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太阳视运动与日影问题
(2023·天津等级考)下图是我国某城市冬至日、夏至日及L日不同时刻的太阳高度及方位示意图。读图,完成(1)~(2)题。
(1)据图推知该城市可能为( )
A.成都 B.上海
C.昆明 D.广州
(2)L日可能处于( )
A.1月上旬 B.4月中旬
C.7月上旬 D.10月中旬
答案:(1)D (2)B
解析:第(1)题,读图,该城市夏至日正午太阳高度可达90°,位于23°26′N;北京时间12时30分的太阳高度最大,此时该城市地方时为12时,由此计算该地位于120°E以西7.5°,即112.5°E。结合该城市的地理坐标推测,该城市可能是广州。第(2)题,读图可知,L日当地东北日出、西北日落,约北京时间6时日出,19时日落,昼长约为13小时,说明此时太阳直射北半球,A、D错误;读图可以看出,夏至日该城市正午太阳高度为90°,而L日该城市正午太阳高度不到80°,表明L日太阳直射纬度与北回归线的纬度相差10°以上,即距离夏至日的时间超过40天,由此推算,4月中旬的可能性大,7月上旬的可能性小,B正确,C错误。
1.太阳视运动
(1)未出现极昼或极夜现象的地区
太阳直射北半球时,日出东北、日落西北;太阳直射南半球时,日出东南、日落西南;太阳直射赤道时,日出正东、日落正西。如下图所示(图中二分二至日是就北半球而言)。
(2)出现极昼的地区(除极点外)
一天内太阳不落,正午太阳高度最大,0时(24时)太阳高度最小。若位于北半球,日出、日落方位均为正北;若位于南半球,日出、日落方位均为正南。
(3)极点——一天内太阳高度不变
(4)赤道上的太阳视运动图
2.一年中不同地区的日出、日落方位及其变化
(1)日出、日落方位
太阳直射点位置
非极昼地区
极昼地区(除极点外)
北半球
日出东北、日落西北
日出正北、日落正北
赤道
日出正东、日落正西
—
南半球
日出东南、日落西南
日出正南、日落正南
(2)日出、日落方位的变化
①北半球纬度越高,日出、日落方位在夏半年越偏北,在冬半年越偏南。
②太阳直射北半球时,直射点纬度越高,日出、日落方位越偏北;太阳直射南半球时,直射点纬度越高,日出、日落方位越偏南。
3.日影日变化
(1)日影方向:日影方向与太阳方位相反。
(2)日影长度:与太阳高度角呈负相关(太阳高度角越大,日影越短)。
(3)日影移动方向:与太阳视运动方向相反。
(4)日移动角度:白昼越长,日移动角度越大;白昼越短,日移动角度越小。
(5)关于正午对称的两个时刻,日影长度相等,方向东西对称。
(2025·山东青岛一模)小明同学在同一幅图中绘制了某日甲、乙两地太阳视运动轨迹(下图)。图中甲、乙两地太阳视运动轨迹呈对称分布。据此完成1~2题。
1.甲地位于乙地的( )
A.东北 B.西北
C.东南 D.西南
2.符合两地正午太阳高度之差(Δa)年变化的是( )
A.① B.②
C.③ D.④
答案:1.A 2.D
解析:第1题,读图可知,甲、乙两地该日都正东日出,正西日落,则该日为二分日,全球昼夜平分,都为当地地方时6:00日出,由两地日出时的北京时间可知,甲地位于乙地东侧;结合图中太阳视运动轨迹可知,甲地正午太阳位于正南,说明甲地位于北半球,乙地正午太阳位于正北,说明乙地位于南半球,故甲地位于乙地的东北,A正确。第2题,由材料及图示可知,甲、乙两地太阳视运动轨迹呈对称分布,夹角为68°,且由上题分析可知,该日为春分日或秋分日,则两地在二分日的正午太阳高度均为56°,故春分、秋分时两地正午太阳高度之差均为0°,排除①②;由两地二分日正午太阳高度为56°可计算出两地所处纬度为34°,甲地位于北半球,位于34°N,乙地位于南半球,位于34°S,夏至日太阳直射北回归线,冬至日太阳直射南回归线,两地正午太阳高度之差在二至日达最大,且差值相等,排除③,④正确。
