内容正文:
宇宙中的地球
课时9 正午太阳高度的变化
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课标要求 核心素养
结合实例,说明地球运动的地理意义。 1.综合思维:结合示意图,分析正午太阳高度的季节和纬度变化规律及其成因。
2.地理实践力:运用正午太阳高度的变化规律,解释日常生活中的相关地理现象。
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内容索引
梳理必备知识
探究命题重点
情境应用实践
课时作业9 正午太阳高度的变化
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梳理必备知识
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1.太阳高度
(1)概念:太阳光线与地平面之间的夹角(即太阳在当地的仰角),叫作太阳高度角,简称太阳高度。
(2)大小:在太阳直射点上,太阳高度为90°;在晨昏线(圈)上,太阳高度为0°。
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2.正午太阳高度
(1)概念:一天中太阳高度最大值出现在正午,称为正午太阳高度。
(2)变化规律
①纬度变化:由太阳直射点所在纬度向南北两侧 。
②季节变化
北半球节气 达最大值的地区 达最小值的地区
夏至日 及其以北地区 各纬度
冬至日 及其以南地区 各纬度
二分日 赤道 极点
北回归线
南回归线
南半球
北半球
递减
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图文拓展
1.太阳方位、太阳高度与日影朝向、长短
日影朝向与太阳方位相反。太阳高度越大,日影越短,一天中正午的日影最短。上图中,若A、B时刻与正午的时间间隔相等,则两时刻太阳高度相等,日影长度相等。
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2.圭表与正午太阳高度
圭表,是度量日影长度的一种天文仪器,由“圭”和“表”两个部件组成。直立于平地上测日影的标杆和石柱,叫做“表”;正南正北方向平放的测定表影长度的刻板,叫做“圭”。当太阳照着“表”的时候,“圭”上出现“表”的影子,根据影子的方向和长度,就能读出时间。因此圭表上的“表”影主要是指每天正午(地方时12时)的太阳光照产生的影子。
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探究命题重点
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命题点 正午太阳高度的变化规律与相关计算
[图解重点]
二分二至日正午太阳高度随纬度变化示意图
正午太阳高度随季节变化示意图
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一、正午太阳高度的变化规律
1.看太阳直射点的位置,比较正午太阳高度大小
记忆口诀“远小近大”:即距离太阳直射点所在的纬线越远,正午太阳高度越小;距离越近,则越大。
2.看太阳直射点的移动,确定正午太阳高度的变化
记忆口诀“来增去减”:即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:
方法规律
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3.看区域位置,归纳不同区域的正午太阳高度年变化规律
回归线
之间 正午太阳高度最大值为90°,每年有两次太阳直射现象,
即一年中有两个正午太阳高度最大值
回归
线上 正午太阳高度最大值为90°,一年中只有一次太阳直射现象,
即一年中只有一个正午太阳高度最大值
回归
线至
极点
之间 正午太阳高度最大值小于90°,一年中只有一个正午太阳高度最大值
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二、正午太阳高度的计算
正午太阳高度的计算公式:H=90°-两点纬度差。
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°-A、B纬度差=90°-(40°-10°)=60°。
C点(23.5°)正午太阳高度:
H=90°-B、C纬度差=90°-(10°+23.5°)=56.5°。
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三、正午太阳高度的应用
1.确定地方时
当某地太阳高度达一天中的最大值时,此时日影最短,当地的地方时是12时。
2.确定房屋的朝向
确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。为了获得更充足的太阳光照,在北回归线以北地区正午太阳位于南方,因此房屋坐北朝南;在南回归线以南地区正午太阳位于北方,因此房屋坐南朝北。
