内容正文:
任务群(一)地球运动
任务3 正午太阳方位与太阳高度变化
【真题回顾】
(2024·浙江1月选考)我国K、Q两地中学生进行日出方位观测,下图为同学们测得的两地日出时直立杆影年变化图,阴影部分为杆影变化的范围,张角两边分别为甲、乙日的杆影(测量时间为北京时间)。读图,完成1、2题。
1.K地位于Q地的( )
A.东北 B.东南 C.西南 D.西北
2.K、Q两地相比( )
A.甲日日落地方时,K地比Q地大
B.甲日晨线与经线夹角,K地比Q地大
C.乙日白昼的时间,K地比Q地长
D.乙日正午太阳高度角,K地比Q地小
(2023·浙江6月选考)塔式光热发电是利用成千上万个独立跟踪太阳的定日镜,将阳光聚集到镜场中心的集热塔,通过能量转换来发电。图1为青海某地塔式光热发电场景观图,图2为定日镜工作原理示意图。读图,完成下题。
3.定日镜工作期间,镜面朝向(图2所示)的水平和垂直转动方向分别是( )
A.顺时针、先逆时针后顺时针
B.顺时针、先顺时针后逆时针
C.逆时针、先顺时针后逆时针
D.逆时针、先逆时针后顺时针
[考情分析] 正午太阳高度类题目考查特点:
1.考查重点突出变化规律,淡化具体计算。近几年的试题中多为考查正午太阳高度变化规律及应用,减少具体计算题目,体现了对综合思维的重点考查。
2.命题情境创设实践场景,应用生产生活。大多数命题在情境上侧重于物影变化、太阳能板设置、楼房间距及活动实践材料等,通过体验生产生活实践活动对正午太阳高度规律的应用,来体会人地和谐。
3.融于太阳视运动,淡化太阳视运动。命题都是基于对太阳视运动规律的考查,但是避免直接考查太阳视运动,而是太阳视运动的具体体现,包括太阳高度、正午太阳高度的变化和昼夜长短的变化。
【核心归纳】
1.太阳高度的变化规律
(1)变化规律:(一天中)0°(日出)-增大-最大值-减小-0°(日落),当地12时时是一天中的最大值,即正午太阳高度。
(2)影子的移动变化:(日出)最长-变短-最短(正午)-变长-最长(日落);(北回归线以北)物影呈顺时针移动。
2.正午太阳方位的判断
(1)北回归线以北的地点,正午太阳总是在正南方。北回归线上除夏至日这天位于正头顶外,其他日期正午太阳均位于正南方。
(2)南回归线以南的地点,正午太阳总是在正北方。南回归线上除冬至日这天位于正头顶外,其他日期正午太阳均位于正北方。
(3)南北回归线之间的地点,正午太阳可能位于正南方,可能位于正北方,也可能位于正头顶。
3.正午太阳高度的变化规律
(1)同一时间,不同地区的正午太阳高度的变化(纬度变化规律)
①同一时刻,各地正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。
②两地相比,距离太阳直射点所在纬度越近,正午太阳高度越大。
(2)同一地区,不同时间的正午太阳高度变化(季节变化规律)
①基本规律:太阳直射点向某地所在的方向移近时,该地的正午太阳高度逐渐增大;反之,逐渐减小。
②具体表现
地区
正午太阳高度的季节变化规律
赤道地区
一年有两次最大值(春分、秋分)、两次最小值(夏至、冬至)
回归线之间
(除赤道外)
一年两次最大值(太阳直射时最大),一次最小值(北半球出现在12月22日前后,南半球出现在6月22日前后)
北回归线及
其以北地区
一年有一次最大值(在6月22日前后),一次最小值(在12月22日前后)
南回归线及
其以南地区
一年有一次最大值(在12月22日前后),一次最小值(在6月22日前后)
4.太阳高度与正午太阳高度的关联与应用
(1)太阳视运动轨迹图:可以表达一天中(白天)太阳高度的变化,从空间中看,正午太阳高度是太阳高度的最大值;从时间上看,地方时正午12时(正午太阳高度出现的时刻)是太阳高度变化的中间时刻,是太阳高度由小变大和由大变小的界线时刻。
(2)等太阳高度线:是太阳高度相等的各点的连线,可以看做是以太阳直射点为中心的俯视图。
图2的中心为太阳直射点,太阳高度以该点为中心向四周逐渐降低;通过该点的经线即太阳直射的经线,地方时是12点;通过该点的纬线即为太阳直射的纬线,其正午太阳高度为90度。正午太阳高度的分布规律从太阳直射的纬线向南北逐渐降低。根据太阳直射纬线推断直射点所在的半球及季节,并判断与之相关的地理现象。
【追踪训练】
下图示意世界某地6月22日太阳高度角日变化状况,该地位于11°E经线上。读图,完成1、2题。
1.6月22日,该地太阳高度最小的时刻,北京时间约为( )
