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地理(人教版)
第二章 宇宙中的地球
及其运动
第9课 正午太阳高度的变化
基础案
1
在梳理归纳教材中夯实基础知识
研学案
2
在挖掘真题情境中提升关键能力
巩固案
3
在实践模拟演练中培优综合素养
[课程标准] 结合实例,说明地球运动的地理意义。
90°
0°
一、太阳高度角和正午太阳高度
1.太阳高度角
(1)太阳高度角;太阳光线与 的交角(即太阳在当地的仰角),叫作太阳高度角,简称太阳高度(如图中a所示)。
(2)在太阳直射点上,太阳高度是 ;在晨昏线上,太阳高度是 。
地面
2.正午太阳高度
正午太阳高度是日内 的太阳高度(如图中H所示),反映太阳辐射的强弱。
最大
二、正午太阳高度的变化规律
1.纬度变化规律
同一天,正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两方降低。
夏至日
正午太阳高度由 向南北两方递减
冬至日
正午太阳高度由 向南北两方递减
春、秋分日
正午太阳高度由 向南北两方递减
北回归线
南回归线
赤道
[地理实践] 请在下图中用折线画出二分二至日正午太阳高度的分布状况。
提示:
2.季节变化规律
太阳直射点向本地所在纬线移来,则正午太阳高度增大,移去则减小。如图所示:
北半球
北半球节气
达最大值的地区
达最小值的地区
夏至
及其以北的纬度带
各纬度
冬至
及其以南的纬度带
各纬度
春、秋分
赤道
南、北极点
北回归线
南半球
南回归线
任务一 纪念李准巡南海,探究正午太阳高度
[情境] 1909年5月,广东水师提督李准率领水师官兵乘伏波舰、琛航舰巡查南海诸岛,在今三沙市西沙区测绘地图,勘察岛屿,勒石竖旗,逐一命名,其中琛航岛(16°27′N,111°42′E)以琛航舰命名。李准滩(7°48′N,110°28′E)位于三沙市南沙区,是为了纪念李准当年巡查南海诸岛而命名(下图)。
——源自2022年海南卷T10、T11
[思考](1)一年内李准滩的正午太阳高度与琛航岛相比,正确的是( )
A.夏至日都达到最大值
B.始终大于琛航岛
C.冬至日都达到最小值
D.达到90°的次数多
(2)依据所学地理知识推断( )
A.琛航岛的昼夜长短变化幅度比李准滩大
B. 琛航岛与李准滩的直线距离约1 200千米
C.李准滩较琛航岛更易受台风影响
D.李准滩附近海域表层海水盐度较琛航岛高
(3)李准滩一年中正午太阳高度角最大是多少,有几次达到最大?为什么?
提示:(1)C (2)D (3)李准滩位于赤道和北回归线之间,每年被太阳直射两次,所以李准滩的正午太阳高度每年有两次达到最大,都是90°。
【知识点击】
1.正午太阳高度的判断方法
(1)分布看“远近”——远小近大
距离太阳直射点所在的纬线越近,正午太阳高度越大;距离越远,正午太阳高度越小。
(2)变化看“移动”——来增去减
太阳直射点向某地所在的方向移来时,该地的正午太阳高度逐渐增大;太阳直射点远离某地时,该地的正午太阳高度逐渐减小。
(3)位置看“数值”——90°的出现
2.正午太阳高度的计算方法
公式:H=90°-两点的纬度差。
说明:“两点”是指所求地点与太阳直射点。两点纬度差的计算遵循“同减异加”原则,即两点同在北(南)半球,则两点纬度“大数减小数”;两点分属南北不同半球,则两点纬度相加。如图所示:
当太阳直射B点(10°N)时,A点(40°N)正午太阳高度H=90°-AB纬度差=90°-(40°-10°)=60°。C点(23°26′S)正午太阳高度H=90°-BC纬度差=90°-(10°+23°26′)=56°34′。
3.正午太阳高度的年变化幅度
(1)南北回归线之间:纬度越高,正午太阳高度年变化幅度越大(由23°26′增大到46°52′),赤道上为23°26′,回归线上为46°52′。
(2)回归线与极圈之间:各纬度正午太阳高度年变化幅度相同(均为46°52′)。
(3)极圈以内地区:纬度越高,正午太阳高度年变化幅度越小(由46°52′减小到23°26′),极圈上为46°52′,极点上为23°26′。
【对点训练】