天文现象观测
(2025·山东等级考)某观星软件能够模拟出不受昼夜、天气等客观因素限制的真实星空景象,人们可以通过设定位置和时间参数观测地球上任一点地平面以上的恒星分布。据此完成(1)~(2)题。
(1)小明使用该软件模拟在山东省某地观测恒星时,观测到一颗遥远的恒星在某一时刻正好位于天顶。小明将时间参数调整为第二天的相同时刻,则观测到该恒星的位置相较于调整前( )
A.偏东 B.偏西
C.偏南 D.不变
(2)小明在该软件中将观测点分别设定在我国下列四地,并模拟一日观测,小明能观测到的恒星数量理论上最多的是( )
A.曾母暗沙 B.钓鱼岛
C.乌鲁木齐 D.漠河
答案:(1)B (2)A
解析:第(1)题,地球自转的真正周期约为23时56分4秒(1个恒星日),因此同一颗恒星第二天会提前约4分钟到达天顶位置,若第二天的相同时刻(日常的一天为1个太阳日)再次观测该恒星,地球已经自转一圈且又向东自转了一些,此时观测到该恒星的位置应较前一天位置偏西约1°,B正确。第(2)题,由于地球的自转,纬度越低(越接近赤道)的地区,观测者能看到的天区范围越大,理论上能观测到的恒星数量越多。选项所列四地中,曾母暗沙(约4°N) 是我国纬度最低的地区,也是最接近赤道的地区。
1.月相的观测
简单地说就是“农历上半月上半夜可在西方看到西边亮的上弦月,农历下半月下半夜可在东方看到东边亮的下弦月”,可记为“上上上西西,下下下东东”。
2.星空图的观测(非照片)
北半球观测星空时通常面向南方,星空图绘制规则为“上北下南,左东右西”;南半球观测时多面向北方,星空图绘制规则为“上南下北,左西右东”。
3.日食和月食
(1)日食,又叫作日蚀,是月球运动到太阳和地球中间,如果三者正好处在一条直线时,月球就会挡住太阳射向地球的光,月球身后的黑影正好落到地球上,这时发生日食现象。日食只在朔,即月球与太阳呈现合的状态时发生。日食分为日偏食、日全食、日环食和全环食。
(2)月食,又称月蚀,是地球运动到太阳和月球中间,如果三者正好处在一条直线时,当月球运行进入地球的阴影(又分本影和半影两部分)时,原本可被太阳光照亮的部分,有部分或全部不能被直射阳光照亮,使得位于地球的观测者无法看到普通的月相的天文现象。月食分为月全食、月偏食和半影月食三种。
4.凌日和冲日现象的观测
(1)地内行星——凌日
①凌日现象:地球、太阳与水星或金星位于同一条线,并且行星与地球位于太阳同侧时产生的现象。
②观测时间和方位:在光线较弱的傍晚(西方)或者凌晨(东方)时,才可能看见太阳附近的水星、金星。
(2)地外行星——冲日
①冲日现象:地外行星(火星、木星和土星)运行到与太阳、地球形成一条直线时,并且行星与太阳分居地球两侧时产生的现象。
②冲日时太阳照亮整个行星表面,行星最亮,也最适宜观测,可以整夜观测到。
5.北斗七星的观测
《鹖冠子》记载道:“斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;斗柄西指,天下皆秋;斗柄北指,天下皆冬。”意思是说在春夏秋冬四个季节的午夜,北斗七星的斗柄会分别指向东南西北这四个方向。这个现象是地球公转导致的。北斗指向的变化可以作为地球公转的一个表征,而地球公转是四季变化的成因,故可以将北斗的指向变化作为季节变化的参考。
(2025·江苏南京二模)2025年3月2日(农历二月初三)日落后,南京某中学地理研学小组观测到“七星连珠”的天文奇观。下图为该小组绘制的七星位置示意图。据此完成1~2题。
1.该天文奇观难得一见,主要是因为各天体( )
A.自转周期不同 B.体积大小不同
C.自转方向不同 D.公转周期不同
2.观测该天文奇观时,下列日月位置关系示意正确的是( )
答案:1.D 2.B
