa điểm có hiện tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh, góc nhập xạ bằng 90⁰ -> Góc nhập xạ là góc hợp bởi tia sáng của mặt Trời và tiếp tuyến tại điểm đó (phải nhỏ hơn hoặc bằng 90⁰).

Ý nghĩa góc tới: cho biết lượng ánh sáng và lượng nhiệt đem tới mặt đất, góc tới càng gần vuông thì lượng ánh sáng và nhiệt đem tới mặt đất càng lớn. Cho biết độ cao của mặt trời so với mặt đất

Công thức tổng quát tính góc tới tại các địa điểm có vĩ độ khác nhau h₀ = 90⁰ – ( )

(Trong đó h₀ là góc tới, là vĩ độ của địa điểm cần tính và là góc nghiêng của tia sáng Mặt trời với mặt phẳng Xích đạo – vĩ độ Mặt Trời lên thiên đỉnh có góc nhập xạ bằng 90⁰ (dao động từ 0⁰ đến 23⁰27’B và từ 0⁰ đến 23⁰27’N))

+ Vào hai ngày 21/3 và 23/9 Mặt Trời lên thiên đỉnh tại Xích đạo không nửa cầu nào ngả về phía Mặt Trời thì h₀ = 90⁰ -

+ Vào thời điểm từ 21/3 đến 23/9 (Mặt Trời lên thiên đỉnh ở nội chí tuyến Bắc bán cầu)

Với bán cầu mùa hạ (Bắc Bán Cầu) h₀ = 90⁰ – ( ) xét 2 trường hợp > thì h₀ = 90⁰ – ( ) còn nếu < thì h₀ = 90⁰ – (-)

Với bán cầu mùa đông (Nam bán cầu) thì h₀ = 90⁰ – ( + )

+ Vào thời điểm từ 23/9 đến 21/3 năm sau (Mặt Trời lên thiên đỉnh ở nội chí tuyến Nam bán cầu) – Ngược lại với thời điểm từ 21/3 đến 23/9.

Việc áp dụng công thức trong tính toán góc nhập xạ ở các vĩ độ ngoài ý nghĩa giúp HS hiểu và liên hệ các hệ quả địa lí còn đạt được mục tiêu rèn luyện về kĩ năng quan sát tính toán đồng thời công thức tính nêu trên sẽ được áp dụng ngược lại cho việc xác định vĩ độ địa lí một điểm khi cho biết góc nhập xạ tại vĩ độ đó h₀ và vĩ độ có mặt trời lên thiên đỉnh α

Bài tập 1: Xác định góc nhập xạ tại Hà Nội (21⁰02’B) ở thời điểm khi Mặt Trời lên thiên đỉnh ở TP. Hồ Chí Minh (10⁰49’B)?

Bài tập 2: Tính góc tới của tia sáng Mặt trời lúc 12h trưa các ngày 21/3 và 23/9 ở những địa điểm dưới đây?

Địa điểm	Vĩ độ	Địa điểm	Vĩ độ
Lũng Cú (Hà Giang)	23023’B	Huế	16026’B
Lạng Sơn	21050’B	TP. Hồ Chí Minh	10047’B
Hà Nội	21002’B	Xóm Mũi (Cà Mau)	8034’B

Bài tập 3: Tính góc nhập xạ tại Hà Nội vào ngày 15/4?

2. Xác định ngày mặt trời lên thiên đỉnh ở các vĩ độ trong vùng nội chí tuyến (Xác định thời gian hay vị trí Mặt Trời lên thiên đỉnh)

Vùng nội chí tuyến trong năm lần lượt nhận được tia sáng mặt trời chiếu vuông góc với tiếp tuyến bề mặt đất vào lúc 12 giờ trưa hai lần trong năm (hiện tượng Mặt trời lên thiên đỉnh), riêng tại hai chí tuyến chỉ nhận được 1 lần.

