一、正午太陽高度的變化某地一天中最大的太陽高度,但是不一定是90 °1.正午太陽高度的緯度變化規(guī)律:正午太陽高度從太陽直射點所在緯度向南北兩側(cè)遞減。距離太陽直射點的緯線越近,正午太陽高度越大
二分二至日太陽高度分布示意圖
(1)夏至日:正午太陽高度由　　　　向南北兩側(cè)遞減,如圖中c折線所示。?(2)冬至日:正午太陽高度由　　　　向南北兩側(cè)遞減,如圖中a折線所示。?(3)春、秋分日:正午太陽高度由　　　向南北兩側(cè)遞減,如圖中b折線所示。
2.正午太陽高度的季節(jié)變化規(guī)律
思維拓展·再提升正午太陽高度與室內(nèi)采光存在什么關(guān)系?
提示 為了獲得最充足的太陽光照,各地房屋的朝向與正午太陽所在的位置有關(guān)。北回歸線以北的地區(qū),正午時太陽位于正南方,正午太陽從南窗射入;南回歸線以南的地區(qū),正午時太陽位于正北方,正午太陽從北窗射入。一般情況下,正午太陽高度越大,照射到房間的面積越小,即夏季照射面積小;正午太陽高度越小,照射到房間的面積越大,即冬季照射面積大。
二、四季更替和五帶劃分1.四季更替　 中緯度地區(qū)季節(jié)變化明顯(1)四季的成因:一年中晝夜長短和正午太陽高度隨　　　　的變化而變化。(2)四季的劃分
2.五帶的劃分(1)五帶成因:一年中晝夜長短和正午太陽高度隨　　　　的變化而變化。(2)五帶劃分
思維拓展·再提升若黃赤交角變大,地球上熱帶、溫帶、寒帶范圍會發(fā)生什么變化?
提示 熱帶、寒帶范圍變大,溫帶范圍變小。
1.晾衣神器——伸縮式晾衣架我國某小區(qū)陽臺統(tǒng)一安裝上下伸縮式晾衣架(如下圖)。
(1)要使太陽能夠曬到衣服,正午時懸掛晾衣架的繩索長度北京與武漢哪個應(yīng)該更長?
(2)北京與武漢相比較,正午時冬夏繩索長度伸縮變化的幅度哪個更小?
2.正午太陽高度的妙用——樓層選擇2023年某樓盤(32°N,121°E)開盤銷售已封頂?shù)?~4號樓。這4幢樓均為18層,層高3米,南北樓間距為50米。下圖為該樓盤平面示意圖。
(1)小明發(fā)現(xiàn)4號樓底樓10月22日起正午就無陽光照射,那么一年中該樓層正午有陽光照射的時間約為幾個月?
(2)一般隨樓層升高房價相應(yīng)提高。小明想在4號樓購房,希望全年正午都有太陽照射且單價較低。建議他選擇(tan34°34'≈0.7,tan58°≈1.6,tan81°26'≈6.6)幾層?
