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第二节 地球公转的意义
【教学目标】
结合实例，说明地球运动的地理意义。
1、理解正午太阳高度角的空间和季节变化规律；
2、掌握正午太阳高度角的计算及其应用。
第二课时：正午太阳高度角的变化
【教学过程】
三、正午太阳高度角的变化
1.概念
（1）太阳高度（角）：太阳光线与 之间的夹角。
晨昏线上太阳高度 ，夜半球太阳高度 ，昼半球太阳高度 ，直射点上太阳高度 。
（2）正午太阳高度角：一天中太阳高度 值出现在正午（当地地方时 ），称为正午太阳高度（角）。
【思考交流】
一天中太阳高度角有多少个？正午太阳高度角呢？
答案：一天中太阳高度角有无数个，正午太阳高度角仅有一个。
2.变化规律
（1）正午太阳高度随纬度变化规律
①春分日和秋分日时，太阳直射在 上，正午太阳高度由 向南北两侧递减。
②夏至日时，太阳直射在 上，正午太阳高度由 向南北两侧递减。
③冬至日时，太阳直射在 上，正午太阳高度由 向南北两侧递减。
【规律总结】
同一时刻，各地正午太阳高度从 向南北两侧递减。
所以，离太阳直射点越近，正午太阳高度就越 ；离太阳直射点越远，正午太阳高度就越 。简称“近大远小”
【学以致用】
1、说明北京（40°N）全年正午太阳高度的变化情况
答案：夏至日至冬至日，正午太阳高度角逐渐减小；冬至日至夏至日，正午太阳高度角逐渐增大。
2、说明海口（40°N）全年正午太阳高度的变化情况。
答案：太阳直射20°N那一天至夏至日和太阳直射20°N那一天至冬至日，正午太阳高度角逐渐减小；夏至日至太阳直射20°N那一天和冬至日至太阳直射20°N那一天，正午太阳高度角逐渐增大。
（2）正午太阳高度随季节变化规律
【思考交流】
1、北回归线及其以北地区一年中正午太阳高度角何时达到最大值？何时达到最小值？
答案：夏至日；冬至日
2、北回归线和赤道之间的地区一年中正午太阳高度角何时达到最大值？何时达到最小值？
答案：直射；冬至日
3、赤道和南回归线之间的地区一年中正午太阳高度角何时达到最大值？何时达到最小值？
答案：直射；夏至日
4、南回归线及其以南地区一年中正午太阳高度角何时达到最大值？何时达到最小值？
答案：冬至日；夏至日
【总结】
夏至日： 正午太阳高度达到一年中的最大值， 达到一年中的最小值；
冬至日： 正午太阳高度达到一年中的最大值， 达到一年中的最小值；
春分日和秋分日： 正午太阳高度达到一年中的最大值，其他地区正午太阳高度 。
3.正午太阳高度的计算
H=90°-纬度差
纬度差：即所求地点纬度与太阳直射点的所在纬度的差值。若两点在同一半球，用较高纬度减去较低纬度；若两点分属于南、北半球，将两点的纬度求和。简称“同减异加”
【学以致用】
求二分二至日北京（40° N）的正午太阳高度
二分二至 太阳直射点的位置 北京的正午太阳高度
春分日 0°
夏至日 23°26′N
秋分日 0°
冬至日 23°26′S
答案：
二分二至 太阳直射点的位置 北京的正午太阳高度
春分日 0° 50°
夏至日 23°26′N 73°26′
秋分日 0° 50°
冬至日 23°26′S 26°34′
【思考交流】
1、南北回归线之间：一年中正午太阳高度最大值为 ，最小值为 ，变化幅度为 。
2、回归线至极圈之间：一年中正午太阳高度最大值为 ，最小值为 ，变化幅度为 。
3、极圈以内地区：一年中正午太阳高度最大值为 ，最小值为 ，变化幅度为 。
注：φ代表当地纬度。
4.正午太阳高度角的应用
（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 ，当地的地方时是 。
（2）确定房屋的朝向：
为了获得更充足的太阳光照，确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。在北回归线以北地区，正午太阳位于 方，房屋朝 ；在南回归线以南地区，正午太阳位于 方，房屋朝 。
（3）判断日影长短
①日影方向总是 太阳；
②距离太阳直射点越近，太阳高度角越 ，物体的影子越 。
（4）确定当地的地理纬度：
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。
（5）确定楼距、楼高：