Giáo viên giải thích rõ cho học sinh bản chất chuyển động của Trái Đất quanh Mặt trời luôn nghiêng và là chuyển động tịnh tiến. Lực hút của Mặt trời với tám hành tinh đem đến sự khác biệt về vận tốc, chu kì, quĩ đạo chuyển động của các hành tinh quanh Mặt Trời. Quĩ đạo chuyển động của Trái Đất quanh Mặt trời là hình elip với vận tốc khác nhau (cận nhật, viễn nhật) nên việc xác định ngày mặt trời lên thiên đỉnh ở các vĩ độ trong vùng nội chí tuyến chỉ là bài toán chuyển động (Vận tốc, thời gian, quãng đường) chỉ mang ý ngĩa rèn luyện kĩ năng tính toán, củng cố kiến thức lí thuyết cơ bản, không cho ra một kết quả chính xác so với thực tế quan trắc tại các trạm thiên văn, ngay cả quan trắc tại các trạm thiên văn cũng có sai số nhưng ít hơn

GV giới thiệu các sơ đồ thể hiện chuyển động biểu kiến của Trái Đất

Dưới đây là cách tính ngày mặt trời lên thiên đỉnh dựa vào bài toán chuyển động với mục đích rèn luyện kĩ năng tính toán cho học sinh. Cơ sở để tính toán: Từ 21/3 đến 23/9 (thời gian chuyển động biểu kiến của Mặt Trời) là 186 ngày, từ 23/9 đến 21/3 năm sau là 179 ngày

Bài tập 1: Tại vĩ độ 10⁰ B trong 1 năm có bao nhiêu lần Mặt Trời lên thiên đỉnh? Vào những ngày nào trong năm?

Bài tập 2: Xác định 2 lần Mặt trời lên thiên đỉnh tại 15⁰B?

Bài tập 3: Các thành phố nào sau đây sẽ có hiện tượng Mặt Trời mọc từ chính hướng Đông và lặn ở chính hướng Tây (giải thích). Xác định các ngày có hiện tượng tự nhiên đó TP Hồ Chí Minh (10⁰49’B), Hà Nội (21⁰02’B), Bắc kinh (40⁰06’B), Keptao (33⁰56’N)

Cách khác để tính ngày mặt trời lên thiên đỉnh ở các vĩ độ: biểu đồ xác định góc chiếu của tia sáng Mặt Trời (địa đồ cầu-biểu đồ Analemma)

Bước 1: Tính múi giờ

A thuộc bán cầu đông Kinh độ A:15= x làm tròn theo quy tắc toán học

A thuộc bán cầu tây (360- A):15 = y (Hoặc A:15 = x thì A thuộc múi 24 – x)

Bước 2: Tính khoảng cách chênh lệch hai múi giờ

Bước 3: Tính giờ

- Cần tính khu vực múi cao hơn thì (+) tính về phía Đông

- Cần tính khu vực múi thấp hơn thì (-) về phía Tây

Bước 4: Tính ngày

- Cùng bán cầu không đổi ngày

- Khác bán cầu đổi ngày theo quy luật T-Đ lên một ngày

Bài số 1: Biết giờ ở kinh tuyến số 100 ⁰ Đ là 16 giờ ngày 19/9/2004. Tính giờ múi ở kinh tuyến mang số 100 ⁰ T, 115 ⁰ T, 176 ⁰ Đ?

Bài số 2: Hãy cho biết, đánh một bức điện đi từ Hà Nội (múi giờ số7) vào lúc mấy giờ, để tất cả các địa phương trên thế giới đều nhận được trong cùng một ngày? Các địa phương: Matxcova (múi giờ số 2), NiuĐêli (múi giờ số 5), Bắc Kinh (múi giờ số 8), Tôkiô (múi giờ số 9), Niu Yook (múi giờ số19), Paris (múi giờ số 0) là bao nhiêu?

- Gọi thời gian đánh điện từ Hà Nội là x giờ (0

- Để các địa điểm trên thế giới đều nhận được điện trong cùng một ngày thì x phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Tại múi giờ 12:

+ Điểm nằm ở phía Bán Cầu Đông có giờ là x + 5< 24

+ Điểm nằm ở phía Bán Cầu Tây có giờ là x + 5> 24h

Kết hợp các điều kiện trên ta thấy x phải thoả mãn: x =19 giờ

Bài tập 3: Ở Việt Nam vào giờ nào trong ngày 8/3 thì các địa điểm khác trên Trái Đất có cùng ngày 8/3 nhưng giờ lại khác nhau?