3.确定当地的地理纬度
位于太阳直射点同一方向的两地,纬度差多少度,正午太阳高度就差多少度。根据某地某日(二分二至日)正午太阳高度,可判断该地区纬度大小。
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4.判断日影长短及方向
太阳直射点上,正午物体的影子缩短为0;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;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;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(等于0)。
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5.确定楼间距、楼高
为了更好地保证各楼层都有良好的采光,楼与楼之间应当保持适当距离。以我国为例,南楼高度为h,该地冬至日正午太阳高度为H,则最小楼间距L=hcot H。如下图:
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6.计算太阳能热水器的安装角度
为了更好地利用太阳能,应不断调整太阳能集热板的倾角,使太阳光与集热板成直角。集热板与地面之间的夹角(α)和当天的正午太阳高度角(H)互余,即α+H=90°时效果最佳。如下图:
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(2023·海南卷)对日影和太阳高度变化的观测可以判断地理位置、地方时等要素。图1为甲地某日日出至日落期间标杆的日影变化示意图,当日影朝正北方向时,标杆长度与其日影长度相等。图2为乙地同一日正午时刻的太阳高度示意图。图中时间均为北京时间。据此完成1~2题。
1.观测当日( )
A.甲地昼长夜短 B.乙地昼短夜长
C.甲地昼长大于乙地 D.甲乙两地昼夜等长
2.甲地位于乙地( )
A.东南 B.西南
C.东北 D.西北
真题研析
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[素养立意]
区域
认知 判断甲、乙两地的相对方向,需要推算出两地的经纬度位置
综合
思维 由影子的方向,反推该时刻的太阳方位;由标杆长度和日影长度,推算该时刻的太阳高度;由正午太阳高度和地方时与北京时间的差值,推算甲、乙两地的经纬度
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[思路导引]
获取信息 解读信息 调用知识
文:①甲地当日影朝正北方向时,标杆长度与其日影长度相等;②图中时间均为北京时间 第1题:甲地日出正东、日落正西→该日为二分日→该日全球昼夜 。
第2题:①此日甲地日出地方时为6:00,而北京时间为5:40→计算出甲地经度为 ;甲地日影朝正北方向时,标杆长度与其日影长度相等→其正午太阳位于正南,正午太阳高度为___
→计算出其纬度为 (该日太阳直射点在赤道上);②乙地正午时刻为北京时间12:20→计算出乙地经度为 ;该日(二分日)乙地正午太阳位于正南、正午太阳高度为30°→计算出其纬度为 ;③由两地经纬度,判断出甲地位于乙地的 方 日出日落方位、时刻与昼夜长短的关系;地方时的换算;正午太阳高度与日影的关系以及正午太阳高度的相关计算
图:图1中甲地日出时杆影朝向正西(北京时间为5:40),日落时杆影朝向正东;图2中乙地正午时刻,北京时间为12:20,太阳位于正南,太阳高度为30°
等长
125°E
45°
45°N
115°E
60°N
东南
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(2023·海南卷)对日影和太阳高度变化的观测可以判断地理位置、地方时等要素。图1为甲地某日日出至日落期间标杆的日影变化示意图,当日影朝正北方向时,标杆长度与其日影长度相等。图2为乙地同一日正午时刻的太阳高度示意图。图中时间均为北京时间。据此完成1~2题。
1.观测当日( )
A.甲地昼长夜短 B.乙地昼短夜长
C.甲地昼长大于乙地 D.甲乙两地昼夜等长
2.甲地位于乙地( )
A.东南 B.西南
C.东北 D.西北
[我的答案]
D
A
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题组突破
(2025·山东聊城期中)冬至日正午12时前后的一段时间,北京乾清宫会出现“金光照匾”的奇特景观,阳光从狭窄的门口射入室内,“金砖”地面强烈反射日光到北墙上,将“正大光明”匾及下面的五条金龙、龙椅点亮(图1),散发出耀眼的金色光芒。图2为正午时分阳光照射乾清宫示意图。据此完成1~2题。
1.冬半年,“金光”最先照到( )
A.匾额的“正”字 B.匾额的“大”字
C.匾额的“光”字 D.匾额的“明”字
