内容正文:
第二单元 宇宙中的地球
第三节 地球公转的地理意义
(第五、六课时)
第二单元 第7讲
课 程 标 准
结合实例,说明地球公转运动的地理意义
高考命题趋势分析:
1.高考围绕正午太阳高度、昼夜长短变化规律两大核心知识命题,题型以选择题的形式为主。(综合思维)
2.以生活中的实际问题(居民楼采光、间距,太阳能热水器安装等)为背景,或创设简洁的经纬网图提供信息,主要考查地球运动规律在生活中的应用,难度有降低趋势。(地理实践力、人地协调观)
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一.设置情境、典例导航
D
A
(2023·海南选择考)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
【尝试解答】(1)D (2)A
【破题思路】(1)甲地太阳从正东升起,正西落下,昼夜平分;甲地正午日影朝北,说明太阳没有直射甲地,故该日为春秋分日,此时太阳直射赤道,全球昼夜平分。
(2)思路1:该日为春秋分日,甲地地方时6:00日出,图中显示北京时间5:40日影朝正西,正值日出,故甲地经度为125°E;当甲地日影朝正北方向时,标杆长度与其日影长度相等,说明其正午太阳高度为45°,故甲地纬度为45°N。
思路2:该日乙地日影朝正北方向时为正午12:00,对应北京时间12:20,可知乙地经度为115°E;乙地正午太阳位于正南方且正午太阳高度为30°,由此推知乙地纬度为60°N。
思路3:由甲乙两地经纬度可知甲地位于乙地东南方向。
探究活动:向日葵住宅
【情境】向日葵从发芽到花盘盛开之际这一段时间,其花盘与叶子在白天追随着太阳从东转向西。借由这一现象产生了向日葵住宅的设计灵感——建筑追随太阳的转动以赢得更多的清洁能源,房顶的光伏板智能化调节与地面的夹角,保证光伏板始终和太阳光线相垂直。这个面向未来的理念最终成就了世界上第一座正能源建筑(图3-17所示,位于德国弗莱堡),其产生的可再生能源五倍于该建筑的所需能耗。
【问题】
(1)推测图中“向日葵”房屋旋转角度最大的日期。
(2)正午时分,太阳能光伏板与地面的夹角在一年内调整的最大幅度是多少度?
德国位于北回归线以北地区,一年中正午太阳高度的变化幅度是47º,故正午时分,太阳能光伏板与地面的夹角在一年内调整的最大幅度为 47º。
图3-17
“向日葵”房屋旋转角度最大的日期应是白昼最长的日期,即夏至日“6月22日”
1.太阳高度角:太阳光线与地面的夹角,叫做太阳高度角。
特别提醒:晨昏线上的太阳高度为0°。
2.正午太阳高度:一天中最大的太阳高度(地方时12的太阳高度)。
▋探究主题一 正午太阳高度及其计算方法
②图解法
0º
δ
12时
Φ1
Φ2
90º
ΔΦ= Φ1- δ
ΔΦ= Φ2+ δ
结论:与太阳直射点纬度差相同的地方正午太阳高度相同
3.太阳高度计算方法
①计算公式:H正午=90°‒ φ +δ(同加异减)
▋探究主题一 正午太阳高度及其计算方法
特别说明:“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。如下图所示。
①同一时刻,正午太阳高度由太阳直射点所在纬
线向南、北两侧降低。
②同一纬线上,正午太阳高度相同。
③与太阳直射点所在纬线的纬度差相等的两条纬
线上的正午太阳高度相同。
▋探究主题二 正午太阳高度的变化规律
1.正午太阳高度的变化规律
(1)正午太阳高度的纬度变化规律
▋探究主题二 正午太阳高度的变化规律
(2)正午太阳高度的季节变化规律
①与太阳直射点移动的关系
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。
②变化幅度
重要推论:
1.看直射点的位置,比较正午太阳高度大小
记忆口诀“远小近大”: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,
正午太阳高度则越大。
2.看直射点的移动,确定正午太阳高度的变化
