内容正文:
第9讲 昼夜长短的变化和四季五带
课标要求
依标看考
依考定教
结合实例,说明地球运动的地理意义。
(2024·广东卷·T15~16)结合古蜀国时期金沙聚落遗址(30°41′N,104°01′E)九柱建筑,说明太阳方位的变化。
①结合生活实践类实例,说明昼夜长短变化的规律。
②结合优秀传统文化实例,分析太阳周日视运动规律。
———[真题探源·扣教材]———
(2024·北京卷)某中学以本地红花生长与应用为主题,开展跨学科学习系列活动。图1为活动方案略图,图2示意不同地区的景观。读图,完成1~2题。
1.采摘红花时,临近( )
A.雨水 B.小满 C.小暑 D.处暑
2.红花生长期间,同学们可观察的现象是( )
A.白昼时间先变长后变短
B.太阳辐射强度逐渐减弱
C.日落方位先南移后北移
D.正午旗杆影长逐渐变长
1.C 2.A 解析:第1题,采摘红花的时间在7月初,雨水开始的时间是在2月18日~20日,A错误;小满开始的时间是在5月20日~22日,B错误;小暑开始的时间是7月6日~8日,C正确;处暑开始的时间是8月22日~24日,D错误。第2题,红花的生长期是4月初到7月初,从4月初到夏至日太阳直射点不断北移,夏至日太阳直射北回归线,夏至日至7月初太阳直射点不断南移。其中夏至日那一天白昼时间最长,太阳辐射最强,日落方位最偏北,正午影长最短。4月初到夏至日北半球白昼时间变长,而夏至日到7月初时段内北半球白昼时间变短,红花的生长期间白昼时间先变长后变短,A正确;太阳辐射先变强后变弱,B错误;日落方位先北移后南移,C错误;正午旗杆影长先变短后变长,D错误。
(1)探源教材:选择性必修1教材P17
(2)教考连线
【教】运用教材二十四节气的划分⇨【考】说明采摘红花时,临近的节气,以及红花生长期间,昼夜长短变化情况。
———[情境命题·挖教材]———
阅读选择性必修1教材P19作业题3,挖掘教材情境,完成下面问题。
北京(40°N)某中学地理社团于2024年3月3日开展了关于自制赤道式日晷制作和日影观测活动。
1.下列为四个小组制作的日晷示意图,其中摆放正确的是( )
2.一个月后,社团成员再次利用日晷开展一天的晷针日影观测活动,下列现象符合实际的是( )
A.日影落在晷盘北侧面,且转动角度大于180°
B.日影落在晷盘北侧面,且转动角度小于180°
C.日影落在晷盘南侧面,且转动角度大于180°
D.日影落在晷盘南侧面,且转动角度小于180°
1.D 2.A 解析:第1题,根据材料可知,赤道式日晷晷盘与地球赤道面平行,晷针垂直穿过晷盘中心指向北极星,由于北京位于北回归线以北,所以晷针指向正北方向;北京的纬度是40°N,所以晷针与地面的夹角是40°,6时日出方位偏东,日影位于晷盘西侧,D正确。第2题,2024年3月3日的一个月后,大约是4月3日,此时太阳直射点在北半球且向北移动。日影落在晷盘北侧面,且转动角度大于180°。因为此时太阳直射点在北半球,北京昼长夜短,日影转动角度大于180°,A正确。
一、昼夜长短的变化
1.昼弧、夜弧
(1)划分:晨昏线(圈)将地球上的纬线圈分成两部分,位于昼半球的部分叫昼弧,位于夜半球的部分叫夜弧。如下图所示:
(2)意义
昼弧和夜弧的长度,反映了该纬度地区的昼夜长短。昼弧长于夜弧则昼长夜短;昼弧等于夜弧则昼夜等长;昼弧短于夜弧则昼短夜长。
2.昼夜长短的变化规律
(1)赤道上:全年昼夜平分。
(2)北半球
时间
昼夜长短
分布规律
特殊节气
夏半年(自春分日至秋分日)
昼长夜短
纬度越高,昼越长,夜越短;北极四周,出现极昼现象
夏至日,北半球各纬度昼长达一年中最大值,极昼范围达最大
冬半年(自秋分日至次年春分日)
昼短夜长
纬度越高,昼越短,夜越长;北极四周,出现极夜现象
冬至日,北半球各纬度昼长达一年中最小值,极夜范围达最大
(3)南半球的情况与北半球相反。
