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第二节　地球的公转
第1课时　公转特征和正午太阳高度的变化
1．结合图示，描述地球公转的方向、轨道、周期和速度。
2．理解黄赤交角及其影响，掌握太阳直射点的移动规律。
3．结合实例，说明正午太阳高度的纬度和季节变化规律，分析其对人们生产的影响。
一、地球公转
1．轨道
地球绕太阳运行叫作公转，其路径称为________。
2．特点
(1)公转轨道：近似正圆的椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。
(2)方向：________，与地球自转方向相同。
(3)周期：为______________________，即一个恒星年。
(4)速度
位置 公转位置 时间 公转速度
A点 近日点 1月初 较快
B点 远日点 7月初 较慢
　在下图中，用箭头示意地球公转方向。
二、黄赤交角及其影响
1．定义：黄道面与赤道面之间的____。
2．角度关系
(1)地轴总是与赤道面____，地轴与黄道面之间的夹角约__________，与黄赤交角二者互余。
(2)南北回归线的度数＝黄赤交角的度数；南北极圈度数＝90°－黄赤交角度数。
3．影响：引起太阳直射点在南北回归线之间________，并且有如下规律：
太阳直射点在南北回归线之间往返运动的周期为________________________，叫作一个回归年。
　如何区分近、远日点和冬、夏至日？
三、正午太阳高度的变化
1．太阳高度
(1)概念：太阳光线与______之间的夹角(即太阳在当地的仰角)，叫作太阳高度角，简称太阳高度(如图1所示)。
图1　太阳高度角示意图　　　图2　正午太阳高度图
(2)大小：在太阳直射点上，太阳高度为______；在晨昏线(圈)上，太阳高度为____。
(3)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2所示)。
2．变化规律
(1)正午太阳高度的空间(纬度)变化规律
二分二至日正午太阳高度分布示意图
①夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧____，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。
④由上述可归纳出，正午太阳高度由__________所在纬度向南北两侧递减。
(2)正午太阳高度的时间(季节)变化规律(以北半球为例)
把下列节气与其正午太阳高度的最大值地区和最小值地区进行连线。
　 判断下列说法的正误。
(1)地球位于近日点时，北半球是夏季；地球位于远日点时，北半球是冬季。 (　　)
(2)春分日和秋分日的黄赤交角为零。 (　　)
(3)同一日期，地球上正午太阳高度相等的地区都在同一纬线上。 (　　)
(4)夏至日时，北回归线及其以北地区正午太阳高度达到一年中的最大值，达到一年中最小值的纬度范围是南回归线及其以南地区。 (　　)
黄赤交角及其影响
美国某杂志发表了一项研究报告，该报告指出：在地球形成初期，一颗偏离正轨的年轻恒星接近太阳，这颗恒星牵引正在形成之中的地球，最终使地球轨道与太阳轨道之间形成一个倾斜角。这个倾斜角就是黄赤交角，它影响太阳直射的范围，对地球的自然地理环境产生了巨大的影响。
问题1　(区域认知)在下图中标出黄道平面、赤道平面和黄赤交角的数值，用标注有太阳直射现象的范围。
问题2　(地理实践力)在下图中画出太阳直射点回归运动的曲线图。
问题3　(综合思维)若黄赤交角变为24.5°，太阳直射的范围将会如何变化？
1．黄赤交角的特点
黄赤交角是地球的自转轨道平面和公转轨道平面的夹角，其本质是一个面面角，其在静止和绕日的运动中具有不同的特点，具体如下：
(1)静态特征：一轴、两面、三角度
特点 含义
一轴 地轴 自转轴，与赤道面垂直
两面 黄道面 地球公转的轨道面
赤道面 地球自转的平面，与地轴垂直
三角度 黄赤交角 黄道面与赤道面的夹角约为23.5°
地轴与黄道面夹角 与黄赤交角互余，约为66.5°
地轴与赤道面夹角 90°
(2)动态特征：两个变、三个基本不变
特点 含义
两个变 黄道面与赤道面的交线 地球的公转过程中
地轴与太阳光线的相对位置
三个基 本不变 地轴的空间指向，地轴始终指向北极星附近
黄赤交角的大小，基本保持23.5°
地球的运动方向
2．黄赤交角的影响
(1)决定太阳直射点在南北回归线之间的回归运动，太阳直射点的移动规律如下图所示：
(2)决定回归线和极圈的纬度
黄赤交角的度数＝南、北回归线的纬度。
极圈的纬度＝90°－黄赤交角的度数。
3．黄赤交角变化的影响
当黄赤交角变化时，回归线和极圈的度数就发生相应变化，从而引起直射点移动范围和五带范围的变化。其变化规律如下表所示：
黄赤交角 扩大 缩小
五带范围 热带 扩大 缩小
温带 缩小 扩大
寒带 扩大 缩小
地球公转轨道示意图的判读技巧