记忆口诀“来增去减”: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。
南北回归线之间 纬度越高,正午太阳高度变化幅度越大
回归线与极圈之间 各纬度正午太阳高度变化幅度相同
极圈以内 纬度越高,正午太阳高度变化幅度越小
1.正午太阳高度的变化规律
(3)几个特殊地点的正午太阳高度的年变化
回归线之间 ①正午太阳高度最大值为90°,每年有两次太阳
直射现象,即一年中正午太阳高度最大值出现
两次。
图1为赤道地区的正午太阳高度变化;
图2为赤道到北回归线间正午太阳高度年变化。
回归线上 ②正午太阳高度最大值为90°,一年中只有一次太阳直射现象,
即一年中正午太阳高度最大值出现1次。
回归线上至极点之间 ③正午太阳高度最大值小于90°,一年中正午
太阳高度最大值出现1次。
▋探究主题二 正午太阳高度的变化规律
1.确定地方时:当某地太阳高度达一天中最大值时或物体影子长度最短时,就是一天的
正午时刻,此时当地的地方时是12时。
2.判断或确定所在地区的纬度
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.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北回归线以北地区,正午太阳位于正南方,房屋多朝南。
②南回归线以南地区,正午太阳位于正北方,房屋多朝北。
▋探究主题三 正午太阳高度的实践应用
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4.判断日影长短及方向
太阳直射点上,正午物体的影长缩短为0;
正午太阳高度越大,日影越短;反之,日影越长。
地区 正午日影朝向 日影长短
北回归线以北 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 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 夏至日朝向正南
冬至日朝向正北 直射时日影最短
(等于0)
▋探究主题三 正午太阳高度的实践应用
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,如下图所示,南楼高度为h,该地冬至日正午太阳高度为H,则最小楼间距为L=hcot H。
5.建筑物合理间距的计算
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,如下图所示,南楼高度为h,该地冬至日正午太阳高度为H,则最小楼间距为L=hcot H。
▋探究主题三 正午太阳高度的实践应用
6.太阳能热水器集热板的合理安置
如下图所示,集热板与地面之间的夹角和当天正午太阳高度互余,当α+H=90°时,太阳能热水器使用效果最佳。
α=90°-H=Δφ
(Δφ:直射点与安装太阳能热水器的当地的纬度差)
▋探究主题三 正午太阳高度的实践应用
(2025·海南·模拟预测)智能化光伏面板具备“照射光线自动跟踪”功能,通过智能化感应调整技术,可以随时调整光伏板倾角,让光伏面板光电转化率达到最大化。如图示意我国著名光伏面板企业在做产品调研中记求的两地年内当地正午时分光伏板的朝向及光伏板与地面倾角的变化情况。据此完成下面小题。
1.甲地所在的纬度为( )
A.0° B.23.5°N C.23.5°S D.66.5°S
2.与甲地相比,乙地( )
A.夏至日后的一周昼长渐短 B.冬至日日出方位角值最大
C.秋分时正午太阳高度最大 D.春分日后一周日出渐提前
▋探究主题三 正午太阳高度的实践应用
A
【解析】1.从图中可知,甲地年内正午时光伏板朝向有朝南和朝北两种情况,光伏板与地面倾角最小为0°,说明甲地存在太阳直射现象,即位于南北回归线之间;甲地一年中光伏板朝向南北对称,光伏板与地面倾角最小为23.5°,可以推知该地位于赤道,太阳直射点在其两侧移动,A正确,B、C、D错误。故选A。