(4)春分日和秋分日:全球各地昼夜平分,均为12小时。
【绘图】结合昼夜长短变化规律,在下图中绘制冬至日、二分日昼夜长短的纬度分布。
答案:
二、季节的更替
1.成因
2.划分(以北半球为例)
类型
范围
春季
夏季
秋季
冬季
天文四季
过渡季节
一年内白昼最长、太阳高度角最大的季节
过渡季节
一年内白昼最短、太阳高度角最小的季节
气候四季
3、4、5月
6、7、8月
9、10、11月
12月和次年1、2月
三、五带的划分
1.依据:有无极昼极夜和有无太阳直射。
2.五带划分
考向(一) 昼夜长短的变化规律分析
(经典真题·江苏卷)2020年4月8日22时,小明在上海观赏了“超级月亮”。与此时全球昼夜分布状况相符的是( )
A.① B.②
C.③ D.④
A 解析:4月8日为北半球夏半年,北极圈以内小范围出现极昼,南极圈以内小范围出现极夜;此时北京时间为22时,即120°E的地方时为22时,所以150°E为0时,且为夜半球的中央经线,大致与图①对应。A正确。
1.昼夜长短分布——看“直射点位置”
太阳直射点所在的半球位置决定昼夜长短状况。太阳直射点在哪个半球,哪个半球就昼长夜短,且越向该半球的高纬度地区白昼时间越长。太阳直射点所在半球的极点周围出现极昼现象。如下图所示:
2.昼夜长短变化——看“直射点移动方向”
太阳直射点的移动方向决定昼长、夜长的变化趋势,纬度高低决定昼夜长短的变化幅度。太阳直射点向哪个半球移动,哪个半球就昼变长、夜变短;且纬度越高,昼夜长短变化幅度越大。如下图所示:
【注意】太阳直射某地,该地不一定昼最长夜最短,昼长和夜长的全年最值是以赤道为界,南北半球不同。北半球各地夏至日这一天昼最长,南半球各地冬至日这一天昼最长。
3.昼夜长短变化的其他规律
对称规律
同一纬线上各地昼夜长短相同(同线等长);南北半球同纬度昼夜长短相反。
递增规律
太阳直射点所在半球昼长夜短,且纬度越高,昼越长;另一半球相反
变幅规律
赤道处全年昼夜平分;纬度越高,昼夜长短的变化幅度越大
极昼、极夜规律
极昼(极夜)的起始纬度=90°-太阳直射点的纬度。太阳直射点的纬度越高,极昼(极夜)出现的天数越多
(2025·山东菏泽开学考试)地球公转过程中,除了赤道全年任何一天都是昼夜平分以外,其他地区都会有昼夜长短的变化,也就是一年中会有白昼最长的一天,也有白昼最短的一天。下图示意北半球夏至日全球昼长随纬度变化的规律。据此完成(1)~(3)题。
(1)据图得出的全球昼夜变化规律有( )
①纬度越高,昼夜长短变化幅度越大
②北极和南极的极昼极夜天数相同
③赤道上一年内昼夜等长
④一地昼长与另一半球纬度相同的一地夜长等长
A.①②③ B.②③④
C.①②④ D.①③④
(2)冬至日这一天,30°N的日出时间(地方时)约为( )
A.5时58分 B.6时58分
C.7时00分 D.8时00分
(3)从北半球夏至日到冬至日,南半球白昼的变化特点是( )
A.由一年内的最短到最长
B.由一年内的最长到最短
C.先昼短夜长,后昼长夜短
D.先昼长夜短,后昼短夜长
(1)D (2)B (3)A 解析:第(1)题,根据图中的数据信息可知纬度越高,昼夜长短变化幅度越大,如极圈内出现极昼极夜现象,①正确;由图直接得出,赤道上一年内昼夜等长,③正确;根据图示信息可知,一地昼长与另一半球纬度相同的一地的夜长等长,④正确;因一年中各时段地球公转速度不同,有近日点和远日点的差异,故北极和南极的极昼极夜天数是不相同的,②错误。故选D。第(2)题,根据图中数据并结合所学知识推理可知,一地昼长与另一半球纬度相同的一地的夜长相等。在夏至日时30°N昼长达到最长,为13时56分,在冬至日时昼长达到最短;30°N与30°S纬度相同,30°S在夏至日时昼长最短,其昼长为10小时4分,而30°N在冬至日时昼长也应为10小时4分,则30°N冬至日日出时间为地方时6时58分,B正确。第(3)题,从北半球夏至日到冬至日,太阳直射点由北回归线开始不断向南移动最终到达南回归线,故南半球白昼的变化特点是白昼由一年内的最短到最长,A正确,B错误;随着太阳直射点由北回归线向南移动,其间经过了秋分日太阳直射赤道,之后继续向南移动,南半球昼夜变化先由昼短夜长变为昼夜等长,之后再变为昼长夜短,C、D错误。故选A。