2.金光照匾期间,阳光照射到室内地面上的范围是( )
A.① B.② C.③ D.④
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(2025·山东聊城期中)冬至日正午12时前后的一段时间,北京乾清宫会出现“金光照匾”的奇特景观,阳光从狭窄的门口射入室内,“金砖”地面强烈反射日光到北墙上,将“正大光明”匾及下面的五条金龙、龙椅点亮(图1),散发出耀眼的金色光芒。图2为正午时分阳光照射乾清宫示意图。据此完成1~2题。
1.冬半年,“金光”最先照到( )
A.匾额的“正”字 B.匾额的“大”字
C.匾额的“光”字 D.匾额的“明”字
解析:由于地球的自转,太阳每天都是东升西落,所以“正大光明”匾被金光自左而右、自西向东依次“点”亮,因此最先被照亮的字是“明”,D正确。
D
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(2025·山东聊城期中)冬至日正午12时前后的一段时间,北京乾清宫会出现“金光照匾”的奇特景观,阳光从狭窄的门口射入室内,“金砖”地面强烈反射日光到北墙上,将“正大光明”匾及下面的五条金龙、龙椅点亮(图1),散发出耀眼的金色光芒。图2为正午时分阳光照射乾清宫示意图。据此完成1~2题。
2.金光照匾期间,阳光照射到室内地面上的范围是( )
A.① B.② C.③ D.④
解析:北京位于北温带,正午太阳位于正南,光线由南向北进入室内,且正午太阳高度是一天中最大的,光线进入到室内面积最小,所以正北方向的光照面积应最小,A、D错误;北京没有太阳直射现象,室内不可能没有光照,B错误,C正确。
C
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(2025·江苏南通检测)下图为我国某中学(32°N,121°E)刘老师于2023年12月19日在校园内拍摄的一张照片(教学楼面朝正南方)。据此完成3~5题。
3.推测照片拍摄的时间最可能为( )
A.7:30 B.10:30 C.13:30 D.16:30
4.据图推测拍摄时刻太阳高度约为( )
A.20° B.30° C.40° D.50°
5.该日后一个月内,树干正午影长变化趋势为( )
A.变长 B.变短
C.先变长后变短 D.先变短后变长
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(2025·江苏南通检测)下图为我国某中学(32°N,121°E)刘老师于2023年12月19日在校园内拍摄的一张照片(教学楼面朝正南方)。据此完成3~5题。
3.推测照片拍摄的时间最可能为( )
A.7:30 B.10:30
C.13:30 D.16:30
解析:教学楼面朝正南方,此时太阳位于天空的东南方向,且有一定高度;当地经度为121°E,地方时与北京时间相差仅4分钟,此时应为上午,逐渐接近正午,结合选项,推测此时最可能是10:30,B正确;12月19日7:30太阳初升,太阳高度低,A错误;13:30和16:30太阳位于天空的西南方向,C、D错误。
B
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(2025·江苏南通检测)下图为我国某中学(32°N,121°E)刘老师于2023年12月19日在校园内拍摄的一张照片(教学楼面朝正南方)。据此完成3~5题。
4.据图推测拍摄时刻太阳高度约为( )
A.20° B.30°
C.40° D.50°
解析:该地的纬度为32°N,冬至日(12月22日前后)的正午太阳高度H=90°-(32°+ 23.5°)=34.5°;该日为12月19日,距冬至日较近,正午太阳高度略大于34.5°,但此时为上午10:30,尚未达一天中的最大太阳高度,再结合图中太阳在天空的位置和图中树干及其影长,推测此时的太阳高度约为30°,B正确。
B
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(2025·江苏南通检测)下图为我国某中学(32°N,121°E)刘老师于2023年12月19日在校园内拍摄的一张照片(教学楼面朝正南方)。据此完成3~5题。
5.该日后一个月内,树干正午影长变化趋势为( )
A.变长 B.变短
C.先变长后变短 D.先变短后变长
解析:该日后一个月内,即12月19日至次年的1月19日,太阳直射点先向南移再向北移,该地正午太阳高度先减小后增大,故正午树影先变长再变短,C正确。
C
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情境应用实践
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生活实践情境——草原上的太阳能利用
暑假期间,小明从北京去内蒙古看望舅舅,舅舅家位于内蒙古自治区西部草原,随着社会主义新农村的建设,舅舅家所在的村庄已经实现了新村定居。新村庄结合当地的实际情况,采用太阳能和风能相结合的形式为家庭提供能源。如图为小明舅舅家能源利用示意图。
