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一、地球周年的自转圈数与昼夜更替数
众所周知，地球一边绕太阳做公转运动，一边绕地轴做自转运动。在公转一周的过程中，经历约365.25个昼夜，这就很容易得出结论：地球每年自转365.25圈。但实际上地球公转1周， 自转的圈数要比昼夜更替数多1，而达到366.25圈。
为什么地球在绕日公转1周内会多自转1圈呢？这可以参照月球绕地球的转动来理解。如果把地球当成发光的球体，根据月球运动的特点，即月球总是以同一个面向着地球（地球上的观察者只能看到月球的一面，背面是看不到的），月球上的观察者是观察不到“昼夜更替”现象的，即面向地球的一面总是“白天”，而背着地球的一面总是“黑夜”。事实上，在月球绕地球公转1周的过程中，为了使同一个面始终向着地球，例如月球上正对着地球的点α，为了始终正对着地球，月球不得不绕自己的轴自转1圈，见图1。假如月球绕地球1周， 月球上的观察者观察到正好经历了1“昼夜”，则月球就得自转2圈；若月球绕地球1周，月球上的观察者观察到正好经历了2“昼夜”，则月球就必须自转3圈，……，若月球绕地球1周，月球上的观察者观察到的是经历了365“昼夜”，则月球就必须自转366圈。根据这样的推理，地球在绕太阳公转1周的过程中，自转圈数比实际观察到的昼夜更替数多1就不难理解了。
在高中一年级的地理课中，学生对“恒星日”和“太阳日”这两个概念及其区别常感到很难理解，只要明白以上讨论的道理，就不难理解了。
二、恒星日与太阳日
选天空中某颗恒星（例如天狼星，距地球8.7光年，非常遥远， 地球上接收到它发出的光可认为是平行光）为第一参照物，选太阳为第二参照物，取此恒星和太阳连线的延长线正好经过地球表面某点P 这个特殊位置为基准。此时地球位于公转轨道上的A点，而P点的观察者观察到的此恒星和太阳同时在上中天，以这个特殊位置为计时起点（图2）。
开始计时后，地球一边公转一边自转，当到达公转轨道的B点时，地球恰自转了1圈。P点再次正对那颗恒星（即P点的观察者看到那颗恒星再次经过上中天）而经历了一个恒星日。但P 点还未转到再次正对太阳（即P点的观察者观察到太阳还未再达上中天）。 地球必须继续运动而到达公转轨道上的C点时，P点才能再次正对太阳（即P 点的观察者看到太阳再次经过上中天），经过一个太阳日。而从B点到C点，地球必须经过3分56秒（自转约59′）才能实现。这样一来， 恒星日和太阳日的时间长短就不相等，1个恒星日的时间为23小时56分4秒，而1 个太阳日的时间为24小时。如此以来，地球上每昼夜时间内地球自转约360°59′，则绕太阳公转1周恰多自转1圈，即每年约365.25天，而地球自转约366.25圈。
三、地球自转的角速度
根据以上的分析，地球自转1圈（360°）恰用一个恒星日的时间，相应地一个太阳日地球自转约360°59′， 这就不难计算出地球自转的角速度：
公式1：
念上是不对的，有点不伦不类。但由于它计算相对简单，在近似估算时可以采用，但应知道这个数值来的不科学。
必须指出，地球的自转角速度不是永恒不变的，由于宇宙的长期演化，地球自转在逐渐减慢。据科学家对贝壳和珊瑚生长式样做出的判断，大约在15亿年以前，地球自转一周为9小时左右，比现在要快1.5倍左右。造成地球自转减慢的原因主要是由于潮汐、大气层与地球表面的摩擦及地心引力的减弱等因素。目前“天文时”比标准的“原子时”每年慢将近1秒，以至不得不用“闰秒”来调整时钟的指针。 地球自转角速度的减慢是非常缓慢的，现阶段我们取上述值已足够精确。
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