考向(二) 昼夜长短的相关计算
(经典真题·山东卷)2020年5月27日上午11点整,中国珠峰高程测量登山队将五星红旗插上世界最高峰峰顶,实现了四十五年后我国测绘队员的再次登顶。从位于5 200米的大本营向上,队员们要经过甲、乙、丙、丁四个营地(如图),其中一个营地由于空气流通不畅,容易引起高原反应,被称为“魔鬼营地”。据此完成下题。
5月27日位于28°N的温州昼长为13时44分,该日珠峰顶部(28°N, 87°E)日出时刻在北京时间( )
A.7:20 以前 B.7: 20~7:39
C.7:40~8:00 D.8:00以后
A 解析:珠峰顶部(28°N, 87°E)跟温州纬度相同,因此同海拔处同一天中的昼长相等。温州昼长为13时44分,日出=12-昼长/2,温州与珠峰相同海拔的地点日出时刻为5:08(当地地方时),珠峰顶部跟东经120°差33°,所以差2小时12分钟,因此北京时间(东经120°地方时)为7:20。由于珠峰顶部海拔高,日出时刻要早,珠峰顶部日出时刻的北京时间应在7:20以前。
1.利用已知的日出或日落的地方时来计算
一个地区一天的日出和日落的地方时反映了该日的昼夜长短状况。白昼以12时为界,上午与下午时间间隔相等;黑夜以午夜(0时或24时)为界,上半夜与下半夜时间间隔相等。
因此已知某地某一天的昼长,可求出该日的日出、日落时间(地方时),其方法为:
日出时间=12-;日落时间=12+
相反,根据某地某一天日出、日落时间可计算昼长、夜长,其方法为:
某地昼长=日落时间-日出时间=(正午12时-日出时间)×2=(日落时间-正午12时)×2
某地夜长=(子夜24时-日落时间)×2=(日出时间-子夜0时)×2
2.利用一个地区昼弧所跨的经度范围来计算
方法:昼长=白昼弧度数/15°,即在日照图上某条纬线与晨昏线有两个交点,两点之间在昼半球的弧度数/15°,就是白昼的时长。
3.有关昼夜长短时间计算的对称规律
由于太阳直射点的回归运动,一年中地球上同一地点的正午太阳高度、昼夜长短、日出日落方位会出现两次等值。
(1)关于夏至日或冬至日对称的两个日期,其昼夜分布是一样的。因为关于夏至日或冬至日对称的两个日期,其太阳直射点在同一条纬线上。如下图:
(a与b这两个日期关于夏至日对称,c与d这两个日期关于冬至日对称)
(2)关于春分日或秋分日对称的A、B两天,其昼夜分布关于赤道对称,即A昼长等于B夜长,A夜长等于B昼长。因为关于春分日或秋分日对称的两个日期,其太阳直射点所在纬线关于赤道对称。如下图:
(a与b这两个日期关于秋分日对称,c与d这两个日期关于春分日对称)
(2025·山东淄博月考)下图所示地区位于北半球,弧线a为纬线,弧线b为晨昏线,a、b弧线相交于A、B两点,D、C两点分别为a、b弧线上劣弧AB的中点,N为极点。读图,完成(1)~(3)题。
(1)当C点与N点重合时,下列叙述正确的是( )
A.长江口海水盐度最低
B.南极的中山站正值科考最佳季节
C.北京的正午太阳高度为50°
D.地球位于近日点附近
(2)当D点所在的经线为60°E,C点与D点重合,且与N之间的距离最大时,下列叙述正确的是( )
A.太阳直射点的地理坐标是(23°26′S,120°W)
B.北京时间可能是6月23日4时
C.C地的正午太阳高度一定等于0°
D.D地的昼长一定不等于0小时
(3)若A、B两点的经度差为90°,此时C点的地方时为0时,则该日A的昼长为( )
A.12小时 B.21小时
C.3小时 D.18小时