(2024·金华模拟)仰仪是我国古代天文观测仪器。主体为铜质半球面,在其南部放置东西向横杆和南北向缩杆,缩杆末端延伸到半球中心,并装有一块中间有小孔、可以旋转的小方板。观测时,让小方板正对太阳,使太阳光通过小孔在球面上形成光点,读取球面内刻度可以判断太阳的位置。据此完成1、2题。
1.若3月1日天气晴朗,光点在铜质半球面上的移动轨迹为( )
A.由西南逆时针转向东南
B.由西南顺时针转向东南
C.由西北逆时针转向东北
D.由西北顺时针转向东北
2.夏至日正午时,北京、杭州光点位置显示正确的是( )
1.D 2.B 解析:第1题,3月1日,太阳直射南半球,北半球应为东南日出,西南日落,我国正午太阳在正南,结合仰仪的示意图可知,仰仪投影应与太阳方位相反,即由西北到正北再到东北,方向应为顺时针。第2题,夏至日正午时,太阳在正南方向,仰仪投影应在北方,C、D错误,杭州的正午太阳高度角比北京的正午太阳高度角大,杭州正午太阳光点投影位置应在北京正午太阳光点投影位置的下方,B正确,A错误。
任务二 领略彩虹奇观,应用太阳高度
[情境] 彩虹,又称天虹,简称虹,是气象中的一种光学现象。当太阳光照射到空气中的水滴(雨滴)时,光线被折射及反射,天空上形成拱形的七彩光谱,雨后常见。通常肉眼所见彩虹为拱曲形,似桥状,常有“彩虹桥”的说法,它是阳光和雨水的共同产物。
——源自2023年福建卷T10、T11
[思考](1)暑假某日,小明同学来到武夷山游玩,降雨过后,看见了彩虹,则小明看见彩虹时最可能的时间与朝向是( )
A.7:00-8:30面朝太阳
B.10:00-11:30面朝太阳
C.13:00-14:30背对太阳
D.16:00-17:30背对太阳
(2)我国北方夏季彩虹出现频率高于南方的可能原因是( )
A.降雨较多 B.太阳高度角大
C.白昼时间长 D.可见度较高
(3)观看彩虹为什么要背对太阳?
提示:(1)D (2)C (3)彩虹是由太阳光通过空气中的水滴折射、反射和散射而形成的。当太阳在背后时,光线可以直接照射到水滴上,形成彩虹。如果太阳在前方,光线会直接进入眼睛,导致无法看到彩虹。
【知识点击】
1.应用正午太阳高度确定地方时
当某地太阳高度达一天中最大值时,就是一天的正午时刻,此时当地的地方时是12时。
2.应用正午太阳高度判断所在地区的纬度
当太阳直射点位置一定时,如果知道当地的正午太阳高度,就可以根据“某地与太阳直射点相差多少纬度,正午太阳高度就相差多少度”的规律,求出当地的地理纬度。
3.应用正午太阳高度确定房屋的朝向
为了获得最充足的太阳光照,各地房屋的朝向与正午太阳所在的位置有关。
(1)北回归线以北的地区,正午太阳位于南方,房屋朝南。
(2)南回归线以南的地区,正午太阳位于北方,房屋朝北。
4.应用正午太阳高度判断日影长短及方向
(1)太阳直射点上,物体的影子长度缩短为0。
(2)正午太阳高度越大,日影越短;反之,日影越长。正午是一天中日影最短的时刻。日影永远朝向背离太阳的方向,北回归线以北的地区,正午的日影全年朝向正北(北极点除外),冬至日日影最长,夏至日日影最短。
(3)南回归线以南的地区,正午的日影全年朝向正南(南极点除外),夏至日日影最长,冬至日日影最短。
(4)南、北回归线之间的地区,正午日影夏至日朝向正南,冬至日朝向正北,太阳直射时日影最短(长度为0)。
5.应用正午太阳高度计算楼间距、楼高
为了保证一楼全年有阳光照到,北回归线以北地区建楼房时,两楼之间的最短距离应大于L=h·cotH(H:冬至日正午太阳高度)。
6.应用正午太阳高度计算热水器的安装角度
如上图所示,集热板与地面之间的夹角和当天正午太阳高度互余,当a+H=90°时热水器使用效果最佳。
【对点训练】
(2024·郑州模拟)因受地物影响,不同位置的太阳辐射存在差异。家住某城市(118°E,30°N)的王先生为减少汽车夏季暴晒的时间,会在小区内选择合适的停车位。下图为王先生小区地上停车位简图。读图,完成1、2题。
1.王先生在夏季12:00-14:00选择停车位合理的是( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
2.楼房日影年内最短时,北京时间约为( )
A.6月22日11:52