解析:第1题,“七星连珠”是指七颗天体在天空中排成一条直线的现象,由于各天体的公转周期不同,它们的运动速度和轨道位置各异,因此要同时满足七颗天体在一条直线上的条件罕见,D正确。第2题,题干中提到观测是在日落后进行的,这意味着太阳已经在地平线以下,而月亮仍然在地平线以上;根据题干中的日期“农历二月初三”可知,月相为上半月的蛾眉月,月亮的右半边被阳光照亮(月面朝向),左半边则是黑暗的,A、C错误;农历二月初三的月相离地平线较近,B正确,D错误。
(2025·贵州毕节二模)战国时期的《鹖冠子》一书中提到,“斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏……”,描述了北斗七星斗柄指向与四季变化的关系,当斗柄指向正东时为北半球春分日前后。这对我国大部地区物候变化有显著指示作用。据此完成3~5题。
3.《鹖冠子》中的“天下”主要是指( )
A.北半球中纬度地区
B.黄河中下游地区
C.我国34个省级行政区
D.珠江中下游地区
4.斗柄指向正西时,我国物候变化表现为( )
A.北京香山红叶满山艳 B.东北大地银装素裹
C.华北平原麦浪滚滚 D.江南桃花笑春风
5.推测当“斗柄北指”,北京日出时,天安门广场上旗杆的日影朝向是( )
A.正北 B.西北
C.正西 D.西南
答案:3.B 4.A 5.B
解析:第3题,根据题干材料信息并结合选项分析,北斗七星斗柄指向反映了四季变化,我国黄河中下游地区地处北温带,四季变化明显,故《鹖冠子》中的“天下”主要是指黄河中下游地区,B正确。第4题,北斗七星斗柄指向反映了四季变化,当斗柄指向正东时,为北半球春分日前后,则斗柄指向正西时,是我国的秋分日前后,此时北京香山红叶满山艳,A正确。第5题,斗柄北指时,北半球处于冬季,此时北京日出东南,天安门广场上旗杆的日影朝向西北,B正确。
传统文化与地球运动
(2025·云南选择考)圭表由两部分组成,直立的柱体为“表”,与柱体垂直的装置为“圭”。我国古人根据正午时“表”影在“圭”上的变化划分二十四节气(两端刻度表示夏至或冬至)。据此完成(1)~(2)题。
(1)下列圭表的示意图适用于海南三沙市(17°N)的是( )
A.① B.②
C.③ D.④
(2)古人观察圭表发现,从冬至日、夏至日分别往后推6个节气所用天数不同。其原因是( )
A.昼夜长短的季节差异
B.地球公转速度不均
C.太阳高度的季节差异
D.物候转换间隔不同
答案:(1)C (2)B
解析:第(1)题,根据材料可知,圭表两端刻度表示冬至或夏至正午时的“表”影。三沙市(17°N)位于赤道与北回归线之间,冬至日,三沙市的正午太阳位于南方,表影朝北,指向圭的北端,夏至日,三沙市的正午太阳位于北方,表影朝南,指向圭的南端,排除①④;由于三沙市冬至日的正午太阳高度比夏至日的正午太阳高度小,所以冬至日的“表”影长度比夏至日的“表”影长,排除②。故选C。第(2)题,根据所学知识可知,四季更替是地球公转运动造成的,按地球公转方向,每隔15°定为一个节气。地转公转过程中,每年的1月初,在近日点附近,公转速度最快,每年的7月初,在远日点附近,公转速度最慢。从冬至日、夏至日分别往后推6个节气,地球公转速度不同,故所用天数不同,B正确。
1.圭表
(1)构成
圭表是我国古代度量日影长度的天文仪器,由圭和表两部分组成。表是垂直立于平地上测日影的标杆或石柱。圭是正南正北方向平放的测定表影长度的刻板,与表相互垂直,圭面上有刻度,用来测量表影的长度。
(2)主要功能
①确定太阳日的长度
在一天中,太阳位置不断变化,表影的长度和方向也在不断改变。中午时分,太阳位置最高,表影最短。通过持续观测表影长度的变化,当表影缩短到最短时,当地为正午时刻。连续两次正午时刻之间的时间间隔就是一天,即一个太阳日。
②定节气
圭表可以用来测定二十四节气,其中最重要的节气是冬至和夏至。在北半球,冬至时表影最长,夏至时表影最短。通过长期观测表影长度的变化,古人能够准确地确定这两个节气的日期,进而推算出其他节气的日期。
③定回归年长度