为了使楼房底层获得充足的太阳光照，我们以当地一年中最小的正午太阳高度来计算楼间距。一般来说，纬度较低的地区，楼距较小；纬度较高的地区，楼距较大。
南楼高度为h，该地（北半球）冬至日正午太阳高度为H，则最小楼间距L为：L＝h×cotH。
（6）太阳能热水器的倾角调整：
为了更好地利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角，使太阳光与受热板成直角。
【学以致用】
下图示意110°E经线M地正午太阳高度角的年内变化。据此完成下题。
1．M地的纬度位置可能为（ ）
A．23°26 N B．20 N C．23°26 S D．20 S
2．若M地纬度为20°N，则其冬至日的正午太阳高度为（ ）
A．46°34′ B．43°26′ C．86°34′ D．83°26′
长沙(28°N)一学生对太阳能热水器进行了改造(如下图)，把热水器装在一个大玻璃箱子，并将支架改造成活动方式。据此完成下面小题。
3．9月23日，为使有最好的效果，调节支架使热水器吸热面与地面的夹角α为（ ）
A．23.5° B．28° C．66.5° D．55°
4．下列地区中，使用太阳能热水器效果最好的是（ ）
A．海南 B．哈尔滨 C．北京 D．上海
下图为三门峡的汽车停车场示意图，箭头①②③代表二分二至日的正午太阳光线。读图，完成下面小题。
5．正午车位上遮阳棚的影子达到最大时，正值当地（ ）
A．春季 B．夏季 C．秋季 D．冬季
6．图中地面上箭头P指示的方位是（ ）
A．东 B．南 C．西 D．北
我国《物权法》指出，住宅间距必须保证北面楼房底层窗台面日照时间不少于1小时(如下图)。据此，完成下面小题。
7．按照采光要求，下列四个城市相邻同高楼房的间距最宽的应该是（ ）
A．广州(23°N) B．台湾(29°N) C．北京(40°N) D．哈尔滨(45°N）
8．“日照时间不少于1小时”的节气是（ ）
A．春分日 B．夏至日 C．秋分日 D．冬至日
答案：1.B 2.A 3.B 4.C 5.B 6.D 7.D 8.D
【课堂小结】
【课堂检测】
一、单项选择题
下图表示某日全球不同纬度正午太阳高度分布状况。据此完成下面小题。
1．该日为北半球（ ）
A．春分 B．夏至 C．秋分 D．冬至
2．该日，正午太阳高度达到一年中最大值的纬度范围是（ ）
A．0°~90°N B．23°26'S~90°S C．23°26'S~23°26'N D．0°~~23°26'S
某地理学习小组，在野外某地（68°26'N，105°E）垂直立杆。经观测，得到如图所示的日照杆影信息。据此完成下面小题。
3．此刻北京时间为（ ）
A．6:00 B．12:00
C．13:00 D．18:00
4．在上述时刻，下列可能会发生的地理现象是（ ）
A．上海昼短夜长 B．南极出现极昼
C．北京正午太阳高度达到最大 D．澳大利亚正值炎炎夏日
读某地某时期正午日影长短和朝向变化示意图，完成下面小题。
5．该地纬度为（ ）
A．20°S B．20°N C．30°S D．30°N
6．该地正午日影最短时，郑州（ ）
A．正午太阳高度最大 B．正值寒冷干燥的季节
C．正值高温多雨的季节 D．昼夜均分
“光线是建筑的灵魂。”随着生活水平的提高，人们对住宅小区的要求已经不是仅仅满足于基本的住的功能，对自然采光也提出了越来越高的要求。位于我国21°34′N某城市的湖滨花园，是一所住宅小区，南北方向有多栋坐北朝南的楼房，每栋楼约 60 米高。回答下题。
7．为保证房屋采光，房产开发必须考虑楼间距。该地楼间距设计主要参考光照情况的节气是（ ）
A．春分日 B．夏至日 C．秋分日 D．冬至日
8．该小区的合理楼距最小不小于（ ）
A．40米 B．50米 C．60米 D．70米
山东济南(约36.5°N)的小明家准备在某楼盘买房，楼是东西延伸的；两栋楼的楼高和楼间距均是54米，楼层高3米，楼层越高，单价越高。据此，回答下面小题。
9．小明的爷爷不希望紧靠公路，又担心冬季正午室内晒不到太阳，还想尽量买得便宜一些，综合以上因素考虑，小明家最好买二栋的（ ）
A．7楼 B．10楼 C．12楼 D．15楼
10．二栋一楼住户人家的采光是最差的，一年中大概有多长时间的中午是阳光无法照射进来的（ ）
A．4个月 B．3个月 C．2个月 D．1个月