Việt Nam ở múi giờ số 7 mà múi có giờ sớm nhất là múi 12 -> Việt Nam cách múi giờ sớm nhất là 5h

Vậy ở Việt Nam vào lúc 23-5=18h ngày 8/3 thì các địa điểm khác trên Trái Đất có cùng ngày 8/3 nhưng giờ lại khác nhau

Bài tập 4: Ở Oasinhton (múi 19) vào giờ nào trong ngày 8/3 thì các địa điểm khác trên Trái Đất có cùng ngày 8/3 nhưng giờ lại khác nhau?

Oasinhton ở múi giờ số 19 mà múi có giờ sớm nhất là múi 12 -> Oasinhton cách múi giờ sớm nhất là 12 – (24+19)=17h

Vậy ở Oasinhton vào lúc 23-17=6h ngày 8/3 thì các địa điểm khác trên Trái Đất có cùng ngày 8/3 nhưng giờ lại khác nhau

-> Cách làm: bước 1 tìm khoảng cách giữa múi sớm nhất và múi cần tính bằng cách lấy múi sớm nhất (múi 12) trừ đi múi cần tính (nếu không trừ được thì mượn 1 ngày là 24h), bước 2 lấy 23h (1 ngày) trừ đi kết quả của phép tính trên

Los Angeles – Hà Nội cách nhau 8+7 =15 múi

Khi xuất phát thì giờ ở Hà Nội : 19 + 15 =34 = 10 giờ ngày 1/3/2003

Chuyến bay hết 15 giờ mới đến Hà Nội lúc đó đến sân bay thì giờ ở Hà Nội là : 10 + 15 = 25 giờ – tức là 1 giờ ngày 2/3/2003 .

Tàu chạy đến Mac xay lúc 19h ngày 1/3/2002 mất 20h -> Khi tàu bắt đầu chạy ở Hải Phòng thì giờ ở Macxay là 19-20+24=23h ngày 28/2/2002

Lúc Macxay là 23h ngày28/2/2002 thì HP là 5h ngày 1/3/2002 -> Việt Nam sớm hơn Macxay 6h

Việt Nam ở múi giờ số 7-> Macxay ở múi 7-6=1

Cách làm:

Bước 1: Tính khoảng cách chênh lệch số độ kinh tuyến giữa hai địa điểm, sau đó đổi ra đơn vị thời gian theo nguyên tắc sau: cứ 1 múi giờ (1h) tương ứng với 15⁰ kinh tuyến -> 60’ (thời gian) tương ứng với 15⁰ kinh tuyến-> 4’ (thời gian) tương ứng với 1⁰ kinh tuyến->4’’ (thời gian) tương ứng với 1’ kinh tuyến

Bước 2: Tính giờ địa phương của điểm cần tính theo nguyên tắc giờ phía Đông sớm hơn giờ phía Tây

116⁰5’Đ - 105⁰Đ= 11⁰5’ KT tương ứng với 44’20’’ thời gian

-> Bắc Kinh là 7h+44’20’’= 7h44’20’’

Bài tập 2: Bắc kinh 116⁰5’Đ, Tokio là 138⁰5’Đ. Nếu Tokio là 10h thì Bắc kinh là mấy giờ?

Bài tập 3: NiuDeli là 75⁰20’Đ, Mêhico 98⁰7’T. Nếu Mehico là 7h thì Niu đeli là mấy giờ? Nếu Niudeli là 16h thì Mehico là mấy giờ?

75⁰20’+98⁰7’T=173⁰27’KT ứng với 11h33’48’’

- Nếu Mehico là 7h thì Niudeli là 7h+ 11h33’48’’=18h33’48’’

- Nếu Niudeli là 16h thì Mehico là 16-11h33’48’’=4h26’12’’

Tính ngày ở một vĩ độ bất kì bằng cách biến đổi công thức tính góc nhập xạ

+ Hà Nội nằm ở bán cầu mùa hạ:

+ Hà Nội nằm ở bán cầu mùa đông

h₀ = 90⁰ – ( + )-> = 90-- h₀=-6⁰30’

Vậy vĩ độ địa lí Mặt Trời lên thiên đỉnh là6⁰30’B.