(1)C (2)B (3)D 解析:第(1)题 ,当C点与N点重合时,晨昏线过极点,此时是春分日或秋分日;长江口海水盐度不是最低,最低时是在6月份,A错误;南极的中山站正值科考最佳季节是北半球的冬季,不是春秋分日,B错误;此时太阳直射赤道,北京的纬度约40°N,故正午太阳高度为50°,C正确;地球位于近日点附近是1月初,D错误。故选C。第(2)题,当D点所在的经线为60°E,C点与D点重合,说明极昼(夜)的范围到D纬度;又与N之间的距离最大时,D的纬度是66°34′N,此时是北半球的冬至日或夏至日,当是北半球的冬至日时,太阳直射23°26′S,北极圈内为极夜,此时D点所在经线平分昼半球,即太阳直射60°E经线,太阳直射点的坐标为(23°26′N,60°E),与A项不符,A错误;若此时是夏至日6月22日,120°W是12:00,北京时间120°E可能是6月23日的4时,B正确;若是夏至日,C地此时出现极昼,正午太阳高度一定大于0°;若是冬至日,C点的正午太阳高度等于0°,C错误;若是冬至日,D地昼长为0小时,D错误。故选B。第(3)题,若A、B两点的经度差为90°,此时C点的地方时为0时,那么D点的地方时也是0时;则A点的时间较D点晚3小时,A点刚好在昏线上应是21时,B点在晨线上应是3时,则A的昼长=(21-12)×2=18小时。故选D。
小主题(5) 太阳视运动
——纵向挖掘点:昼夜长短、太阳高度、时间计算影响
(2024·福建卷)每天的日照时长受太阳高度角,建筑物遮挡,树木遮挡影响极大。福建学者小明在美国波士顿访问,6月25日,垂直天空中心拍下来这张照片,虚线表示春分日的太阳移动轨迹。据此完成(1)~(3)题。
(1)夏至日,最有可能日出的位置是( )
A.① B.② C.③ D.④
(2)6月25日,最有可能在哪个时间段(地方时)看到太阳( )
A.8:30~9:00 B.10:30~11:00
C.13:00~13:30 D.15:00~15:30
(3)图中行道树为地方树种,在晴朗无云的天气里,哪个日期看到的日照时间最长( )
A.5月30日 B.7月1日
C.9月1日 D.11月30日
(1)A (2)C (3)D 解析:第(1)题,根据材料信息,图中虚线为春分日太阳移动轨迹,该地位于波士顿,属于北回归线以北地区,正午太阳位置位于正南,因此图中下面是南,上面是北;再结合材料“该照片是小明在美国波士顿访问,6月25日,垂直天空中心拍下来这张照片”可知拍照的方向是垂直于天空中心,拍照方向是朝着上空拍照,结合图中下面是南,可判断左面是东,右面是西。则②④位于西侧,①③位于东侧,夏至日该地日出方位为东北,对应图中的①,A正确。第(2)题,6月25日为北半球夏半年,日出东北,日落西北,该地位于波士顿,正午太阳方位位于正南,日落西北,根据材料信息“每天的日照时长受太阳高度角,建筑物遮挡,树木遮挡影响极大”可知,8:30~9:00太阳位于偏东方向,10:30~11:00太阳位于南偏东,根据上题分析可知图中的方向,从图中可看出偏东以及偏南方向都会受到树叶遮挡而看不到太阳,A、B错误;13:00~13:30太阳位于西南方,从图中可看出,西南方向最不容易受树叶和建筑物遮挡,因此能够看到太阳,C正确;6月25日接近夏至日,该地纬度为北纬42°,日落时太阳西偏北角度较大,15:00~15:30时太阳已在偏西方向,受建筑物遮挡看不到太阳,D错误。故选C。第(3)题,该地位于波士顿,地处美国东北部大西洋沿岸,属于北半球温带,地方树种为温带落叶阔叶林,冬季树木落叶,树叶遮挡较少,11月30日日照时间最长,D正确;5月、7月、9月树叶茂盛,遮蔽率较高,能看到的日照时间较短,A、B、C错误。故选D。
1.太阳视运动
