资源简介

课时2　正午太阳高度的变化
课程标准 结合实例，说明地球运动的地理意义。
学习目标 1.结合材料，说明不同区域正午太阳高度的大小和变化，解释太阳高度的时空分布规律。(区域认知)2.运用正午太阳高度解决实际问题，如楼间距、太阳能热水器的安装角度等问题。(地理实践力)
知识点一　正午太阳高度的变化
1．太阳高度角
(1)太阳高度角
太阳光线与 之间的夹角(即太阳在当地的 角)，叫作太阳高度角，简称太阳高度(如图甲所示)。在 上，太阳高度为90°；在 上，太阳高度为0°。
(2)正午太阳高度
一天中太阳高度最大值出现在 ，称为正午太阳高度(如图乙所示)。
2．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
同一时刻，正午太阳高度由太阳 所在纬度向南北两侧递减。
①夏至日：正午太阳高度由 向南北两侧递减，如图中c折线所示。
②冬至日：正午太阳高度由 向南北两侧递减，如图中a折线所示。
③春、秋分日：正午太阳高度由 向南北两侧递减，如图中b折线所示。
(2)正午太阳高度的季节变化规律
北半球节气 达最大值的地区 达最小值的地区
夏至 及其以北各纬度 各纬度
冬至 及其以南各纬度 各纬度
春、秋分 赤道 南、北两极点
3.正午太阳高度的计算方法
公式：H＝90°－两点纬度差。
注：“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。如图所示：
当太阳直射B点(10°N)时，A点(40°N)正午太阳高度：
H＝90°－AB纬度差＝90°－(40°－10°)＝60°。
C点(23.5°S)正午太阳高度：
H＝90°－BC纬度差＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°。
拓展延伸　正午太阳高度的变化
(1)正午太阳高度的纬度分布规律(近大远小)
太阳直射某纬线，则该纬线的正午太阳高度为90°，离该纬线越远，正午太阳高度越小(简记为“近大远小”)。由此可以推知：一日内，同纬线各地正午太阳高度相同；正午太阳高度从太阳直射点所在纬线向南北两侧递减。
(2)正午太阳高度的季节变化规律(来增去减)
由近大远小的规律可以推知：太阳直射点向本地所在纬线移来，正午太阳高度增大，反之减小(简称“来增去减”)。
(3)正午太阳高度的年变化规律
南、北回归线之间 纬度越高，正午太阳高度变化幅度越大(由23.5° 增大至47°)，赤道上为23.5°，回归线上为47°
回归线至极圈之间 各纬度正午太阳高度变化幅度相同(均为47°)
极圈以内地区 纬度越高，正午太阳高度变化幅度越小(由47°减小至23.5°)，极圈上为47°，极点上为23.5°
(2023·河北衡水月考)下图为“我国某地春分日正午太阳光线与头顶夹角示意图”。据此回答1～2题。
1．次日该地正午太阳高度将(　　)
A．变大 B．变小 C．不变 D．不确定
2．该地夏至日正午太阳高度是(　　)
A．28° B．62° C．38.5° D．85.5°
(2023·河北沧州期中)下图为“世界某四地一年内正午太阳方向及正午太阳高度变化图”。据此完成3～4题。
3．图中四地，位于北半球的是(　　)
A．Ⅰ、Ⅱ B．Ⅱ、ⅣC．Ⅱ、Ⅲ D．Ⅲ、Ⅳ
4．Ⅱ与Ⅲ地具有的共同特点是(　　)
A．均位于太阳直射的最高纬度B．均位于南北纬23.5°之间
C．正午太阳方位全年相同D．一年有两次太阳直射现象
知识点二　正午太阳高度的应用
1．确定地方时
当某地太阳高度达一天中最大值时，日影最短，此时当地的地方时是12时。