地球公转轨道示意图的判读要注意看以下五个信息：
(1)看太阳位置：太阳位于椭圆右焦点，最右侧为近日点，最左侧为远日点。
(2)看地球极点：地球北极点在图中上端，或者俯视北极，地球公转方向为逆时针方向；地球南极点在图中下端，或者俯视南极，地球公转方向为顺时针方向。
(3)看自转方向：地球自转与公转方向都是自西向东，若地球呈逆时针方向自转，公转方向也是逆时针方向，相反则皆为顺时针方向。
(4)看地轴倾向：地轴北段“右倾右冬、左倾左冬”，若地轴北段朝上且向右倾斜，则地球公转至右侧位置时为北半球冬季，公转到左侧时为北半球夏季。
(5)看直射点纬度：直射地球的太阳光线沿黄道平面穿过地心，将太阳中心与地球中心相连，与地面的交点即太阳直射点，可以判断太阳直射点所在的纬线，从而区分冬季与夏季。
1．读地球公转的二分二至日图，回答(1)～(2)题。
(1)图中字母C所代表的节气是(　　)
A．春分 B．秋分
C．冬至 D．夏至
(2)下列有关我国国庆节前后太阳直射点和地球公转速度的叙述，正确的是(　　)
A．地球公转到AB之间，且速度减慢
B．地球公转到BC之间，太阳直射点在北半球
C．地球公转到CD之间，且速度逐渐加快
D．地球公转到DA之间，太阳直射点在南半球
正午太阳高度的变化
所谓采光权，通常是指房屋的所有人或使用人享有从室外取得适度光源的权利，比日照范围更大。依据相关规定，我国大城市南北向住宅建筑日照应满足冬至日≥1小时的标准建设。
问题1　(综合思维)为什么我国日照时间最低标准以冬至日为标准，而不是夏至日？
问题2　(人地协调观)参照以上标准，建筑同样高度的南北楼房，北京和长沙哪个城市楼间距应更大，理由是什么？
问题3　(区域认知)同样情况下，北京和长沙两城市居民楼在冬至日正午时，哪个室内太阳光照面积更大？
1．正午太阳高度的纬度变化规律
正午太阳高度由太阳直射点向南、北两侧递减。二分二至日的正午太阳高度纬度变化如下图所示：
夏至日 正午太阳高度由北回归线向南、北两侧递减
冬至日 正午太阳高度由南回归线向南、北两侧递减
春、秋分日 正午太阳高度由赤道向南、北两侧递减
2．正午太阳高度的季节变化规律
(1)递变规律：近大远小，来增去减(直射点向本地所在纬线移来，则正午太阳高度增大，移去则减小)
(2)极值
北回归线及其以北地区 一年有一次最大值(6月22日前后)，一次最小值(12月22日前后)
南回归线及其以南地区 一年有一次最大值(12月22日前后)，一次最小值(6月22日前后)
南、北回归线之间(除赤道外) 一年有两次最大值(太阳直射时最大)，一次最小值(南半球出现在6月22日前后，北半球出现在12月22日前后)
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)
3．正午太阳高度的年变化规律
(1)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°。
(2)南回归线至南极圈之间和北回归线至北极圈之间：各纬度正午太阳高度变化幅度相同(均为47°)。
(3)南极圈以南和北极圈以北：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°。
4．正午太阳高度的应用
(1)确定地方时
当某地太阳高度达到一天中最大值时，地方时是正午12时。
(2)判断所在地区的纬度
当太阳直射点位置一定时，如果已知当地的正午太阳高度，就可以根据“某地与太阳直射点相差多少纬度，正午太阳高度就相差多少度”的规律，求出当地的地理纬度。
(3)确定房屋的朝向
为了获得最充足的太阳光照，各地房屋应朝向正午时太阳的方位。北回归线以北的地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；南回归线以南的地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
(4)判断正午日影长短及方向
①正午是一天中日影最短的时刻。正午太阳高度越大，日影越短；反之，日影越长。太阳直射点上，物体的影长缩短为0；我国大部分地区，冬至日日影最长，夏至日日影最短。
②日影永远朝向背离太阳的方向，如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)。
(5)计算楼间距、楼高
为了保证一楼全年都有阳光照射，北回归线以北地区建造楼房时，两楼之间的最短距离应大于L(L＝h·cot φ，φ为冬至日正午太阳高度)。
(6)计算热水器的安装角度
太阳能集热板与地面之间的夹角(α)和当天正午太阳高度(φ)互余，如图，α＋φ＝90°时效果最佳。
正午太阳高度(H)的计算方法
公式：H＝90°－两点纬度差
“两点”指观测点、太阳直射点。若两点同在北(南)半球，两点纬度差为大数减去小数；若两点分属于南北不同半球，两点纬度差为两点的纬度之和。
如下图所示：
当太阳直射B点(10°N)时，A点(30°N)正午太阳高度是：HA＝90°－(A－B)＝90°－(30°－10°)＝70°