通过长期观测正午日影的长度变化,人们发现日影在一年中会出现有规律的长短变化。当太阳直射点位于北回归线时,北半球的正午日影最短;当太阳直射点位于南回归线时,北半球的正午日影最长。连续两次正午日影最短(或最长)所经历的时间间隔就是一个回归年。
④辨方向
圭表可以帮助人们确定正南正北的方向。我国古代利用圭表辨别方向,当表影最短时,表底端所指的方向就是正北,相反方向则为正南。
2.二十四节气
(1)划分
二十四节气是根据地球绕日公转时在黄道(即公转轨道面)上的位置确定的。把地球绕日轨道平均分为二十四份,每隔15°为一个节气,始于立春,终于大寒,周而复始。
(2)确定
我国古人利用圭表测影法准确确定二十四节气,最早确定的四个节气为夏至、冬至、春分、秋分。在确定了回归年周期之后,人们把一年的时间再二十四等分,即得出了二十四节气,古人把这种方法叫“平气法”。
(2025·山东枣庄三模)二十四节气(下图)是我国劳动人民独创的文化遗产,它是依据太阳周年运动的轨迹等来划分的。下表为部分节气太阳直射点所在纬度。据此完成1~2题。
节气
清明
立夏
芒种
夏至
太阳直射点纬度
5°55′N
16°20′N
22°35′N
23°26′N
1.下列时段,太阳直射点移动速度最快的是( )
A.秋分—寒露 B.霜降—立冬
C.小雪—大雪 D.冬至—小寒
2.大寒日,太阳直射点所在纬度可能是( )
A.15°26′S B.16°20′S
C.20°9′S D.22°35′S
答案:1.A 2.C
解析:第1题,二十四节气中相邻节气时间相差约半个月。读表计算可知,清明至立夏(1个月左右),太阳直射点移动了约10°25′,立夏至芒种(1个月左右),太阳直射点移动了6°15′,芒种至夏至(半个月左右),太阳直射点移动了51′,由此可知,离夏至日越近,太阳直射点移动速度越慢,离春分日越近太阳直射点移动速度越快。太阳直射点的移动关于二分二至日对称,故离冬至日越近,太阳直射点移动速度越慢,离秋分日越近太阳直射点移动速度越快。秋分—寒露离秋分日最近,移动速度最快,A正确。第2题,据图可知,大寒关于春分对称的节气为小满,这两日太阳直射纬度关于赤道对称。读图可知,小满位于立夏(16°20′N)和芒种(22°35′N)之间,所以小满太阳直射点的纬度最可能是20°9′N,即大寒日太阳直射点纬度为20°9′S,C正确。
地球运动中的地理实践力
(2025·江苏选择考)10月中旬,拉萨市(29°N,91°E)某中学学生开展校园地理实践活动,下图为北京时间13时56分拍摄的校园照片。据此完成(1)~(2)题。
(1)图中杆影指向最接近( )
A.正北 B.正南
C.东北 D.西北
(2)在观测杆影活动中,学生可领悟到与地球运动相关的是学校的( )
A.课程设置 B.位置选择
C.空间规模 D.作息时间
答案:(1)A (2)D
解析:第(1)题,根据所学可知,北京时间为120°E的地方时,拉萨经度为91°E,两地经度差为29°,拉萨地方时比北京时间晚116分钟(1小时56分钟),当北京时间为13时56分时,拉萨地方时为12 时,正值正午。10月中旬太阳直射南半球,拉萨(29°N)正午时太阳位于正南天空,因此杆影指向正北。第(2)题,结合所学知识可知,地球运动导致地球上经度不同的地区地方时不同;在观测杆影的活动中,学生可领悟到当地地方时和北京时间(120°E地方时)的不同,从而了解到学校所在地的作息时间与东部地区有所不同的原因。
1.立杆测影实验
(1)实验目的:通过观察一天中物体影子的长短和方向变化,理解地球自转及太阳位置的变化。
(2)实验材料:一根直杆、粉笔、卷尺和记录表格。
(3)实验步骤:选择一个阳光充足的平坦地面,将直杆垂直插入地面。每隔一段时间(如1小时),用粉笔在地面上标记出直杆影子的顶端位置,并记录下具体时间和影子的长度、方向。一天结束后,整理记录的数据和标记,分析影子在一天中的变化规律。