Từ 21/3-23/9 là 93 ngày-> 6⁰30’ tương ứng với 26 ngày

Vậy vào ngày 16/4 và 28/8 thì Hà Nội có góc nhập xạ giữa trưa là 75⁰30’

Tìm vĩ độ địa lí và kinh độ địa lí dựa vào công thức tính góc nhập xạ và tính giờ

- Kinh tuyến và giờ: Cho hai điểm A, B có kinh độ lần lượt là _A và _B . Khi ở A là T_A giờ và khi ở B là T_B giờ. Hãy tính mỗi chỉ số _A , _B , T_A , T_B theo 3 chỉ số còn lại

+ nếu cùng bán cầu: T_B - T_A= (_B - _B) : 15⁰ (giờ địa phương)

+ nếu khác bán cầu: các giá trị _A , _B , T_A , T_B mang theo dấu

- Mối quan hệ giữa vĩ độ và độ cao Mặt Trời: Cho hai điểm A, B có vĩ độ lần lượt là _A và _B Vào giữa trưa cùng ngày ở điểm A Mặt Trời có độ cao là h_A, ở điểm B Mặt Trời có độ cao là h_B . Hãy lập hệ thức _A , _B , h_A, h_B theo các yếu tố còn lại.

+ Hai điểm cùng bán cầu: _A - _B = h_B – h_A

+ Hai điểm khác bán cầu: _A + _B + h_A + h_B = 180⁰

Công thức tính thời gian ban ngày tại địa điểm A vào một ngày bất kì

24/180[180-arcos(tgφ x tgα)]

Bài tập 1: Tính thời gian ban ngày tại 36⁰43’30’’N ngày 7/11 (Mặt Trời lên thiên đỉnh tại 11⁰43’30’’N)

=24/180[180-arcos(tg36⁰43’30’’ x tg11⁰43’30’’)]

=13h11’

Bài tập 2: Tính số giờ được chiếu sáng tại chí tuyến Bắc vào ngày 20/5?

* Xác định phương hướng dựa vào hệ quả chuyển động của Trái Đất

Bài tập 1: Những vị trí nào ở bề mặt Trái Đất có hiện tượng Mặt Trời mọc chính đông và lặn chính Tây? Hiện tượng này xuất hiện vào ngày nào trong năm?

Hiện tượng Mặt trời mọc và lặn là chuyển động biểu kiến diễn ra hàng ngày , đó là hệ quả của chuyển động tự quay của Trái Đất. Tuy nhiên không phải tất cả mọi nơi trên Trái Đất đều quan sát thấy Mặt Trời mọc ở chính đông và lặn ở chính Tây

Đứng ở bề mặt đất nhìn về phương Bắc dang hai tay ra hai bên, tay phải người quan sát là hướng đông, tay trái là hướng tây. Khi Mặt trời mọc chính đông vào sáng sớm, lặn chính tây vào chiều tà thì lúc giữa trưa (12h) Mặt Trời phải ở đỉnh đầu người quan sát

Khu vực Mặt Trời lên thiên đỉnh (khu vực nội chí tuyến) mới thấy Mặt Trời mọc chính đông và lặn chính tây. Hiện tượng này chỉ đúng ngày Mặt Trời lên thiên đỉnh mới thấy, vùng ngoại chí tuyến không bao giờ có hiện tượng Mặt Trời mọc chính đông và lặn chính tây

Xích đạo có 2 ngày Mặt Trời mọc chính đông và lặn chính tây là 21/3 và 23/9, ở chí tuyến Bắc là 22/6 còn chí tuyến nam là 22/12

Bài tập2:

a/ Khi nào tại Xích đạọ mặt trời mọc đúng hướng đông và lặn đúng hướng tây? Tại sao như vậy?

b/ Đứng trên xích đạo vào ngày 20/5 Mặt Trời mọc hướng nào lặn hướng nào?