当太阳直射B点(10°N)时，C点(23.5°S)正午太阳高度是：HC＝90°－(B＋C)＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°
将公式“H＝90°－两点纬度差”移项后为“90°－H＝两点纬度差”，即：直射点与观测点的正午太阳高度差，等于两点的纬度差。
2．下图为北半球某地正午太阳高度年变化示意图。读图，完成(1)～(2)题。
(1)根据该地正午太阳高度年变化规律，判断该地点可能位于(　　)
A．北温带 B．南温带
C．0°～23.5°N D．0°～23.5°S
(2)图中最接近春分日的是(　　)
A．① B．②
C．③ D．④
1．地球公转是指地球围绕太阳的运动，运动方向自西向东，运动周期是一个恒星年(即365日6时9分10秒)，近日点运动速度较快，远日点运动速度较慢。 2．地球公转轨道面(黄道面)与赤道面之间存在夹角，称为黄赤交角。目前黄赤交角约23.5°。 3．由于黄赤交角的存在，地球在公转运动过程中，太阳直射点在南北回归线之间以一个回归年(365日5时48分46秒)为周期往返运动，并引起正午太阳高度等的周年变化。 4．就纬度分布而言，正午太阳高度在春秋二分日、夏至日、冬至日分别自赤道、北回归线、南回归线向南北两侧递减。就季节分布而言，在北回归线及其以北的纬度带，正午太阳高度夏至日达到最大值，冬至日达到最小值；南回归线及其以南的纬度带则相反。
题组1　地球公转
下图是地球公转的轨道示意图，图中甲、乙、丙、丁四点将轨道均匀分成四等份。读图，回答1～2题。
1．地球在公转轨道上运动所用时间最少的一段是(　　)
A．甲→乙 B．乙→丙
C．丙→丁 D．丁→甲
2．每年的11月11日，地球在公转轨道的位置距甲、乙、丙、丁四点最近的是(　　)
A．甲点 B．乙点
C．丙点 D．丁点
题组2　黄赤交角及其影响
读图，完成3～4题。
3．图中代表黄赤交角的数据是(　　)
A．①　 B．②
C．③ D．④
4．当太阳直射点位于图中P点时，北半球的节气应是(　　)
A．春分 B．夏至
C．秋分 D．冬至
题组3　正午太阳高度的变化
(生活中的地理)目前，我国许多城市在红绿灯前人行道上设置了既能遮阳又能避雨的避阳棚，得到了许多市民的赞许。据此回答5～6题。
5．遮阳效果最好的季节是(　　)
A．春季 B．夏季
C．秋季 D．冬季
6．下列城市，一年中有可能出现棚影全部遮挡遮阳棚区域的是(　　)
A．长春 B．杭州
C．重庆 D．海口
[教材活动点拨]
教材P12活动
1．北半球每年夏半年，地球在公转轨道的远日点一方，公转速度较慢；冬半年，地球在公转轨道的近日点一方，公转速度较快，因此北半球夏半年比冬半年多出7天。
2．这是真的。一年中，太阳直射点在南、北回归线之间往返移动，6、7月太阳直射点移动到北回归线附近，7月初到达远日点附近，此时北半球正值夏季，因为太阳此时的直射点在北半球，北半球获得的热量多，气温高，而此时南半球是冬季；1月初正好相反。
因为我们国家处于北半球，所以站在北半球的立场上看，近日点冷，远日点热。如果生活在南半球，就会有相反的感觉。
其他的影响因素：黄赤交角。
教材P14活动
1．(1)如下图所示：
(2)春分日至秋分日太阳直射北半球，秋分日至次年春分日太阳直射南半球。春分日至夏至日和冬至日至次年春分日太阳直射点向北移动，夏至日至冬至日，太阳直射点向南移动。
2．秋分日至次年春分日的时段太阳直射点位于南半球，对于赤道与北回归线之间的地区来说，此段时期正午太阳一直位于正南，影子一直位于正北。而在春分日至秋分日期间，太阳直射点在赤道与北回归线之间移动，该地区被直射前后没有影长或影长很短，无法操作。
教材P15～16活动
1．
2．利用教材第9～10页活动得出a、b值，然后利用数学公式进行计算：tan H＝b/a，得出结论正午太阳高度H＝arctan(b/a)。
3．(1)正午太阳高度的通用公式：H＝90°－|φ±δ|(φ为当地地理纬度，δ为太阳直射点纬度)
当太阳直射点与当地位于不同半球时，用“＋”；当两地位于同一半球时，用“－”。
求证过程如下：
图1　　　　　　　　　图2
图1中H＝90°－α＝90°－β＝90°－|φ－δ|，
图2中H＝90°－α＝90°－β＝90°－|φ＋δ|。
(2)
地点 纬度 正午太阳高度
夏至日 春分日、秋分日 冬至日
北京 约40°N 73.5° 50° 26.5°
海口 约20°N 86.5° 70° 46.5°
(3)略。
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第1课时　公转特征和正午太阳高度的变化
1．结合图示，描述地球公转的方向、轨道、周期和速度。
2．理解黄赤交角及其影响，掌握太阳直射点的移动规律。
3．结合实例，说明正午太阳高度的纬度和季节变化规律，分析其对人们生产的影响。
一、地球公转
1．轨道
地球绕太阳运行叫作公转，其路径称为公转轨道。
2．特点