情境揭秘
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(1)小明告诉舅舅,太阳能热水器在夏季和冬季要调整倾角,请你帮小明说明理由。(人地协调观)
提示:要保证太阳能热水器的集热效率,就要使集热板与正午太阳光线垂直,也就是集热板的倾角与当地正午太阳高度角互余,因为正午太阳高度角随季节而变化,所以太阳能热水器的倾角也要随季节做出适当调整。
(2)小明舅舅说太阳能热水器在冬季基本上停用,试分析原因。(地理实践力)
提示:当地纬度较高,冬季白昼时间较短,集热时间较短;冬季太阳高度角较小,太阳辐射弱,太阳能加热效果差,水温较低;冬季气温低,室外散热快,太阳能热水器集热管容易冻裂,输水管道容易结冰。
(3)针对北方地区冬季太阳能热水器使用效果差的问题,简述太阳能热水器厂应做出的相关改进措施。(综合思维)
提示:提高真空集热管的吸热功能;增强保温水箱的保温效果;增加电辅热功能;增强太阳能热水器集热管的抗冻能力;制造智能太阳能热水器(真空集热板的朝向和倾角自动随太阳方位的变化而变化)。
设问探究
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课时作业9 正午太阳高度的变化
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选择题(每小题3分)
(2025·江苏扬州七校联盟联考)下图为海口市(20°N,110°E)某地理兴趣小组绘制的当地四个日期正午太阳光线示意图。据此完成1~2题。
1.四个日期中,太阳直射点最接近
南回归线的是( )
A.① B.②
C.③ D.④
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1
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14
解析:离太阳直射点越近,正午太阳高度越大;四个日期中,太阳直射点最接近南回归线时,海口市(20°N)的正午太阳高度最小,图中①正午太阳高度最小,推知此时太阳直射点最接近南回归线,A正确。
A
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2.与③日期相比,④日期该地( )
A.正午太阳高度更高
B.日落方位更为偏北
C.白昼时间更短
D.昼夜时差更小
2
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B
3
解析:③日期太阳直射20°N,正午太阳高度为90°,④日期该地正午太阳高度略低,A错误;④日期海口正午太阳方位位于正北,太阳直射点位于20°N以北,日落方位更为偏北,此时白昼时间更长,B正确,C错误;④日期太阳直射点位于20°N以北,③日期太阳直射20°N,④日期昼夜时差更大,D错误。
13
14
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(2024·宁夏银川一中月考)意大利小村落维加内拉坐落于深谷底部,四周高山林立。每年的11月中旬开始,村落得不到阳光的照射。后来,村民们安装了巨大的镜子,利用镜子反射阳光照明。随着太阳的移动,反射镜相应进行倾斜(倾斜角度为反射镜和水平底座的夹角α)和水平转动,始终让阳光向下反射(如下图)。据此完成3~5题。
2
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3
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3.中午前后,维加内拉村落安装的镜子
大致朝向( )
A.东方 B.南方
C.西方 D.北方
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12
B
3
解析:意大利位于北半球中纬度,冬季中午前后,太阳大致位于南方,镜子大致朝向南方,B正确。
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4.与12月相比,11月反射镜( )
A.水平转动角度较大,正午倾斜角度较大
B.水平转动角度较小,正午倾斜角度较大
C.水平转动角度较大,正午倾斜角度较小
D.水平转动角度较小,正午倾斜角度较小
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3
C
解析:结合材料可知,北半球12月份昼长小于11月份,则该镜面的水平旋转角度11月较大;12月份正午太阳高度小于11月份,根据光线反射原理,则镜子与地面的夹角12月份较大,11月份较小,C正确。
13
14
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5.维加内拉村落一年当中照不到太阳光