武汉（30°N）某同学对传统的太阳能热水器进行改造（如图）：将太阳能热水器集热板装在一个大玻璃箱里,并将热水器的支架改造成活动形式。据此完成下面小题。
11．12月22日正午，为使热水器受热最多，需调节活动支架，使热水器集热板与地面的夹角为（ ）
A．23.5° B．36.5° C．53.5° D．66.5°
12．为了充分利用太阳能，尽可能使一年内正午太阳光线与集热板保持垂直，集热板与地面夹角的调整幅度为（ ）
A．23.5° B．30° C．47° D．60°
二、综合题
13．阅读材料，回答问题。
巴西基督像矗立在科科瓦多山顶，俯瞰着整个里约热内卢市（45°W,23°S)(左图）。6月22日当地正午，到此观光的小明同学发现基督像日影正好投向基督像右手正下方。
（1）此时北京时间为__________。
（2）此时太阳直射点的地理坐标为__________，该日过后太阳直射点开始向__________方向移动。
（3）该日南阳市（约北纬33°)的正午太阳高度角约为__________，此日后，南阳市的正午太阳高度角将逐日变__________（大／小）。
（4）据图2推测基督像应面朝__________方向矗立，午后影子将向______（东／西）方移动。
14．阅读图文资料，回答问题。
材料一　左下图是上海市(约31°N)某小区两居民楼示意图，右下图为地球公转示意图。
材料二　李某购买了一套北楼的楼房(见左上图)，居住后发现居室内日照时间极短，便向法院提出起诉要求退房，法院依据《上海市城市规划管理技术规定》中“受遮挡的居住建筑的居室，一日内满窗日照的有效时间最短不小于连续1小时”的有关规定，责令房产公司退还业主李某各类费用。
（1）你认为材料二中“一日内满窗日照的有效时间最短不少于连续1小时”的说法，以一年中哪一天的日照时间为衡量标准较为合理？
（2）为确保低层住户有一定的采光，房地产公司在建筑住宅楼时，南北楼房之间必须要留有一定距离。理论上，楼房高度相同的情况下，北京市住宅楼的间距要比上海市________(大、小)一些，原因是____________________________________________。
（3）当济南市某居民楼满窗日照的有效时间达一年中最小值时，地球位于右图中________(填序号)处附近，此时地球公转速度较________。
（4）实地观测是地理学习的重要方式，根据要求完成下列实验。
内容：上海某中学地理课外学习小组，在春分日测定所在学校的地理坐标。
观测工具：支架、量角器、重锤(系有细绳)、手表(北京时间)。
安装方式：如下图所示。
测量时期：2016年3月21日。
提示：当地正午太阳高度角(H)H＝90°－|当地纬度－直射点的纬度|
以下实地观测步骤的排序是错误的。正确的步骤排序是：________(填序号)。
①将安装好的观测仪器放到操场上(空阔位置)，随时调节AC的角度和方向，使之始终指向太阳的中心；
②计算出正午太阳高度(与β互余)，根据正午太阳高度计算公式，计算当地纬度；根据正午时的地方时与北京时间(120°E地方时)的时差计算当地经度；
③当量角器β的角度最小时，记录β的数值和此时的时间。
参考答案
【答案】1．D 2．B
【解析】1．从图中看出，23°26′S的正午太阳高度为90°，说明此时太阳直射23°26'S，故为北半球的冬至日，D正确。故选D。
2．该日为北半球冬至日，太阳直射点位于南回归线，故南回归线及其以南地区正午太阳高度达到最大值，B正确。故选B。
【答案】3．C 4．C
【解析】3．该地位于北半球，影子朝向正北，说明太阳在正南方向，应为当地地方时12:00，即105°E的此时为12:00，则北京时间120°E为13:00，C正确，A、B、D错误，故选C。
4．图中显示立杆与影子同为两米，说明正午太阳高度为45°，根据正午太阳高度计算公式：H=90°-（直射点与当地纬度的纬度差）可计算出太阳直射点的纬度为23°26′N，此时为北半球夏季，上海昼长夜短，A错误。南极出现极夜，B错误。北京正午太阳高度达到最大值，C正确。澳大利亚处于冬半年，D错误。故选C。
【答案】5．A 6．B
【解析】5．读图可知，该地正午日影既有朝向正南，也有朝向正北，表明有太阳直射现象（正午影长为0的时候直射），应位于南北回归线之内，CD错。全年大部分时间朝向正南，只有少数时间朝向正北，说明该地位于南半球，且位于南回归线附近，即赤道与南回归线之间，A正确，B错。故选A。