(1)公转轨道：近似正圆的椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。
(2)方向：自西向东，与地球自转方向相同。
(3)周期：为365日6时9分10秒，即一个恒星年。
(4)速度
位置 公转位置 时间 公转速度
A点 近日点 1月初 较快
B点 远日点 7月初 较慢
　在下图中，用箭头示意地球公转方向。
[提示]　逆时针方向。
二、黄赤交角及其影响
1．定义：黄道面与赤道面之间的夹角。
2．角度关系
(1)地轴总是与赤道面垂直，地轴与黄道面之间的夹角约66.5°，与黄赤交角二者互余。
(2)南北回归线的度数＝黄赤交角的度数；南北极圈度数＝90°－黄赤交角度数。
3．影响：引起太阳直射点在南北回归线之间往返运动，并且有如下规律：
太阳直射点在南北回归线之间往返运动的周期为365日5时48分46秒，叫作一个回归年。
　如何区分近、远日点和冬、夏至日？
[提示]　时间上的区别：近日点为1月初，冬至日为12月22日左右；远日点为7月初，夏至日为6月22日左右。
在公转轨道上的区别：近日点的位置较冬至日靠东，远日点的位置较夏至日靠东。
三、正午太阳高度的变化
1．太阳高度
(1)概念：太阳光线与地平面之间的夹角(即太阳在当地的仰角)，叫作太阳高度角，简称太阳高度(如图1所示)。
图1　太阳高度角示意图　　　图2　正午太阳高度图
(2)大小：在太阳直射点上，太阳高度为90°；在晨昏线(圈)上，太阳高度为0°。
(3)正午太阳高度：一天中太阳高度最大值出现在正午，称为正午太阳高度(如图2所示)。
2．变化规律
(1)正午太阳高度的空间(纬度)变化规律
二分二至日正午太阳高度分布示意图
①夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减，如图中c折线所示。
②冬至日：正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减，如图中a折线所示。
③春、秋分日：正午太阳高度由赤道向南北两侧递减，如图中b折线所示。
④由上述可归纳出，正午太阳高度由太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。
(2)正午太阳高度的时间(季节)变化规律(以北半球为例)
把下列节气与其正午太阳高度的最大值地区和最小值地区进行连线。
　 判断下列说法的正误。
(1)地球位于近日点时，北半球是夏季；地球位于远日点时，北半球是冬季。 (　　)
(2)春分日和秋分日的黄赤交角为零。 (　　)
(3)同一日期，地球上正午太阳高度相等的地区都在同一纬线上。 (　　)
(4)夏至日时，北回归线及其以北地区正午太阳高度达到一年中的最大值，达到一年中最小值的纬度范围是南回归线及其以南地区。 (　　)
[提示]　(1)×　每年1月初，地球处于近日点附近，为北半球的冬季；7月初，地球处于远日点附近，为北半球的夏季。
(2)×　地球公转时，地轴的空间指向保持不变，因此黄赤交角的大小不因季节而变化。
(3)×　同一日期，地球上总有两条纬线上的正午太阳高度相等，并以太阳直射纬线为中心南北对称分布。
(4)×　夏至日时，正午太阳高度达到一年中最小值的纬度范围是南半球。
黄赤交角及其影响
美国某杂志发表了一项研究报告，该报告指出：在地球形成初期，一颗偏离正轨的年轻恒星接近太阳，这颗恒星牵引正在形成之中的地球，最终使地球轨道与太阳轨道之间形成一个倾斜角。这个倾斜角就是黄赤交角，它影响太阳直射的范围，对地球的自然地理环境产生了巨大的影响。
问题1　(区域认知)在下图中标出黄道平面、赤道平面和黄赤交角的数值，用标注有太阳直射现象的范围。
[提示]　
问题2　(地理实践力)在下图中画出太阳直射点回归运动的曲线图。
[提示]　
问题3　(综合思维)若黄赤交角变为24.5°，太阳直射的范围将会如何变化？
[提示]　太阳直射点在24.5°N～24.5°S之间移动，太阳直射的范围将变大。
1．黄赤交角的特点
黄赤交角是地球的自转轨道平面和公转轨道平面的夹角，其本质是一个面面角，其在静止和绕日的运动中具有不同的特点，具体如下：
(1)静态特征：一轴、两面、三角度
特点 含义
一轴 地轴 自转轴，与赤道面垂直
两面 黄道面 地球公转的轨道面
赤道面 地球自转的平面，与地轴垂直
三角度 黄赤交角 黄道面与赤道面的夹角约为23.5°
地轴与黄道面夹角 与黄赤交角互余，约为66.5°
地轴与赤道面夹角 90°
(2)动态特征：两个变、三个基本不变
特点 含义
两个变 黄道面与赤道面的交线 地球的公转过程中
地轴与太阳光线的相对位置
三个基 本不变 地轴的空间指向，地轴始终指向北极星附近
黄赤交角的大小，基本保持23.5°
地球的运动方向
2．黄赤交角的影响
(1)决定太阳直射点在南北回归线之间的回归运动，太阳直射点的移动规律如下图所示：
(2)决定回归线和极圈的纬度
黄赤交角的度数＝南、北回归线的纬度。
极圈的纬度＝90°－黄赤交角的度数。