(2025·海南·模拟预测)智能化光伏面板具备“照射光线自动跟踪”功能,通过智能化感应调整技术,可以随时调整光伏板倾角,让光伏面板光电转化率达到最大化。如图示意我国著名光伏面板企业在做产品调研中记求的两地年内当地正午时分光伏板的朝向及光伏板与地面倾角的变化情况。据此完成下面小题。
1.甲地所在的纬度为( )
A.0° B.23.5°N C.23.5°S D.66.5°S
2.与甲地相比,乙地( )
A.夏至日后的一周昼长渐短 B.冬至日日出方位角值最大
C.秋分时正午太阳高度最大 D.春分日后一周日出渐提前
▋探究主题三 正午太阳高度的实践应用
【解析】2.从图中可知,乙地年内正午时光伏板始终朝南,说明乙地位于北回归线以北地区,乙地光伏板倾斜角度最小为56.5°,则乙地位于23.5°+56.5°=80°N,甲地位于赤道;夏至日后的一周内,太阳直射点从北回归线向南移动,乙地此时为极昼现象昼长不变,A错误;冬至日,乙地为极夜现象,无日出现象,B错误;秋分时太阳直射赤道,甲地的正午太阳高度角最大,乙地正午太阳高度在夏至日时最大,C错误;春分后一周内,太阳直射点由赤道向北移动,乙地日出时间逐渐提前,甲地全年6:00日出,D正确。故选D。
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四.重置情境、典例剖析
(2025·河南南阳模拟)北京(40°N,116°E)某绿色智慧建筑朝南的百叶窗叶片倾角随太阳高度变化而变化。夏季正午,百叶窗叶片与太阳光线垂直;冬季正午,百叶窗叶片与太阳光线平行。下图示意该百叶窗叶片夏季和冬季正午的朝向。据此完成3~5题。
3.该百叶窗叶片在夏至日正午的倾角为( )
A.16.5° B.23.5° C.40° D.73.5°
4.该百叶窗叶片在冬季正午的最小倾角为( )
A.23.5° B.26.5° C.62.5° D.66.5°
5.普及该类百叶窗对改善居住环境作用最小的是( )
A.夏季降温 B.冬季采光 C.减弱噪声 D.调节温差
[答案]3.A 4.B 5.C
[解析]第3题,根据题意可知,百叶窗叶片在夏至日正午的倾角与夏至日正午太阳高度角互余。该地为北京(40°N,116°E),夏至日太阳直射23.5°N,故该地夏至日的正午太阳高度角H=90°-(40°-23.5°),即H=73.5°,可计算出该百叶窗叶片在夏至日正午的倾角为16.5°。第4题,冬季正午百叶窗叶片与太阳光线平行,故该百叶窗叶片在冬季正午的倾角即正午太阳高度角,最小倾角即冬至日正午太阳高度角。该地冬至日的正午太阳高度角H=90°-(40°+23.5°),即H=26.5°,所以该百叶窗叶片在冬季正午的最小倾角为26.5°。第5题,百叶窗内外通透,对减弱噪声的作用弱,C正确。
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(2025·江苏高考地理真题改编)住宅的环境设计特别关注树种的选择与布局,不同树种对光照与风有不同影响。右图5为华北某低碳社区(40°N)住宅景观设计示意图。读图回答6~7题。
五.试题探究、融会贯通
6. 仅考虑阳光与风两种因素,树种与房屋组合最好的设计是( ) A.① B.② C.③ D.④
7.为保证冬季太阳能最佳利用效果,图中热水器安装角度合理的是( ) A.① B.② C.③ D.④
【答案】6.C 7.D
【解析】6.图中40°N,从考虑阳光方面,夏季南方有树可以遮阴降温,冬季由于比较冷,且盛行北风,所以北方有常绿针叶树有利于阻挡北风,南方为落叶阔叶树,可以增加阳光。所以答案为C.
7.正午太阳高度角决定热水器安装角度,热水器最好与太阳光线垂直,冬至时下午太阳高度角为90°-(40°+23°26′)=26°34′,热水器安装角度与正午太阳高度互余,大约为63°26′,与④最接近,选D。
祝同学们学习天天进步!
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