考點一　正午太陽高度的變化
1.正午太陽高度的變化(1)正午太陽高度的季節(jié)變化規(guī)律太陽直射點向本地所在緯線移來,則正午太陽高度增大,移去則減小。如圖所示:
(2)正午太陽高度的緯度變化
(3)正午太陽高度的年變化幅度
2.正午太陽高度的計算及應(yīng)用(1)正午太陽高度的計算公式:H=90°-兩點緯度差說明:“兩點”是指所求地點與太陽直射點。兩點緯度差的計算遵循“同減異加”原則,即兩點同在北(南)半球,則兩點緯度“大數(shù)減小數(shù)”;兩點分屬南、北不同半球,則兩點緯度相加。如圖所示:
當太陽直射B點(10°N)時A點(40°N)正午太陽高度:H=90°-AB緯度差=90°-(40°-10°)=60°。C點(23°26'S)正午太陽高度:H=90°-BC緯度差=90°-(10°+23°26')=56°34'。
(2)正午太陽高度變化規(guī)律在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用①確定地方時當某地太陽高度達一天中的最大值時,此時日影最短,當?shù)氐牡胤綍r是12時。②確定房屋的朝向房屋的朝向與正午太陽所在位置有關(guān)。為了獲得更充足的太陽光照,在北回歸線以北地區(qū)正午太陽位于南方,因此房屋坐北朝南;在南回歸線以南地區(qū)正午太陽位于北方,因此房屋坐南朝北。③確定當?shù)氐牡乩砭暥犬斕栔鄙潼c位置一定時,可根據(jù)兩地緯度差多少度,正午太陽高度就差多少度。根據(jù)某地某日(二分二至日)正午太陽高度,可判斷該地區(qū)緯度大小。
④判斷日影長短及方向太陽直射點上,物體的影子縮短為0;正午太陽高度越大,日影越短;反之,日影越長。正午是一天中日影最短的時刻。日影永遠朝向背離太陽的方向,北回歸線以北的地區(qū),正午的日影全年朝向正北(北極點除外),冬至日日影最長,夏至日最短;南回歸線以南的地區(qū),正午的日影全年朝向正南(南極點除外),夏至日日影最長,冬至日最短;南北回歸線之間的地區(qū),正午日影夏至日朝向正南,冬至日朝向正北;直射時日影最短(等于0)。
⑤確定樓間距、樓高為了更好地保證各樓層都有良好的采光,樓與樓之間應(yīng)當保持適當距離。以我國為例,南樓高度為h,該地冬至日正午太陽高度為α,則最小樓間距L=hctα。如下圖:
⑥計算太陽能熱水器的安裝角度為了更好地利用太陽能,應(yīng)不斷調(diào)整太陽能熱水器與樓頂平面之間的傾角,使太陽光與集熱板成直角。集熱板與地面之間的夾角(β)和當天的正午太陽高度(α)互余,即β+α=90°時效果最佳。如下圖:
⑦判斷山地自然帶在南坡和北坡的分布高度一般情況下,由于陽坡正午太陽高度大,得到的光熱多,陰坡得到的太陽光熱少;因此在相同高度,陽坡溫度較高,陰坡溫度較低,從而影響到自然帶在陽坡和陰坡的分布高度。
(2022·浙江6月卷)我國某中學生在學校附近通過天文觀測,繪制出北極星光線與正午太陽光線之間夾角α的年變化曲線,下圖為該曲線示意圖。據(jù)此完成下列各題。(1)符合“晝變短,夜比晝長”條件的時段是(　　)A.甲至乙B.乙至丙C.丙至丁D.丁至戊
(2)丙日,對應(yīng)的北極星光線和正午太陽光線位置關(guān)系正確的是(　　)
A.①B.②C.③D.④
答案 (1)D　(2)C
[變式訓(xùn)練] 北京的日出時間逐漸提前且晝長夜短的是哪一時段?
考向一　正午太陽高度的變化(2023·廣東湛江一模)下表為二分二至日前后甲、乙兩城市正午太陽高度的變化統(tǒng)計表。據(jù)此完成1~2題。
1.甲、乙兩城市的緯度差值為(　　)A.18°B.24° C.38°D.44°2.某城市的夜晚時間與乙城市白晝時間相等,則該城市的經(jīng)緯度位置可能是(　　)A.(44°N,175°E)B.(44°S,70°W)C.(46°S,175°E)D.(46°S,70°W)