3．黄赤交角变化的影响
当黄赤交角变化时，回归线和极圈的度数就发生相应变化，从而引起直射点移动范围和五带范围的变化。其变化规律如下表所示：
黄赤交角 扩大 缩小
五带范围 热带 扩大 缩小
温带 缩小 扩大
寒带 扩大 缩小
地球公转轨道示意图的判读技巧
地球公转轨道示意图的判读要注意看以下五个信息：
(1)看太阳位置：太阳位于椭圆右焦点，最右侧为近日点，最左侧为远日点。
(2)看地球极点：地球北极点在图中上端，或者俯视北极，地球公转方向为逆时针方向；地球南极点在图中下端，或者俯视南极，地球公转方向为顺时针方向。
(3)看自转方向：地球自转与公转方向都是自西向东，若地球呈逆时针方向自转，公转方向也是逆时针方向，相反则皆为顺时针方向。
(4)看地轴倾向：地轴北段“右倾右冬、左倾左冬”，若地轴北段朝上且向右倾斜，则地球公转至右侧位置时为北半球冬季，公转到左侧时为北半球夏季。
(5)看直射点纬度：直射地球的太阳光线沿黄道平面穿过地心，将太阳中心与地球中心相连，与地面的交点即太阳直射点，可以判断太阳直射点所在的纬线，从而区分冬季与夏季。
1．读地球公转的二分二至日图，回答(1)～(2)题。
(1)图中字母C所代表的节气是(　　)
A．春分 B．秋分
C．冬至 D．夏至
(2)下列有关我国国庆节前后太阳直射点和地球公转速度的叙述，正确的是(　　)
A．地球公转到AB之间，且速度减慢
B．地球公转到BC之间，太阳直射点在北半球
C．地球公转到CD之间，且速度逐渐加快
D．地球公转到DA之间，太阳直射点在南半球
(1)D　(2)D　[第(1)题，根据太阳直射点的位置判断，A、B、C、D依次为北半球冬至日、春分日、夏至日、秋分日。第(2)题，我国国庆节(10月1日)地球公转到秋分到冬至之间，太阳直射点在南半球，且公转速度在逐渐加快。]
正午太阳高度的变化
所谓采光权，通常是指房屋的所有人或使用人享有从室外取得适度光源的权利，比日照范围更大。依据相关规定，我国大城市南北向住宅建筑日照应满足冬至日≥1小时的标准建设。
问题1　(综合思维)为什么我国日照时间最低标准以冬至日为标准，而不是夏至日？
[提示]　我国位于北半球，冬至日正午太阳高度最小，楼房的影子最长。以冬至日为最低标准，则其他日期日照时间均大于1小时。
问题2　(人地协调观)参照以上标准，建筑同样高度的南北楼房，北京和长沙哪个城市楼间距应更大，理由是什么？
[提示]　北京。北京和长沙相比，北京纬度高，正午太阳高度小，因此楼房影子更长，为保证采光，北京楼房的楼间距应更大。
问题3　(区域认知)同样情况下，北京和长沙两城市居民楼在冬至日正午时，哪个室内太阳光照面积更大？
[提示]　北京纬度高，正午太阳高度小，因此室内的太阳光照面积更大。
1．正午太阳高度的纬度变化规律
正午太阳高度由太阳直射点向南、北两侧递减。二分二至日的正午太阳高度纬度变化如下图所示：
夏至日 正午太阳高度由北回归线向南、北两侧递减
冬至日 正午太阳高度由南回归线向南、北两侧递减
春、秋分日 正午太阳高度由赤道向南、北两侧递减
2．正午太阳高度的季节变化规律
(1)递变规律：近大远小，来增去减(直射点向本地所在纬线移来，则正午太阳高度增大，移去则减小)
(2)极值
北回归线及其以北地区 一年有一次最大值(6月22日前后)，一次最小值(12月22日前后)
南回归线及其以南地区 一年有一次最大值(12月22日前后)，一次最小值(6月22日前后)
南、北回归线之间(除赤道外) 一年有两次最大值(太阳直射时最大)，一次最小值(南半球出现在6月22日前后，北半球出现在12月22日前后)
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)
3．正午太阳高度的年变化规律
(1)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°。
(2)南回归线至南极圈之间和北回归线至北极圈之间：各纬度正午太阳高度变化幅度相同(均为47°)。
(3)南极圈以南和北极圈以北：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°。
4．正午太阳高度的应用
(1)确定地方时
当某地太阳高度达到一天中最大值时，地方时是正午12时。
(2)判断所在地区的纬度
当太阳直射点位置一定时，如果已知当地的正午太阳高度，就可以根据“某地与太阳直射点相差多少纬度，正午太阳高度就相差多少度”的规律，求出当地的地理纬度。
(3)确定房屋的朝向
为了获得最充足的太阳光照，各地房屋应朝向正午时太阳的方位。北回归线以北的地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；南回归线以南的地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
(4)判断正午日影长短及方向
①正午是一天中日影最短的时刻。正午太阳高度越大，日影越短；反之，日影越长。太阳直射点上，物体的影长缩短为0；我国大部分地区，冬至日日影最长，夏至日日影最短。