6．结合上题分析，该地正午日影最短时，太阳直射点应位于南回归线附近，接近冬至日。而郑州正午太阳高度在夏至日达一年最大值，A错误；太阳直射点在南回归线附近，北半球正值冬季，郑州该季节受西北风的影响，气候寒冷干燥，B正确，C错误；春分、秋分时昼夜平分，D错误。故选B。
【答案】7．D 8．C
【解析】7．冬至太阳直射南回归线，北半球各地正午太阳高度达一年中最小，影子最长；所以楼间距设计考虑采光条件，主要考虑冬至太阳光照。选D正确。
8．该小区冬至正午太阳高度＝90°-21°34′-23°26′＝45,tan45°＝楼高60/楼间距，可求出楼间距60米。选C正确。
【答案】9．B 10．A
【解析】9．根据题意冬至小明家山东济南的正午太阳高度角为90°-(36.5°+23.5°) =30°， 两栋楼楼间距为54米，楼高为54米，所以可知，冬至日北侧楼层约23米以上均可看到太阳，每层楼高3米，所以在8层以上的楼层，冬日正午室内能充分得到太阳光。根据材料信息“楼层越高，单价越高”，所以B正确，ACD错误。故选B。
10．楼高为54米，层高为3米，只要一层一下部分被影子挡到，一楼正午就没有阳光，不被挡到的部分为51米，可以求出正午太阳高度为46.3°，山东济南约36.5°N。即太阳直射点位于南纬7.2°时，一楼正午就没有阳光射入，（23.5°-7.2°）×4×2=130天，约为4个月，即一年中大概有4个月的中午是阳光无法照射进来，A正确，BCD错误。故选A。
【答案】11．C 12．C
【解析】11．12月22日正午，太阳直射南回归线，根据正午太阳高度角公式，H=90°-纬度差，计算武汉的正午太阳高度是36.5°。正午太阳高度和集热板与地面的夹角互余，所以，热水器集热板与地面的夹角为53.5°，C对。A、B、D错。故选C。
12．30°N的地方，冬至日，集热板与地面的夹角最大，为53.5°；夏至日，集热板与地面的夹角最小，为6.5°；故一年中调整幅度为53.5°-6.5°=47°ˊ，所以本题选C。
【答案】13．（1）23:00 （2）北纬23.5°或23°26'N ，西经45°或45°W 南
（3）约 80.5° 小 （4）东 东
【解析】（1）里约热内卢市是（45°W，西三区）是12:00，北京是东八区，时间早11个小时，故此时北京时间为23:00。
（2）6月22日（太阳直射23°26'N）当地正午（45°W是12:00），到此观光的小明同学发现基督像日影正好投向基督像右手正下方。说明此时太阳直射点的地理坐标为23°26'N ，45°W，该日（太阳直射23°26'N）过后太阳直射点开始向南方向移动。
（3）该日南阳市（约北纬33°)的正午太阳高度角约为 80.5°，即正午太阳高度=90°-纬度差=90°-（33°-23°26′）=80.5°。此日后，随着太阳直射点南移，南阳市的正午太阳高度角将逐日变小。
（4）6月22日当地正午，当地太阳位于正北，日影朝向正南，日影正好投向基督像右手正下方，据图2推测基督像应面朝东方矗立，午后太阳向西移动，影子将向东方移动。
【答案】14．(1)冬至日
(2)大 北京纬度高于上海，且北回归线以北，纬度越高，太阳高度越低，所以楼间距越大
(3)④ 快 (4)①③②
【解析】（1）冬至日上海正午太阳高度最小，一日内获得的光照时间最短。所以“一日内满窗日照的有效时间最短不少于连续1小时”的说法，以一年中冬至日（12月22日）的前后日照时间为衡量标准较为合理。
（2）因为北京的纬度比上海高，冬至日这一天北京的正午太阳高度比上海小，所以要获得足够采光，北京的楼间距要更大些。
（3）由图可知，④这一天太阳直射南回归线，为冬至日。当济南市某居民楼满窗日照的有效时间达一年中最小值时，正午太阳高度最小应为冬至日这一天。冬至日位于近日点附近，地球公转速度快。
（4）测量的步骤应为①将安装好的观测仪器放到操场上(空阔位置)，随时调节AC的角度和方向，使之始终指向太阳的中心；②当量角器β的角度最小时，记录β的数值和此时的时间；③计算出正午太阳高度(与β互余)，根据正午太阳高度计算公式，计算当地纬度；根据正午时的地方时与北京时间(120°E地方时)的时差计算当地经度。

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