2．判断日影长短及方向：太阳高度越大，日影越短；太阳高度越小，日影越长。一天中日影的变化规律：日出、日落最长，正午最短，且日影方向与太阳方位相反。日影方向永远背向太阳。
(1)北回归线以北的地区，正午的日影全年朝向正北(北极点除外)，北半球冬至日日影最长，夏至日日影最短。
(2)南回归线以南的地区，正午的日影全年朝向正南(南极点除外)，北半球夏至日日影最长，冬至日日影最短。
(3)南北回归线之间的地区，正午日影北半球夏至日朝向正南，冬至日朝向正北，太阳直射时日影最短(等于0)。
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)北回归线以北的地区，正午太阳位于南方，房屋朝南。
(2)南回归线以南的地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
4．判断楼房间距、楼高
以北回归线以北地区建房为例，为保证一楼全年均有阳光照到，两楼之间的最短距离L与楼高h的关系如图所示(H为冬至日当地的正午太阳高度)，L应大于h·cotH。
5．计算太阳能热水器的安装角度
太阳能热水器的集热板要根据正午太阳高度的季节变化来调整角度，集热板与地面之间的夹角α应等于当天正午太阳高度的余角。如图所示，α＋H＝90°时效果最佳。太阳能热水器的安装倾角＝两点纬度差(即当地纬度和太阳直射点纬度的差值)。
6．判断房间采光面积
一般情况下，正午太阳高度越大，照射到房间里的面积越小，即夏季照射面积小，冬季照射面积大。北回归线以北的地区，太阳光线正午从南窗射入；南回归线以南的地区，太阳光线正午从北窗射入。
11月22日，某地理研究性学习小组在观测房屋采光状况时，发现甲楼阴影恰好投在乙楼中央挡住乙楼1～3层中部(如图所示)，该地纬度为31.8°N、经度为117.2°E。
1．[综合思维]12月22日，该地理小组再次观测，甲楼阴影投在乙楼的层数会发生怎样的变化？
答案　
2．[地理实践力]12月22日之后，甲楼阴影投在乙楼的层数将会怎样变化？
答案　
3．[综合思维]造成这种变化的主要原因是什么？
答案　
(2024·北京东城区期中)吉林(126°33′E,44°N)某同学对传统的太阳能热水器进行了改造(下图)。为使集热效率达到最高，应保持正午太阳光与集热板垂直。据此完成1～2题。
1．集热板与地面夹角最大值与最小值分别为(　　)
A．46.5°　23.5° B．69.5°　22.5°C．66.5°　22.5° D．67.5°　20.5°
2．若采用“立竿测影”的方法测定某日太阳直射点的纬度时，必须观测和记录的数据(竹竿长度已知)是(　　)
A．日最短竿影长度 B．日最短竿影方位C．北京时间 D．白昼长度
课时对点练　[分值：70分]
(选择题1～10题，每小题3分，共30分)
读下图(图中阴影区表示黑夜)，完成1～2题。
1．下列关于①地地理特征的叙述，正确的是(　　)
A．位于东半球B．此刻太阳高度为90°C．自转线速度为0D．此日正午太阳高度为90°
2．图示日期，①②③三地正午太阳高度(　　)
A．①>②>③ B．①>③>②C．②>③>① D．③>①>②
下图为“浙江省某地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3～4题。
3．正午平顶遮阳棚的影子达到最大时，正值当地的(　　)
A．春分日 B．夏至日C．秋分日 D．冬至日
4．图中，箭头P指示的方位是(　　)
A．东 B．南 C．西 D．北
(2023·陕西汉中开学考试)西乡(33°N)某同学对传统的太阳能热水器进行改造(如图)设计：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，可以自由升降。读图，完成5～6题。