②日影永远朝向背离太阳的方向，如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)。
(5)计算楼间距、楼高
为了保证一楼全年都有阳光照射，北回归线以北地区建造楼房时，两楼之间的最短距离应大于L(L＝h·cot φ，φ为冬至日正午太阳高度)。
(6)计算热水器的安装角度
太阳能集热板与地面之间的夹角(α)和当天正午太阳高度(φ)互余，如图，α＋φ＝90°时效果最佳。
正午太阳高度(H)的计算方法
公式：H＝90°－两点纬度差
“两点”指观测点、太阳直射点。若两点同在北(南)半球，两点纬度差为大数减去小数；若两点分属于南北不同半球，两点纬度差为两点的纬度之和。
如下图所示：
当太阳直射B点(10°N)时，A点(30°N)正午太阳高度是：HA＝90°－(A－B)＝90°－(30°－10°)＝70°
当太阳直射B点(10°N)时，C点(23.5°S)正午太阳高度是：HC＝90°－(B＋C)＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°
将公式“H＝90°－两点纬度差”移项后为“90°－H＝两点纬度差”，即：直射点与观测点的正午太阳高度差，等于两点的纬度差。
2．下图为北半球某地正午太阳高度年变化示意图。读图，完成(1)～(2)题。
(1)根据该地正午太阳高度年变化规律，判断该地点可能位于(　　)
A．北温带 B．南温带
C．0°～23.5°N D．0°～23.5°S
(2)图中最接近春分日的是(　　)
A．① B．②
C．③ D．④
(1)C　(2)A　[第(1)题，由图可知，该地有两次太阳直射现象且位于北半球，确定其位于0°～23.5°N。第(2)题，④时该地正午太阳高度最小，应为冬至日，②时为夏至日，①时最接近春分日。]
1．地球公转是指地球围绕太阳的运动，运动方向自西向东，运动周期是一个恒星年(即365日6时9分10秒)，近日点运动速度较快，远日点运动速度较慢。 2．地球公转轨道面(黄道面)与赤道面之间存在夹角，称为黄赤交角。目前黄赤交角约23.5°。 3．由于黄赤交角的存在，地球在公转运动过程中，太阳直射点在南北回归线之间以一个回归年(365日5时48分46秒)为周期往返运动，并引起正午太阳高度等的周年变化。 4．就纬度分布而言，正午太阳高度在春秋二分日、夏至日、冬至日分别自赤道、北回归线、南回归线向南北两侧递减。就季节分布而言，在北回归线及其以北的纬度带，正午太阳高度夏至日达到最大值，冬至日达到最小值；南回归线及其以南的纬度带则相反。
题组1　地球公转
下图是地球公转的轨道示意图，图中甲、乙、丙、丁四点将轨道均匀分成四等份。读图，回答1～2题。
1．地球在公转轨道上运动所用时间最少的一段是(　　)
A．甲→乙 B．乙→丙
C．丙→丁 D．丁→甲
2．每年的11月11日，地球在公转轨道的位置距甲、乙、丙、丁四点最近的是(　　)
A．甲点 B．乙点
C．丙点 D．丁点
1．A　2．A 　[第1题，从图中可以看出，P点表示地球在近日点附近。甲、乙、丙、丁四点将地球公转的轨道均匀分成四等份，根据图中太阳的位置可以判定甲→乙段地球经过近日点，运动速度较快，用时较少。第2题，11月11日地球在秋分日后大约一个半月，故应靠近甲点。]
题组2　黄赤交角及其影响
读图，完成3～4题。
3．图中代表黄赤交角的数据是(　　)
A．①　 B．②
C．③ D．④
4．当太阳直射点位于图中P点时，北半球的节气应是(　　)
A．春分 B．夏至
C．秋分 D．冬至
3．A　4．B　[第3题，地球公转轨道面为黄道面，过地心并与地轴垂直的平面为赤道面，地球在公转的过程中北端总是指向北极星附近，导致黄道面和赤道面之间存在一个交角，即黄赤交角，为图中的①，其度数目前约是23.5°。第4题，图中地球公转轨道面与赤道面的交角①是黄赤交角，P点是地球公转轨道面位于赤道面最北的点，即位于北回归线上，当太阳直射点位于图中P点时，北半球的节气应是夏至。]
题组3　正午太阳高度的变化
(生活中的地理)目前，我国许多城市在红绿灯前人行道上设置了既能遮阳又能避雨的避阳棚，得到了许多市民的赞许。据此回答5～6题。
5．遮阳效果最好的季节是(　　)
A．春季 B．夏季
C．秋季 D．冬季
6．下列城市，一年中有可能出现棚影全部遮挡遮阳棚区域的是(　　)
A．长春 B．杭州
C．重庆 D．海口
5．B　6．D　[第5题，我国许多城市夏季正午太阳高度较大，阳光照入棚内的面积较小；冬季正午太阳高度较小，阳光照入棚内的面积较大，因此遮阳棚夏季发挥作用最强，遮阳效果最好。故选B。第6题，棚影全部遮挡遮阳棚区域说明该地出现了太阳直射现象。海口位于20°N，一年有两次太阳直射现象。故选D。]
[教材活动点拨]
教材P12活动
1．北半球每年夏半年，地球在公转轨道的远日点一方，公转速度较慢；冬半年，地球在公转轨道的近日点一方，公转速度较快，因此北半球夏半年比冬半年多出7天。