地球自西向东自转,在地球上的观测者看来,日月星辰以相反的方向(东升西落)和相同的周期旋转,这就是天体的周日视运动。太阳视运动的轨迹(周日圈)与地平面的夹角(≤90°),总是与当地的纬度互余(如下图为40°N,夹角为50°),并随着太阳直射点的南北移动而平移。由此导致正午太阳高度角的大小变化,周日圈弧度大小(昼长)的变化,以及太阳方位的变化。
下图反映的是北纬40°附近某地在二分二至日的太阳视运动轨迹。该图可反映日出日落时间与昼夜长短、日出日落方位、正午太阳高度等。
2.太阳方位的判定方法
(1)正午太阳方位
依据太阳直射点位置判断,太阳直射点在该地南侧,则正午太阳位于正南,反之位于正北,直射该地,则为正上方。
(2)日出和日落太阳方位(极点除外)
依据太阳直射点半球位置判断,太阳直射点在南半球,则全球东南日出,西南日落;在北半球,则全球东北日出,西北日落;在赤道,则全球正东日出,正西日落。
(3)任意时刻太阳方位
第一步,先判断该地正午太阳方位。
第二步,根据太阳东升西落,1小时转15°,结合正午太阳方位大约推测任意时刻太阳方位。
3.昼长与日出日落时间
在北半球,昼越长,日出越早,日落越晚,日出日落的位置越偏北,太阳视运动的弧度越大;反之,在北半球昼越短,日出越晚,日落越早,日出日落位置越偏南,太阳视运动的弧度越小。
4.影子变化的判读
(1)影长变化:根据太阳高度的大小判断影长,例如,日出时影长最长,之后缩短,正午时最短,之后变长,日落时影子又最长,直射点上无影子。
(2)影子方位的变化:影子位于太阳相反方位,根据太阳方位即可推知影子方位。
(2023·山东卷)某文化广场 (37°N,105°E)上的十二生肖石像均匀排列成圆形,生肖鼠位于正北方,小明在圆中心竖立一根细杆,以观察太阳周日视运动变化。下图示意夏至日两个时刻的杆影指向。据此完成(1)~(2)题。
(1)该地夏至日地方时16:00时,杆影指向( )
A.生肖虎 B.生肖虎与兔之间
C.生肖兔 D.生肖兔与龙之间
(2)11月至次年2月,一日内被杆影指向的生肖石像个数最多为( )
A.5个 B.6个 C.7个 D.8个
(1)D (2)A 解析:第(1)题,由图可知,北京时间9:20杆影指向正西,当地经度为105°E,此时当地地方时应为8:20,太阳位于正东,一天之中太阳方位关于地方时正午(正南)对称,此日当地地方时15:40太阳应位于正西,则地方时16:00太阳应位于西北方向,杆影应指向东南,读图可知,生肖虎 、生肖虎与兔之间均在东北方向, 生肖兔在正东,只有生肖兔与龙之间在东南。故选D。第(2)题,太阳视运动变化角度为15°/小时,图中两个相邻的生肖石像间隔的圆心角为30°。11月至次年2月,太阳直射南半球,当地太阳东南升、正午在正南、西南落,杆影日出指向西北、正午指向正北、日落指向东北,因此一日内被杆影转过的角度小于180°,指向的生肖石像个数少于6个,最多为5个。
(2025·广东深圳期末)格陵兰某地12月30日结束极夜,但之后一个月全天太阳高度仍很低,因此,当地居民直到1月底才举办登高迎接日出的节庆活动。据此完成(3)~(4)题。
(3)节庆当天,居民们看到太阳日出方向是( )
A.正东 B.正南 C.东南 D.东北
(4)该地夏半年极昼大约历时( )
A.8天 B.16天 C.40天 D.80天
(3)C (4)B 解析:第(3)题,据“1月底才举办登高迎接日出的节庆活动”判断节庆当天是1月底,格陵兰位于北半球,是冬季,此时极夜已经结束,居民们看到太阳日出方向是东南、日落方向是西南,C正确,A、B、D错误。故选C。第(4)题,格陵兰某地12月30日结束极夜,12月22日是冬至,极夜开始时间和结束时间关于冬至日对称,12月30日到12月22日是8天,极夜开始时间到结束时间是16天,因此该地夏半年极昼大约历时16天,B正确。故选B。
[课时作业(九)见P446]
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