的时间大约为( )
A.40天 B.80天
C.120天 D.160天
2
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12
B
3
解析:该村落得不到阳光照射的终止日期与起始日期应关于12月22日对称;推知得不到太阳光照射的终止时间应为1月末,则一年当中照不到太阳光的时间接近80天,B正确。
13
14
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(2024·山东滨州二模)新疆维吾尔自治区某地(43°N)根据“寿光型”日光温室结构和参数建造温室(如下图),发展越冬果菜生产,但建成后效果不够理想。为充分利用光照,提高增温效果,当地对该类型日光温室的参数和朝向进行适当调整(注:回归线度数取23.5°,tan 23.5°≈0.435)。据此完成6~7题。
2
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5
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1
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3
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14
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6.对该地“寿光型”日光温室参数的调整方案最合理的是( )
A.将D缩减到4 m
B.将D扩大到10 m
C.将H缩减到3 m
D.将H扩大到5 m
2
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6
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9
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3
B
解析:根据材料及所学知识可知,该地位于43°N,正午太阳高度最小是在冬至日,冬至日太阳直射南回归线,计算可得冬至日当地正午太阳高度约为23.5°[提示:正午太阳高度=90°-(43°+23.5°)=23.5°];根据冬至日正午太阳高度调整日光温室的间距(D)和日光温室高度(H),tan 23.5°=H/D,计算可得日光温室间距(D)应不小于9.89 m,或者日光温室高度(H)应不高于2.18 m,这样能够保证日光温室在一年中的每天正午都能照到阳光;综上,B正确。
13
14
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7.该地“寿光型”日光温室的朝向应调整为( )
A.南偏东
B.南偏西
C.东偏北
D.西偏北
2
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B
3
解析:为了让阳光更好地照入温室,温室应该大致朝向当地正午时阳光的来向;根据太阳视运动规律,该地正午时太阳位于正南方,但该地区纬度较高,冬季寒冷,夜晚时间长,该地午后14时气温最高。为保证能更好地接受阳光,提高夜间棚内的温度,日光温室应面向该地午后的太阳方位,即正南略偏西,B正确。
13
14
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(2024·福建厦门联考)秘鲁马丘比丘古城(13°9'S,72°32'W)建有拴日石(图1)和太阳神庙(图2)。春分日正午时,拴日石的石柱无日影。古印加人通过观测石柱正午影长和朝向的变化确定季节。每年石柱正午影子最长的一天,太阳光才能从朝向东北的梯形小窗投射到太阳神庙内的花岗岩巨石上。据此完成8~10题。
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8.拴日石的倾角约为( )
A.13° B.66°
C.77° D.90°
2
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C
3
解析:根据材料“春分日正午时,拴日石的石柱无日影”,说明拴日石的倾角即为该地春分日的正午太阳高度;根据正午太阳高度计算公式和当地纬度(13°9'S)可知,春分日的正午太阳高度=90°-(13°9'±0°)=76°51',C正确。
13
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9.与7月1日石柱正午影长和朝向最接近的是( )
A.1月1日
B.6月13日
C.7月9日
D.12月15日
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3