2．这是真的。一年中，太阳直射点在南、北回归线之间往返移动，6、7月太阳直射点移动到北回归线附近，7月初到达远日点附近，此时北半球正值夏季，因为太阳此时的直射点在北半球，北半球获得的热量多，气温高，而此时南半球是冬季；1月初正好相反。
因为我们国家处于北半球，所以站在北半球的立场上看，近日点冷，远日点热。如果生活在南半球，就会有相反的感觉。
其他的影响因素：黄赤交角。
教材P14活动
1．(1)如下图所示：
(2)春分日至秋分日太阳直射北半球，秋分日至次年春分日太阳直射南半球。春分日至夏至日和冬至日至次年春分日太阳直射点向北移动，夏至日至冬至日，太阳直射点向南移动。
2．秋分日至次年春分日的时段太阳直射点位于南半球，对于赤道与北回归线之间的地区来说，此段时期正午太阳一直位于正南，影子一直位于正北。而在春分日至秋分日期间，太阳直射点在赤道与北回归线之间移动，该地区被直射前后没有影长或影长很短，无法操作。
教材P15～16活动
1．
2．利用教材第9～10页活动得出a、b值，然后利用数学公式进行计算：tan H＝b/a，得出结论正午太阳高度H＝arctan(b/a)。
3．(1)正午太阳高度的通用公式：H＝90°－|φ±δ|(φ为当地地理纬度，δ为太阳直射点纬度)
当太阳直射点与当地位于不同半球时，用“＋”；当两地位于同一半球时，用“－”。
求证过程如下：
图1　　　　　　　　　图2
图1中H＝90°－α＝90°－β＝90°－|φ－δ|，
图2中H＝90°－α＝90°－β＝90°－|φ＋δ|。
(2)
地点 纬度 正午太阳高度
夏至日 春分日、秋分日 冬至日
北京 约40°N 73.5° 50° 26.5°
海口 约20°N 86.5° 70° 46.5°
(3)略。
课时分层作业(三)　公转特征和正午太阳高度的变化
登封观星台(约34°N，113°E)是中国现存最早的古天文台建筑。观星台上有两间小屋，小屋之间有一横梁，台下正北方有一“长堤”(如图1)，每天正午，横梁的影子会投在“长堤”上，利用它可以了解四季变化。据此完成1～2题。
1．当地球由甲处向丁处运动期间，正午时横梁在“长堤”上的投影逐日移动方向为(　　)
A．东 B．西
C．南 D．北
2．若黄赤交角变小，则夏至日该地正午时横梁在“长堤”上投影的位置有何变化(　　)
A．向北移 B．向南移
C．向东北移动 D．向西北移动
1．C　2．A　[第1题，读图2，当地球由甲处向丁处(从春分日到夏至日)运动期间，太阳直射点由赤道向北回归线移动，登封位于北回归线以北，此时北半球正午太阳高度变大，正午日影变短，且日影正午朝北，因此投影往南移动。第2题，若黄赤交角变小，北回归线的纬度变低，登封位于北回归线以北，正午太阳高度与直射点和所求点之间的纬度差互余，因此该地最大的正午太阳高度变小，投影变长，位置向北移。]
下图为某地天文爱好者在一天中连续拍摄的太阳视运动轨迹，拍摄日期为北半球夏至日，且M位于正南。读图，完成3～4题。
3．拍摄地点可能位于(　　)
A．23.5°S以南 B．23.5°S以北
C．23.5°N以南 D．23.5°N以北
4．此时，地球位于下图公转轨道的(　　)
A．M点 B．N点
C．近日点 D．远日点
3．D　4．A　[第3题，由材料可知，该地夏至日正午太阳位于正南方，故太阳直射点位于该地南方，该地应位于北回归线以北。第4题，夏至日地球位于远日点附近，正接近远日点。]
读图，完成5～6题。
5．PQ表示地球公转轨道上的两个特殊点，则图中字母L和S代表的角的度数为(　　)
A．20° B．23.5°
C．30° D．66.5°
6．PQ表示地球公转轨道上的两个特殊点，地球越过Q点后的一段时间内，太阳直射点(　　)
A．在北半球向南移动 B．在南半球向北移动
C．在北半球向北移动 D．在南半球向南移动
5．B　6．B　[第5题，读图可知，P位置时太阳直射北回归线，Q位置时太阳直射南回归线，L和S代表的角度即为黄赤交角的大小，为23.5°，故选B。第6题，Q位置时太阳直射南回归线，地球越过Q点后的一段时间内，太阳直射点在南半球并向北移动，至春分日太阳直射赤道，故选B。]
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7～8 题。
7．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
8．图中地面上箭头P指示的方位是(　　)
A．东 B．南
C．西 D．北
7．B　8．D　[第7题，根据图示可知，箭头①②③代表二分二至日的正午太阳光线。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，则②为春、秋分日。正午车位上遮阳棚的影子达到最大时，即正午太阳高度最大时，正值当地的夏季，B正确。第8题，该地区位于浙江省，位于北回归线以北，因此，正午太阳位于正南。结合图示信息可知，箭头P指示北方，D正确。]
下图为某小区甲、乙两楼的位置示意图。读图，回答9～10题。