5．9月23日，为使热水器有最好的效果，调节支架使热水器集热板与地面的夹角为(　　)A．23.5° B．33°C．57° D．66.5°
一年中，活动支架最矮的日期是(　　)
A．春分日 B．夏至日C．秋分日 D．冬至日
(2024·安徽宣城期中)建筑中庭顶部，有一种采用玻璃板下铺设百叶遮阳的建筑形式，可对射入室内的光照强弱进行调节。为达到较好的遮阳效果，百叶和正午射入光线要始终保持垂直。某地位于南半球，该地昼长最长时，正午太阳高度达到最大。如图示意中庭以及顶部百叶。据此完成7～8题。
7．为达到较好的遮阳效果，该地一年中绝大部分时间百叶上面的朝向是(　　)
A．东 B．南 C．西 D．北
8．该地百叶与地面夹角最大时的日期是(　　)
A．3月21日前后 B．6月22日前后C．9月23日前后 D．12月22日前后
(2023·辽宁百师联盟联考)我国某中学(29.5°N)地理兴趣小组研究教室的采光节能问题，大部分学校教室采用南向侧窗设计，教室侧窗顶部高2.4米，进深8米，tan 37°≈0.75。据此完成9～10题。
9．冬至日正午太阳光线可以照进教室内的范围约是(　　)
A．2.8米 B．3.2米C．4.3米 D．5.2米
10．为了增加教室内的光照面积，地理兴趣小组提出以下方案，其中最有效的是(　　)
(选择题11～16题，每小题4分，共24分)
(2023·安徽宣城期中)某开发商分别在北京(约40°N)和宣城(约31°N)开发了两个楼盘。两地均设计了朝向和楼高相同的户型，下图是“户型结构图”(图甲)和“楼盘规划设计图”(图乙)。据此完成11～12题。
11．位于宣城①栋(图乙)的住户一年中正午太阳光照射进客厅(图甲)内面积最大的时间最接近(　　)
A．元旦 B．劳动节 C．儿童节 D．国庆节
12．上级部门对两地小区楼盘规划设计图审批时，相同的设计在北京却没有通过，被要求修改，最终修改的方案可能是(　　)A．扩大东西楼的楼间距B．降低南侧楼房的高度C．缩小南北楼的楼间距D．降低北侧楼房的高度
(2024·山东青岛期末)我国某城市中学生结合观测资料，绘制出“该地二至日正午太阳光线示意图”，角α、β相差40°。据此完成13～14题。
13．该城市可能是(　　)A．海口 B．北京 C．南通 D．广州
14．该地正午太阳高度年变化幅度约为(　　)A．20° B．40° C．43.5° D．46.5°
天津王先生的家在一个高层建筑的二楼，令他烦恼的是，因为南楼遮挡，寒冬的正午直到1月16日阳光才能照射进阳台。朋友李先生家的顶楼阳台则没有这样的烦恼，但为了更好地晾晒衣服，李先生家的伸缩式晾衣架的高度在不同季节还需调整。据此回答15～16题。
15．王先生家的阳台正午时分每年没有阳光射入的时间大约为(　　)A．18天 B．36天 C．25天 D．50天
16．与上海的同等情况相比较，李先生家正午时悬挂晾衣架的绳索长度(　　)
A．冬季长，夏季短 B．冬季长，夏季长C．冬季短，夏季长 D．冬季短，夏季短
17．阅读材料，完成下列问题。(16分)
某校(北回归线以北)地理课外小组做了如下实践活动。如下图所示，在该校操场上竖立一垂直于地面的旗杆，杆高为h，OP为正午旗杆的影子，OM垂直于OP，测得OP长度为一年中最长，且为h·cot36.5°。(tan35°≈0.7，tan45°＝1，tan60°≈1.732)
(1)该小组测得当地纬度为________。(2分)
(2)在M楼楼顶上安装太阳能热水器，热水器集热板合理的倾角介于________和________之间。(4分)