Bài tập 3: Muốn biết Mặt Trời có mọc chính đông và lặn chính tây ở một vĩ tuyến nào đó trên hình vẽ người ta có thể dựa vào những căn cứ nào?

Có thể dựa vào 1 trong 3 căn cứ sau đây:

- Tia sáng Mặt Trời vuông góc với vĩ tuyến

- Nếu kéo dài tia sáng chiếu tới vĩ tuyến đó (Vĩ tuyến được chiếu vuông góc) tia sáng sẽ đi qua tâm Trái Đất

- Tia sáng từ Mặt Trời qua Vĩ tuyến vào tâm Trái Đất sẽ vuông góc với mặt phẳng phân giới sáng tối

Bài tập 4: Hôm nay 15/4 trời nắng, ở Hà Nội 21⁰B. Căn cứ vào Mặt Trời hãy xác định 4 hướng chính Đông, Bắc, Tây, Nam?

15/4 Mặt Trời lên thiên đỉnh tại 6⁰18’B, Hà Nội là 21⁰B đang ở phía Bắc so với Mặt Trời

Dùng cọc cắm vuông góc so với mặt đất lúc 12h trưa: bóng của cọc đổ về hướng nào thì đó là hướng Bắc, đứng quay mặt theo hướng bóng của cọc thì sau lưng là hướng Nam, tay phải hướng Đông, tay trái hướng Tây

Bài tập 5: Có phải mọi nơi trên Trái Đất, Mặt trời lên thiên đỉnh bóng đều ngả về phía Bắc không? Nơi nào Mặt trời lên thiên đỉnh bóng ngả về phía Bắc-phía Nam? Thời gian nào?

Không phải mọi nơi trên Trái Đất, Mặt trời lên thiên đỉnh bóng đều ngả Bắc bởi Mặt trời chỉ lên thiên đỉnh trong khu vực nội chí tuyến, có khi nội chí tuyến Bắc Bán Cầu, có khi là Nam Bán Cầu.

- Khu vực nội chí tuyến có bóng ngả về phía Nam khi Mặt trời lên thiên đỉnh ở Bắc Bán Cầu

- Khu vực nội chí tuyến có bóng ngả về phía Bắc khi Mặt Trời lên thiên đỉnh ở Nam Bán Cầu

Đường phố này nằm trong khu vực nội chí tuyến bởi vì khu vực này có hiện tượng Mặt Trời lên thiên đỉnh, khi đó bóng của vật trùng với vật.

Phố này nằm theo hướng Đông Tây cùng với hướng chiếu của tia nắng Mặt Trời

Bài tập 6: Tại sao ở Việt nam vào mùa đông lúc giữa trưa Mặt Trời không bao giờ đứng bóng mà lại chếch về hướng Nam?

Khi Mặt Trời đứng bóng là lúc Mặt Trời chiếu vuông góc với mặt đất lúc giữa trưa

Hình 1 Hình 2

Hình 3 Hình 4

Hình 5 Hình 6

Hình 3: chí tuyến Bắc, hình 4: chí tuyến Nam

hình 5: xích đạo, hình 6: vòng cực Bắc, Hình 7: vòng cực Nam

Bài tập 6: Giả sử cho một luồng gió thổi từ M về N (xem hình) thì thực tế luồng gió đó có về đến N không? Tại sao? Nếu luồng gió không về đến N thì nó sẽ về phía nào của N và tại sao?

Thực tế luồng gió trên không về đến N vì do ảnh hưởng của lực thiên sai làm cho các luồng gió thổi theo hướng đường kinh tuyến đều bị lệch hướng

Luồng gió trên sẽ về đến bên trái của N (theo hướng nhìn vào hình vẽ)

IV. Giả thuyết ngược

Bài tập 1: Giả sử Trái Đất tự quay quanh trục với thời gian bằng thời gian nó quay quanh Mặt Trời thì dẫn tới hệ quả gì?