9．若该图为南京某小区的楼房分布，为了使住宅楼一楼正午也始终有阳光照射，最好的观察日期是(　　)
A．春分日 　 B．夏至日
C．秋分日 　 D．冬至日
10．甲楼房位于北纬21.5°，欲在乙处建一新楼，如保证乙楼房全年采光充分，甲、乙楼距X最少应是(　　)
A．10 m B．15 m
C．20 m D．25 m
9．D　10．C　[第9题，一年中正午都有太阳光照射，只需保证正午太阳高度最小时有太阳照射就好，南京位于北半球，冬至日正午太阳高度最小。第10题，保证乙楼全年采光充分即正午太阳高度最小时(冬至日)可以采光，冬至日当地正午太阳高度＝90°－|21.5°＋23.5°|＝45°，由图可知甲楼高20 m，故甲、乙楼距X最少应是20 m。]
下图为6月22日与12月22日地球表面四地正午太阳高度。读图，回答11～12题。
11．四地按地球自转线速度由大到小排列，依次是(　　)
A．甲、乙、丙、丁　　 B．乙、丙、丁、甲
C．丙、丁、甲、乙　　 D．丁、甲、乙、丙
12．四地自北向南排列，依次是(　　)
A．甲、乙、丙、丁　　 B．甲、丙、丁、乙
C．丁、乙、丙、甲　　 D．甲、丙、乙、丁
11．B　12．D　[第11题，丙地6月22日正午太阳高度达90°，位于北回归线上；乙地12月22日正午太阳高度接近90°，且6月22日的正午太阳高度也较大，故它位于南回归线以北不远处，比丙地更靠近赤道；甲地6月22日正午太阳高度在52°左右，12月22日正午太阳高度在6°左右，且为四地中最小，可判断甲地位于北回归线以北；丁地12月22日正午太阳高度在62°左右，夏至日正午太阳高度为四地中最小，可判断丁地位于南回归线以南，丁地12月22日太阳高度比甲地6月22日太阳高度大，说明丁地比甲地更接近回归线，纬度比甲地低。四地纬度由低到高：乙、丙、丁、甲。第12题，结合两个日期正午太阳高度的大小和上题的分析可知，甲地位于北回归线以北较远处，丙地位于北回归线上，乙地位于南回归线以北不远处，丁地位于南回归线以南；故四地自北向南依次为甲、丙、乙、丁。]
智能平板式太阳能热水器集热器可灵活安装在屋顶、天窗、阳台或墙壁上。集热器与墙面夹角β大小可随正午太阳高度的变化而变化，以达到最佳集热效果。下图为我国甲(112°E，16.5°N)、乙(113.5°E，24.5°N)、丙(120°E，30°N)、丁(116°E，40°N)四城市楼房朝南阳台的平板式太阳能热水器安装示意图。据此完成13～14题。
13．若不考虑天气因素，下列四城市中夏至日图示太阳能热水器集热效果最差的城市是(　　)
A．甲市 B．乙市
C．丙市 D．丁市
14．从秋分日至冬至日期间，下列说法正确的是(　　)
A．四城市的β值由大到小的排序是甲市>乙市>丙市>丁市
B．丙市太阳能热水器集热器与墙面夹角β变大
C．丁市集热器与墙面夹角β的最小值为16.5°
D．丁市集热器与墙面夹角β的最大值为63.5°
13．A　14．A　[第13题，由材料可知，图示太阳能热水器位于朝南阳台，夏至日，太阳直射北回归线，甲市位于北回归线以南，夏至日阳光主要来自偏北方向，朝南的阳台白天主要是阴面，获得的太阳辐射较少，且甲市位于北半球且纬度较低，夏至日白昼较短，获得太阳辐射的时间较短，故甲市的太阳能热水器集热效果最差；乙、丙、丁均为位于北回归线以北的城市，太阳光来自南方，且日照时间较长，太阳能热水器的集热效果较好。第14题，由材料可知，集热器始终与正午太阳光线垂直，集热器与墙面夹角β等于该地的正午太阳高度，从秋分日至冬至日期间，太阳直射点由赤道向南回归线移动，北回归线以北的地区，正午太阳高度逐渐减小，四城市的β值，即正午太阳高度由大到小按距赤道远近排序，即甲市>乙市>丙市>丁市；在此期间，太阳直射点南移，正午太阳高度减小，丙市太阳能热水器集热器与墙面夹角β变小；丁市集热器与墙面夹角β的最小值为冬至日正午太阳高度，H小＝90°－(40°＋23.5°)＝26.5°；丁市集热器与墙面夹角β的最大值为夏至日正午太阳高度，H大＝90°－(40°－23.5°)＝73.5°。]
15．(10分)下面是大连(约39°N)某房地产公司开发的一梯两户式多层商品房平面示意图。读图，完成下列各题。
(1)说出我国北方地区传统民居的朝向及主要原因。(4分)
(2)一年中，正午室内太阳光照面积最小的一天是________，此时地球公转处于________(填“加速”或“减速”)期，早上观察发现太阳从________方向升起。(6分)
[解析]　第(1)题，我国北方地区纬度较高，为了获取充足的光照，传统民居朝向一般坐北朝南。第(2)题，一年中，正午室内太阳光照面积最小的一天是其正午太阳高度最大的一天，即6月22日。此时地球公转至远日点附近，速度在减小。太阳直射在北半球，太阳从东北升起，西北落下。
[答案]　(1)朝向：坐北朝南。　原因：采光条件好。
(2)6月22日(夏至日)　减速　东北
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