B.6月22日12:08
C.12月22日11:52
D.12月22日12:08
1.C 2.B 解析:第1题,由于题中某城市(118°E,30°N)的地方时与北京时间相近,根据所学知识,夏季12:00-14:00太阳由南向西南方向运动,丙车位首先位于楼房的阴影区,因此王先生选择丙停车位合理。第2题,根据所学知识,一年内当地地方时为夏至日12:00时,太阳高度角最大,影子最短,该地(118°E)地方时为6月22日12:00时,北京时间(120°E)为6月22日12:08。
(2024·镇江高三校联考阶段练习)下图是我国位于105°E附近的某城市上午时刻(北京时间)的太阳高度角,横轴时间为1月1日开始到某个日期的天数。读图,完成1、2题。
1.一年中,该城市正午太阳高度最大值接近( )
A.90° B.83° C.70° D.65°
2.该城市为( )
A.成都 B.银川 C.台北 D.兰州
1.B 2.A 解析:第1题,当地经度为105°E,正午时刻应为北京时间13时;该地距1月1日173天左右时(6月22日前后)太阳高度全年最高,说明该地位于北回归线及其以北地区,夏至日时的正午太阳高度为全年最大值;读图可知,当地同一日内每小时太阳高度相差约为12°,北京时间10时太阳高度为47°,推出当地正午时即北京时间13时,正午太阳高度约为83°。第2题,由上题可知,当地夏至日正午太阳高度为83°,由正午太阳高度角计算公式可知,该日当地与23°26′N的纬度差是7°,夏至日太阳直射北回归线23°26′N,可推知当地纬度约30°26′N,再结合该城市经度为105°E,可知该城市为成都,A正确;银川、台北、兰州的经纬度均不在(30°26′N,105°E)附近,B、C、D错误。
(2024·宜宾模拟)湖北某中学研究性学习小组设计了可调节窗户遮阳板,实现教室良好的遮阳与采光。下图示意遮阳板设计原理。读图,完成3、4题。
3.遮阳板收起,该教室内正午太阳光照面积达一年最大值时( )
A.全球昼夜平分
B.南半球为夏季
C.太阳直射23°26′N
D.南极圈以南地区出现极夜
4.湖南某中学生借鉴这一设计,若两地窗户大小形状相同,则应做的调整是( )
①安装高度不变,加长遮阳板
②安装高度不变,缩短遮阳板
③遮阳板长度不变,降低安装高度
④遮阳板长度不变,升高安装高度
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
3.B 4.D 解析:第3题,根据图示和题目叙述可知,遮阳板收起是为了采光,应为冬季。室内正午太阳光照面积达一年最大值时,表示太阳光线与地平面的夹角较小,太阳高度达一年中的最小值,此时应为北半球的冬至日,太阳直射点位于南回归线,C错误;南极圈及其以南地区出现极昼现象,D错误;北半球昼短夜长,不是全球昼夜平分,A错误;为南半球的夏季,B正确。第4题,湖南较湖北纬度低,太阳高度角大,夏季室内光照面积小,所以安装高度不变的情况下,可以缩短遮阳板,起到遮阳作用;或者在遮阳板长度不变的情况下,升高安装的高度,也可以起到遮阳的作用,①③错误,②④正确。
(2024·益阳模拟)广西梧州(112°E,23.5°N)某建筑南墙屋檐上加装了电控遮阳板。电控遮阳板会自动控制其仰角,当电控遮阳板与正午太阳光线垂直,则该日内遮阳板不再旋转。下图示意该建筑及遮阳板结构。读图,完成5、6题。
5.该建筑南墙上的电控遮阳板与屋顶大致平行的日期是( )
A.3月22日 B.6月22日
C.9月23日 D.12月22日
6.秋分日从日出到日落,该建筑的四面墙体接收太阳光照最少的是( )
A.东墙 B.西墙 C.南墙 D.北墙
5.B 6.D 解析:第5题,由材料可知,该地纬度为23.5°N,而电控遮阳板始终与正午太阳光线保持垂直,南墙电控遮阳板与屋顶平行,说明正午太阳直射该地,大致接近夏至日。第6题,由题干可知,秋分日太阳直射赤道,日出正东,日落正西,正午太阳在南方,因此东、南、西三面墙接收到的太阳光照较多,北墙位于背阴之地,光照较少,D正确,A、B、C错误。
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