(3)房地产开发商在M楼南建造了一幢商品住宅楼(如下图)，某户居民买到了M楼一层的一套房子，冬至日入住后发现正午前后太阳光线被南楼挡住。该房主准备以“争取采光权”向相关部门投诉，你认为他能胜诉吗？请从地理角度说明理由。(6分)
(4)此后半年内，当地正午太阳高度会如何变化？(4分)
答案　1.A　2.D
解析　第1题，春分日次日，太阳直射点由赤道北移，图示为我国某地，位于赤道以北，则正午太阳高度将变大，A项正确。第2题，图示为我国某地春分日正午太阳光线与头顶夹角示意图，则根据正午太阳光线与头顶的夹角可计算出此时的正午太阳高度为62°，此时太阳直射赤道，根据正午太阳高度的计算公式“正午太阳高度＝90°－纬度差”可知，当地的纬度为28°N；夏至日太阳直射北回归线(23.5°N)，代入公式计算可知，该地夏至日正午太阳高度是85.5°，D项正确。
答案　3.B　4.A
解析　第3题，读图可知，Ⅰ地最大正午太阳高度为90°，存在太阳直射现象，且二至日时正午太阳高度相同，说明其位于赤道上；Ⅱ地最大正午太阳高度为90°，其余时间正午太阳位于正南天空，应位于北回归线上，同理Ⅲ地位于南回归线上；Ⅳ地正午太阳高度大于0°的时段，正午太阳位于正南天空，且Ⅳ地出现极夜现象，因此应位于北极圈内，故Ⅱ、Ⅳ两地均位于北半球。故选B。第4题，由上题分析可知，Ⅱ、Ⅲ两地分别位于北回归线和南回归线上，均位于有太阳直射的最高纬度，一年仅有一次太阳直射现象。
甲楼阴影投在乙楼的层数明显增加，高于原来的1～3层。
甲楼阴影投在乙楼的层数将逐渐变小，甲楼影长变短，甚至遮挡不住乙楼。
太阳直射点的南北移动。
答案　1.D　2.A
解析　第1题，读图可知，集热板与地面夹角应与正午太阳高度角互余；当地纬度为44°N，最大正午太阳高度为90°－(44°－23.5°)＝69.5°，集热板与地面夹角最小值应为90°－69.5°＝20.5°；最小正午太阳高度为90°－(44°＋23.5°)＝22.5°，因此集热板与地面夹角最大值应为90°－22.5°＝67.5°。第2题，通过记录当日最短的竿影长度，才能根据竹竿和竿影的长度计算出当日正午太阳高度，进而根据正午太阳高度的计算公式计算出当日太阳直射点的纬度。
答案　1.D　2.A
解析　第1题，根据图中已知经线进行判断，①地的经度为90°W，位于西半球，A错误；根据地球自转方向可知，①地在昏线上，所以此刻太阳高度为0°，B错误；①地位于赤道上，自转线速度为1 670 km/h，C错误；此时晨昏线与经线重合，日期为春分日或秋分日，太阳直射赤道，因此①地该日正午太阳高度为90°，D正确。第2题，由上题可知，该日太阳直射赤道，全球正午太阳高度由赤道向南北两侧递减，赤道上正午太阳高度为90°，图中①②③纬度由低到高，因此该日正午太阳高度：①>②>③，A正确。
答案　3.D　4.D
解析　第3题，根据材料，箭头①②③代表二分二至日的正午太阳光线。据图可知，①正午太阳高度最大，为夏至日；③正午太阳高度最小，为冬至日；②为春、秋分日。正午平顶遮阳棚的影子达到最大时，即正午太阳高度最小时，正值当地的冬至日。第4题，由材料可知，该地位于浙江省，在北回归线以北地区。结合图示信息可知，箭头P指示的方位是北。
答案　5.B　6.B
解析　第5题，9月23日，太阳直射点位于赤道，当地纬度为33°N，所以当地的正午太阳高度为57°，图中H为正午太阳高度，所以H为57°，为使热水器有最好的效果，太阳能集热板要与正午太阳光线垂直，也就是图中的α与H互余，因此α为33°，故选B。第6题，为了最大限度接受太阳光照，太阳能热水器与地面的倾角(α)和正午太阳高度(H)始终保持互余的关系。当该地正午太阳高度最大的时候，时间为夏至日，活动支架最矮，B正确。