解析:与7月1日石柱正午影长和朝向最接近的日期应为正午太阳高度和太阳方位最相似的日期,即太阳直射点所在纬度最相似的日期,该日期与7月1日关于夏至日对称,为6月13日前后,B正确。
B
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10.太阳光从梯形小窗投射到花岗岩巨石上的现象出现在( )
A.6月22日6时前后
B.6月22日10时前后
C.12月22日10时前后
D.12月22日14时前后
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解析: “每年石柱正午影子最长的一天”是正午太阳高度最小的一天,该地位于13°9'S,所以这一天为北半球夏至日(6月22日前后),C、D错误;此时,太阳直射北回归线,该地日出东北,日落西北,当地位于北回归线以南,正午太阳位于正北方,所以太阳视运动方向为东北—正北—西北;由“太阳光才能从朝向东北的梯形小窗投射到太阳神庙内的花岗岩巨石上”可知,此时太阳位于东北,所以此时应为日出后的上午时段;因为南半球此时是冬季,昼长小于12小时,6时左右并未日出,A错误,B正确。
B
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(2024·山东临沂一模)城市高大建筑的玻璃幕墙因反射太阳光常对居民造成一定的干扰。小明家坐北朝南,南北通透,每年有半年时间正午面临“两个太阳”(除南面太阳照射外,玻璃幕墙从北面反射阳光到室内,玻璃幕墙只考虑平面反射),如下图所示。据此完成11~12题。
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11.小明家最有可能位于我国的( )
A.广州市 B.上海市
C.济南市 D.长春市
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解析:由图可知,南面幕墙最高100米,小明家北窗玻璃最高离地面50米,楼间距50米,太阳光线从南面幕墙反射至小明家;当正午太阳高度在0°~45°时,南面玻璃幕墙可反射太阳光线到小明家,当太阳高度大于45°时,太阳光线就反射不到小明家;由上述分析可知,小明家在秋分日至次年春分日之间才能被反射光照到,可以推出该地二分日正午太阳高度为45°,得到当地纬度为45°N,选项中只有长春市的纬度符合题意,D正确,A、B、C错误。
D
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12.此时小明家电子时钟显示的日期和时间
最有可能是( )
A.3月21日 11时40分
B.6月22日 12时00分
C.9月23日 12时20分
D.12月22日 12时40分
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3
解析:由上题分析可知,此时可能是春分日或秋分日的正午(当地地方时12时),此地为长春(125°E),位于120°E以东,地方时早于北京时间,故北京时间还没有到正午12时,A正确。
A
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(2024·广东深圳宝安期末)建筑窗外安装百叶遮阳帘能有效节约建筑的制冷能耗,但也会减少室内的光照面积。下图示意窗外百叶遮阳帘的结构及百叶倾角。据此完成13~14题。
13.从节能效果看,我国大部分地区的建筑最
不需要安装窗外百叶遮阳帘的方位是( )
A.北面 B.南面
C.西面 D.东面
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解析:由材料“建筑窗外安装百叶遮阳帘能有效节约建筑的制冷能耗,但也会减少室内的光照面积”可知,窗外百叶遮阳帘有遮阳作用;我国大多数地区一年之中日太阳的视运动轨迹:一是太阳东北升→正东→东南→正南→西南→正西→西北落;二是正东升→东南→正南→西南→正西落;三是东南升→正南→西南落;由此可知,一天之内,建筑物的北侧日照时间最短,最不需要安装窗外百叶遮阳帘,故选A。
A
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14.冬至日的正午,使乌鲁木齐(约44°N)室内光照
面积达到最大的百叶倾角约为( )
A.22.5° B.69.5°
C.112.5° D.159.5°
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解析:冬至日,乌鲁木齐(约44°N)正午太阳高度=90°-(44°+23.5°)=22.5°,读图可知,室内光照面积最大时,即百叶叶片对阳光遮挡最少时,此时百叶叶片与太阳光线平行,百叶倾角与太阳入射光线(太阳高度)存在如图a的角度关系(倾角为补角,等于太阳高度H与直角之和),经计算可得,此时百叶倾角约为112.5°,故选C。
C
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