解析 第1題,根據(jù)表中信息,可以判斷出甲、乙兩地在夏至日正午太陽高度最大,在冬至日正午太陽高度最小,因此可以判斷出甲、乙兩城市位于北半球。根據(jù)正午太陽高度的計算公式可知,兩地的正午太陽高度差為兩地的緯度差。所以甲、乙兩城市的緯度差為18°。第2題,根據(jù)表中信息,可以判斷出甲、乙兩地在夏至日正午太陽高度最大,在冬至日正午太陽高度最小,因此可以判斷出甲、乙兩城市位于北半球。根據(jù)正午太陽高度的計算公式可知,乙城市位于44°N,由于緯度數(shù)值相同,南北相反的兩點一地的夜晚時間與另一地的白晝時間相同,所以44°S緯線上的任何城市的夜長均與乙城市的晝長相等,所以則該城市的經(jīng)緯度位置可能是(44°S,70°W)。
考向二　正午太陽高度的應(yīng)用(2023·福建三明一模)銀杏樹屬落葉闊葉喬木,是我國廣泛種植的綠化樹種。杭州市(30°N)某住宅小區(qū)的主干道為東西方向,兩側(cè)種植銀杏樹(如下圖,Tan36°34'≈0.74),但遭到部分業(yè)主投訴。據(jù)此完成3~4題。
3.業(yè)主們投訴的內(nèi)容可能有(　　)①阻擋北樓底層住宅采光?、谟绊懬锒镜沫h(huán)境質(zhì)量　③減弱南樓底層住宅通風?、茏璧K小區(qū)車輛、行人出入A.①②B.③④ C.①③D.②④4.當一年中銀杏樹正午影子最長時刻,其投在北樓南墻面的影子高度約為(　　)A.5米B.6.8米 C.9米D.1.2米
解析 第3題,太陽光主要從南樓頂部照射到北樓,中間有高大喬木阻擋光線,會影響北樓底層住宅采光,①可能是業(yè)主們投訴的內(nèi)容;銀杏為落葉喬木,秋季落葉影響小區(qū)內(nèi)衛(wèi)生,冬半年主干道沒有綠色,影響秋冬季的環(huán)境質(zhì)量,②可能是業(yè)主們投訴的內(nèi)容;主干道為東西方向,兩側(cè)種植銀杏樹對通風條件影響不大,③不是投訴的內(nèi)容;綠化樹種美化小區(qū)居住環(huán)境,即使不種植銀杏,也會種植其他樹種,對阻礙小區(qū)車輛、行人出入影響較小,④不是投訴的內(nèi)容。第4題,冬至日杭州正午太陽高度約為36°34',是一年中最小正午太陽高度,即一年中銀杏樹正午影子最長時刻。由材料“Tan36°34'≈0.74”可知,在3米的間距長度內(nèi),樹高僅約為2.2米時方能保證正午陽光照射樓底,而銀杏樹樹高約9米,所以其投在北樓南墻面的影子高度約為6.8米。
考點二　四季更替與五帶劃分
1.地球公轉(zhuǎn)與二十四節(jié)氣(1)太陽直射點回歸運動與二十四節(jié)氣
注:各節(jié)氣具體日期前后浮動1—2日。
(2)二十四節(jié)氣對應(yīng)的地球運動位置
(3)二十四節(jié)氣與人類活動
2.四季的劃分(1)四季更替和五帶的成因
(2)四季更替的緯度差異
此外,低緯度的高海拔地區(qū),在夏半年因海拔高而較涼爽,在冬半年因緯度低較溫暖,其季節(jié)更替也不明顯,如我國的昆明、巴西的巴西利亞。
(3)不同的四季劃分方法
(2023·北京卷)某校開展“時空智能,因融至慧”跨學科主題學習系列活動。結(jié)合2023年6月10日文化和自然遺產(chǎn)日,同學們展示了有關(guān)二十四節(jié)氣的作品。下圖是學生設(shè)計創(chuàng)作的網(wǎng)頁截圖。讀圖,完成下列各題。
(1)二十四節(jié)氣是古人觀天察地、認識自然的智慧結(jié)晶,客觀反映了(　　)①太陽活動?、谒募咀兓、劢邓偭俊、芪锖颥F(xiàn)象A.①②B.①③C.②④D.③④(2)據(jù)圖推斷(　　)A.甲地種冬小麥正值梅雨時節(jié)B.可以通過遙感監(jiān)測乙地澇災(zāi)C.正午太陽高度甲地比乙地大D.晝長周年變化甲地小于乙地
答案 (1)C　(2)B
[變式訓(xùn)練] 在二十四節(jié)氣中,太陽直射點所在的緯度與小滿相同的是哪一節(jié)氣?