答案　7.D　8.B
解析　第7题，材料信息显示，该地位于南半球，昼长最长时，正午太阳高度最大，表明该地位于南回归线以南，正午太阳位于正北方，且为达到较好的遮阳效果，百叶和正午射入光线要始终保持垂直，故一年大部分时间百叶上面应朝北。第8题，材料信息显示，为达到较好的遮阳效果，百叶和正午射入光线要始终保持垂直(如下图)；再结合上题分析，该地位于南回归线以南，百叶与地面的夹角和当地的正午太阳高度是互余关系。因此当该地百叶与地面夹角最大时，当地的正午太阳高度最小，应为6月22日前后。故选B。
答案　9.B　10.B
解析　第9题，冬至日该中学所在地的正午太阳高度＝90°－(29.5°＋23.5°)＝37°，根据tan37°计算冬至日正午太阳光线可以照进教室内的范围约是3.2米。故选B。第10题，采光窗置于原侧窗下方不能获得良好的采光效果，排除C；只增加采光窗的效果比不上增加采光窗与反光板的效果，排除D；夏季太阳高度较高的光线可以被室外反光板直接阻挡，对原侧窗起到遮阳作用，同时，室外反光板可以通过高处增加的采光窗将太阳光反射到室内天花板，改善了室内深处的采光条件；冬季太阳高度小，太阳光可以直接进入室内，以增加室内所需的热量。故选B。
答案　11.A　12.B
解析　第11题，正午太阳高度越小，房屋内太阳光照射面积越大；宣城位于北半球，冬至日(12月22日前后)正午太阳高度最小，正午太阳光照射进客厅内的面积最大。选项中，元旦距离冬至日最近。故选A。第12题，北京纬度较宣城高，冬至日正午太阳高度较小，影子较长，因此应扩大南北楼的楼间距，A、C错；正午太阳位于正南方，因此应降低南侧楼房的高度，B正确、D错。
答案　13.A　14.C
解析　第13题，图中的正午太阳光线在二至日分别从正南和正北照射而来，当太阳直射点位置在当地以北时，正午太阳方位是正北；当太阳直射点位置在当地以南时，正午太阳方位是正南。我国该城市在夏至日时正午太阳方位在正北，在冬至日时正午太阳方位在正南，说明该城市位于南北回归线之间，四个选项中只有海口在南北回归线之间，A正确。第14题，根据正午太阳高度计算公式以及角α、β相差40°计算可得，海口纬度约为20°N，最大正午太阳高度为90°。冬至日时达到海口年内最小正午太阳高度，冬至日正午太阳高度＝90°－(23.5°＋20°)＝46.5°，故该地正午太阳高度年变化幅度约为90°－46.5°＝43.5°，C正确。
答案　15.D　16.D
解析　第15题，正午太阳高度越小，南楼产生的影子越长，北楼被遮挡的时间越长。由材料分析可知，王先生家在冬季的正午直到1月16日阳光才能照射进阳台；根据太阳直射点的回归运动可知，12月22日前后，太阳直射南回归线，天津正午太阳高度最小，之后逐渐变大，1月16日距离12月22日相差25日，在12月22日之前的25天内，也没有阳光照射进王先生家的阳台，即一共50天左右。第16题，上海的纬度较天津低，因此冬季和夏季的正午太阳高度都较天津的大，物体影子较短，室内光照面积较小，所以在晾晒衣物时，相同情况下晾衣竿的高度可以低一点，绳索则需要长一点，因此，天津李先生家正午时悬挂晾衣架的绳索长度较短。
答案　(1)北纬30°(或30°N)　(2)6.5°　53.5°
(3)能。由材料中OP长度为一年中最长且为h·cot36.5°，可知该地冬至日正午太阳高度为36.5°，与35°最为接近，根据南楼高69 m和tan35°≈0.7，可计算出楼间距最少约为98.6 m。
(4)此日当地正午太阳高度为一年中最小值，此后逐渐变大，半年后当地正午太阳高度达到一年中的最大值。
(
1
)

展开更多......

收起↑