(4)实践结论:一天中,物体影子的长短和方向会随太阳位置的变化而改变。早晨和傍晚影子长,中午影子短;影子方向与太阳位置相反。
2.日晷制作与观测实践活动
(1)实验目的:了解古代利用日影测量时间的方法,加深对地球自转的认识。
(2)实验材料:一块平整的木板或石板、一根细针或竹签、量角器、直尺、颜料等。
(3)实验步骤:将木板或石板水平放置,把细针或竹签垂直固定在板的中心位置,作为晷针。根据当地的纬度,用量角器调整晷针与木板或石板的夹角,使其等于当地纬度。用颜料在木板上绘制刻度盘,将一天分为若干个时间区间。将制作好的日晷放置在阳光充足的地方,在不同时间观察晷针影子的位置,并记录对应的时间。
(4)实践结论:日晷是利用太阳投影指示时间的工具,影子位置的变化与地球自转有关。
3.地球运动与昼夜长短关系实地考察
(1)实验目的:实地感受不同纬度地区昼夜长短的变化情况,理解地球公转对昼夜长短的影响。
(2)实验材料:手表、指南针、记录表格。
(3)实验步骤:选择不同纬度的两个地点(如低纬度地区和高纬度地区),在春分、夏至、秋分、冬至四个节气分别前往考察。到达每个地点后,在日出和日落时分别记录时间,并计算出昼长和夜长。同时,用指南针确定方向,观察太阳的方位变化。将不同地点和不同节气的数据进行对比分析。
(4)实践结论:不同纬度地区昼夜长短随季节变化的规律不同,低纬度地区昼夜长短变化较小,高纬度地区昼夜长短变化较大;夏至日北半球昼长夜短,冬至日北半球昼短夜长。
(2025·天津河北区一模)我国某中学地理小组于当地正午用立杆测影的方法开展测量太阳高度角的地理实践活动。图1为该小组分别在二至日北京时间13:25测得的日影示意图,图2为学校平面图。据此完成1~2题。
1.该中学可能位于( )
A.青海省 B.海南省
C.广东省 D.云南省
2.冬至日自日出到日落该校旗杆杆影指向的变化是( )
A.从学生宿舍移向文化长廊
B.从篮球场移向教学楼
C.从文化长廊移向学生宿舍
D.从教学楼移向篮球场
答案:1.D 2.A
解析:第1题,结合图1中信息可知,在二至日北京时间13:25测得的日影示意图中,日影有南有北,说明该地在赤道与北回归线之间,A错误;当北京时间13:25时,此时日影在正南或正北,即对应当地时间12:00,地方时较北京时间晚1小时25分钟,该地位于120°E以西约21°,即99°E,结合选项可知,该地在云南省,D正确;海南省位于108°E以东,广东省位于109°E以东,B、C错误。第2题,结合所学知识,冬至日太阳直射点在南半球,该地一天中的太阳方位为东南—正南—西南,杆影朝向应为西北—正北—东北。读图2可知,杆影指向由学生宿舍移向文化长廊,符合由西北—正北—东北的变化,A正确。
(2025·山东济南一模)赤道式日晷是利用太阳投影测算时间的一种仪器,其晷盘平行于赤道,分南北两面(图1)。图2为某学生在校园(36°N,120°E)自南向北拍摄的日晷景观照片。据此完成3~4题。
3.该照片的拍摄时间可能是( )
A.6月7日10:10 B.6月7日13:50
C.11月7日10:10 D.11月7日13:50
4.以下节气中,正午时刻晷盘在地面的投影面积最小的是( )
A.清明 B.夏至
C.立秋 D.冬至
答案:3.C 4.A
解析:第3题,结合材料可知,该地位于北半球中纬度,日晷景观照片为自南向北拍摄,晷针投影于南盘面,应为北半球的冬半年,排除A、B;北半球冬半年,晷针影子在南盘面逆时针方向转动,正下方为12:00,根据晷针影子指向可知,此时应为正午之前,C正确,排除D。第4题,结合所学可知,当太阳视运动轨迹面与晷盘面在一个平面上时(春秋分),正午晷盘在地面的投影面积最小,因此距离春秋分越近,晷盘的投影面积越小。根据太阳直射点的回归运动规律,四个选项中清明距离春分最近,A正确。
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