A.6月21日07时16分
B.6月22日16时55分
C.6月22日07时16分
D.6月23日16时55分
2.图中能反映该地6月22日太阳视运动方向的是( )
A.甲和乙 B.甲和丙
C.丙和丁 D.乙和丁
(2024·天津宁河二模)维加内拉是意大利的一个小村庄,大致位于40°N,该村庄坐落于深谷底部,四周高山林立,每年约三个月得不到阳光的照射。后来村民们安装了巨大的反射镜,并采用阳光同步技术,控制镜面随太阳的移动调整倾斜角度和水平角度,让阳光向下照射村庄。下图示意维加内拉小村反射镜的工作原理。读图,完成3、4题。
3.与11月相比,12月该村庄反射镜( )
A.启动时间更早,正午倾斜角度更大
B.启动时间更晚,正午倾斜角度更大
C.启动时间更早,正午倾斜角度更小
D.启动时间更晚,正午倾斜角度更小
4.该村庄将上述阳光同步技术用于光伏发电,春分日正午光伏面板倾斜角为( )
A.30° B.40° C.50° D.60°
参考答案:
【真题回顾】
1.C 2.C 解析:第1题,由所学太阳视运动知识可知,夏至日时日出东北且最偏北,影子朝向西南;冬至日时日出东南且最偏南,影子朝向西北;其余日期的日出方位和影子均位于夏至日和冬至日之间,故张角两边的甲、乙分别为夏至日或冬至日。根据图示信息可知,甲、乙两日的K地日出变化时间为1小时56分,Q地日出变化时间为3小时14分,Q地昼长年变化幅度大于K地,说明Q地纬度位置更高,两地都位于北半球,说明Q地更靠北,K地更靠南。甲日日出早,为夏至日;乙日日出晚,为冬至日。冬至日和夏至日的日出时间关于地方时6时对称。由图中可计算出,K地冬至日和夏至日的日出时间关于北京时间(120°E经线地方时)6时18分对称,可计算K地经度为115.5°E;Q地冬至日和夏至日的日出时间关于北京时间5时33分对称,可计算Q地经度约为127°E;可知K位于Q地的西侧。综合上述分析可知,K地位于Q地的西南,C正确。第2题,根据上题分析可知,甲日为夏至日,Q纬度位置更高,所以甲日的日落地方时Q地更大,A错误;同一日期的晨线与经线夹角相同,B错误;乙日为冬至日,此时北半球昼短夜长,纬度位置越高,昼越短,Q地纬度位置更高,昼长更短,C正确;乙日为冬至日,太阳直射点位于南半球,两地都位于北半球,纬度位置更低的K地太阳高度角更大,D错误。
3.B 解析:定日镜随太阳方位的变化而变化,而太阳在一天之中方位的变化是顺时针的,所以定日镜面的水平转动方向也为顺时针,C、D错误;定日镜为了准确反射太阳光到集热塔,当太阳高度角变大时,镜面与地面之间的夹角应该变大,以保持一定的太阳光入射角度(如图2所示)。太阳高度角减小时,镜面与地面之间的夹角应该变小。故镜面在垂直方向上与地面的夹角先增大,后减小,所以在垂直于地面的剖面图上看,镜面在垂直方向的变化应为:先为顺时针,后为逆时针,B正确,A错误。
【追踪训练】
1.C 2.D 解析:第1题,由图可知,该地出现极昼现象,该地太阳高度最小的时刻是该地地方时0时。该地位于11°E经线上,北京时间为120°E的地方时,与11°E相差经度为109°,时间相差7小时16分,由于北京位于该地东边,该地太阳高度最小的时刻(该地地方时0时),对应的北京时间为6月22日07时16分。第2题,6月22日为北半球夏至日,读图可知,该地整日都可以看到太阳,说明该地有极昼现象,且最小太阳高度大于0,应位于北极圈以内。北极圈以内极昼区太阳正北升、正北落,太阳升起后往偏东方向移动,正午时刻太阳移动至正南方,接着逐渐西移,因此太阳的视运动方向为顺时针,图中甲和丙为逆时针方向,乙和丁为顺时针方向,D正确,A、B、C错误。
3.D 4.C 解析:第3题,依据材料及所学知识可知,北半球12月份的昼长小于11月份,日出时间更晚,则该镜面启动时间更晚,A、C错误。图中显示,倾斜角是镜面与垂直方向的夹角,该地位于北半球,11月正午太阳高度大于12月。根据镜面反射光线原理,12月镜面更向垂直方向偏移,即倾斜角变小,B错误,D正确。第4题,该村庄将上述阳光同步技术用于光伏发电,为了达到最佳发电效果,光伏面板应与正午太阳入射光线垂直,即光伏板倾斜角(光伏板与垂直方向的夹角)与正午太阳高度角相等。春分日太阳直射赤道,该地正午太阳高度角=90°-(40°-0°)=50°,光伏板倾斜角也为50°。
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