我國古代歷法將地球繞日公轉(zhuǎn)的規(guī)律與地球上的氣候變化、動植物生長等自然現(xiàn)象變化規(guī)律相結(jié)合,將一年分為24等份,并給每一等份取了個專有名稱,合稱二十四節(jié)氣。下圖為二十四節(jié)氣對應(yīng)的地球運動位置示意圖。據(jù)此完成1~2題。
1.下列反映福州立秋后的地理景象,正確的是(　)A.正午太陽高度增大B.日出時間越來越早C.日落時間越來越晚D.正午旗桿影子變長2.對我國北方的城市來說,下列各組節(jié)氣中晝長時間最接近的是(　　)A.小寒、小雪B.立夏、立秋C.雨水、清明D.雨水、處暑
解析 第1題,讀圖可知,立秋處于夏至日與秋分日之間,太陽直射點向南移動,福州位于北回歸線以北,太陽直射點離福州越來越遠,因此正午太陽高度減小,正午旗桿的影子變長;此時太陽直射點南移,位于北半球的福州晝長變短,則日出時間越來越晚,日落時間越來越早。第2題,我國北方的某城市一年中兩個節(jié)氣晝長相等,表明這兩個節(jié)氣太陽直射點的緯度位置相同,一年中直射點相等的兩天會關(guān)于二至日對稱。讀圖可知,小寒和小雪不關(guān)于冬至日對稱,直射點位置不同;讀圖發(fā)現(xiàn),雨水和清明、雨水與處暑均不存在關(guān)于二至日對稱的情況。圖中顯示,立夏和立秋關(guān)于夏至日對稱,太陽直射點位置相同,這兩個節(jié)氣我國北方城市的晝長時間最接近。
圖形判讀(一)太陽視運動圖的判讀
1.太陽視運動軌跡圖太陽視運動是指一天中肉眼所見太陽在天空中東升西落的運行狀況。其中日出東方,日落西方,正午12時(地方時)時位于觀察者的正南方、正北方或正上方。下圖是北緯40°附近某地在二分二至日的太陽視運動軌跡,該圖可反映日出、日落時間,晝夜長短,日出、日落方位,正午太陽高度等。
2.全球日出、日落及正午時刻太陽方位的變化規(guī)律(1)未出現(xiàn)極晝或極夜現(xiàn)象的地區(qū),太陽直射北半球時,日出、日落都偏北(太陽從東北升起,西北落下);太陽直射南半球時,日出、日落都偏南(太陽從東南升起,西南落下);太陽直射赤道時,日出正東、日落正西。
(2)出現(xiàn)極晝的地區(qū)(除極點)一天內(nèi)太陽不落,正午太陽高度最大,0時(24時)太陽高度最小,若位于北半球,太陽升落方位均為正北;若位于南半球,太陽升落方位均位于正南。
(3)極晝期間的極點一天內(nèi)太陽高度不變。
3.晝長與日出、日落時間在北半球,晝越長,日出越早,日落越晚,日出、日落的位置越偏北,太陽視運動的弧度越大;反之,在北半球晝越短,日出越晚,日落越早,日出、日落位置越偏南,太陽視運動的弧度越小。
(2023·江蘇揚州三模)2022年6月5日7時54分,神舟十四號航天員乘組出征儀式在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心(41°N,100°E)舉行,三名航天員開啟了為期6個月的天和空間站駐留飛行任務(wù)。下圖為天和空間站繞地軌道及方向示意圖,據(jù)此完成1~3題。
1.出征儀式上,航天員所觀測到的太陽方位是(　　)
2.航天員在空間站駐留期間,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心與文昌發(fā)射中心(19°N,110°E)兩地(　　)A.晝長的差值先變大后變小B.正午太陽高度的差值先變小后變大C.日出方位均由偏北轉(zhuǎn)為偏南D.日落方位均由偏南轉(zhuǎn)為偏北
3.在天和空間站24小時內(nèi)大致可看到16次日出、日落,其原因是(　　)A.空間站公轉(zhuǎn)速度慢于地球公轉(zhuǎn)速度B.空間站公轉(zhuǎn)速度快于地球自轉(zhuǎn)速度C.空間站對太陽升、落的折射現(xiàn)象D.空間站公轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反

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