- Vẫn có ngày và đêm nhưng nửa nào là ngày thì mãi là ngày, nửa nào là đêm sẽ mãi là đêm, nửa là ngày sẽ bị đốt nóng, nửa là đếm sẽ rất lạnh -> sự điều hòa nhiệt sẽ không còn nữa, gió thổi từ nửa sáng sang nửa tối và sẽ không còn tồn tại sự sống

- Còn lực thiên sai nhưng yếu hơn

- Không có sự phân chia giờ, vẫn vẽ lên mạng lưới kinh vĩ tuyến

- Vẫn còn mùa và phân chia thành các đới nhiệt và chiếu sáng nhưng chỉ có ở nửa cầu được chiếu sáng

- Không còn chuyển động biểu kiến của Mặt Trời từ Đông -Tây

- Không còn mùa vì cả hai nửa cầu cùng ngả về phía Mặt Trời như nhau

- Không còn hiện tượng ngày đêm dài ngắn theo mùa vì trục Trái đất trùng với trục Sáng tối

- Không còn chuyển động biểu kiến của Mặt Trời giữa hai chí tuyến

- Vẫn còn ngày đêm kế tiếp nhau không ngừng và sự điều hòa nhiệt

- Còn lực thiên sai vì Trái Đất vẫn hình cầu và tự quay

- Còn mạng lưới kinh vĩ tuyến

- Có giờ và sự chênh lệch thời gian giữa hai bán cầu thời kì 21/3 – 23/9 và ngược lại

- Có sự phân chia đới nhiệt và đới chiếu sáng

- Không có sự trái ngược giữa hai nửa cầu

Giả sử trục Trái Đất nghiêng với mặt phẳng quĩ đạo một góc 55⁰ thay vì 66⁰ 33’như hiện nay thì có những thay đổi gì về chí tuyến, vòng cực và đới khí hậu:

- Chí tuyến = 90 -55= 35⁰B và N

- Vòng cực=độ nghiêng của trục=55⁰B và N

- Đới khi hậu nhiệt đới và hàn đới mở rộng hơn còn ôn đới hẹp lại

Bài tập 5: Nếu như trong quá trình chuyển động xung quanh Mặt Trời trục Trái Đất nghiêng một góc 45⁰ so với mặt phẳng quĩ đạo thì sẽ có những hệ quả địa lí nào

- Các vĩ tuyến và vòng cực trùng nhau ở vĩ tuyến 45

- Ngày đêm vẫn tồn tại nhưng chênh lệch ngày đêm ở các vĩ độ cao sẽ lớn hơn

- Mà vẫn tồn tại và trái ngược nhau giữa hai nửa cầu nhưng sự trái ngược này lớn hơn.

- Càng đi về hai cực mùa đông càng ngắn, mùa hè càng dài

- Từ 45 độ về cực sẽ có 6 tháng ngày, 6 tháng đêm

Các hiện tượng vẫn diễn ra nhưng ngược hướng

- Sự luân phiên ngày đêm: các địa phương phía Tây có ngày giờ sớm hơn phía đông

- Giờ và đường chuyển ngày: múi giờ được đánh theo chiều ngược lại, qui ước đổi ngày: đông -> Kinh tuyến 180 -> Tây lùi 1 ngày và ngược lại, sự lệch hướng chuyển động các vật thể Bắc bán cầu lệch trái, Nam Bán cầu lệch phải so với hướng xuất phát -> hướng gió, dòng chảy, đường đạn, sự mài mòn các dòng sông sẽ trái ngược với hiện nay

- Ngày và đêm vẫn có nhưng thời gian ngày và đêm sẽ kéo dài đến 6 tháng (do Trái Đất chuyển động xung quanh Mặt trời)

- Mùa vẫn có nhưng một năm có hai mùa, 6 tháng nóng trùng với thời gian là ngày, 6 tháng lạnh trùng với thời gian là đêm, nhiệt độ khi ấy xuống rất thấp

- Gió trên Trái Đất hoạt động rất mạnh do chênh lệch nhiệt độ dẫn đến chênh lệch khí áp và sinh ra gió

- Sẽ không còn sự sống vì nhiệt độ quá khắc nghiệt do sự chênh lệch giữa ngày và đêm

KẾT LUẬN