选择性必修1 1.2 地球的运动 (学案)

地球的运动 第二节
重难点 题型 分值
重点 正午太阳高度的计算及应用 选择题 非选择题 4分
正午太阳高度的变化规律
日照图的判读
难点 正午太阳高度的计算及应用
日照图的判读方法
核心知识点一：正午太阳高度的计算
一、太阳高度和正午太阳高度
1. 太阳高度：指太阳光线与地平面的夹角（如下图），叫做太阳高度角。太阳高度的最大值为90°。
2. 正午太阳高度：特指正午时刻的太阳高度，它是一天中最大的太阳高度。即地方时为12时的太阳高度。一般用H表示。
3. 太阳高度角的取值范围：0°≤H≤90°
4. 太阳高度的日变化：
日出为0°正午最大日落为0°。
知识拓展：在南（北）极圈有极昼现象出现时，南（北）极点的太阳高度无日变化，其太阳高度角的大小等于太阳直射点的纬度。
二、正午太阳高度的计算
计算方法1：正午太阳高度（H）的计算公式：
H=90°-|当地纬度±直射点纬度|（同减异加）
说明：“同减异加”，即两点同在北（南）半球，则两点纬度相减；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°。
计算方法2：可利用“立竿见影”的方法进行正午太阳高度的测量与计算。
如图所示，已知图中杆高为h，当太阳从3位置照射时的影长为L，则该日正午太阳高度H可通过公式计算：tanH=h/L。
三、正午太阳高度的变化规律
1. 纬度变化规律（同时间但不同纬度）（近大远小）
离直射点越近，正午太阳高度越大；离直射点越远，正午太阳高度越小。
（1）夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减。
（2）冬至日： 正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减。
（3）春、秋分日：正午太阳高度由赤道向南北两侧递减。
2. 季节变化规律（同纬度但不同时间）（来增去减）
地区 北回归线及其以北 南回归线及其以南 回归线之间 回归线上
季节变 化规律 夏至日达最大值， 冬至日最小 冬至日达最大值， 夏至日最小 一年中有两 次太阳直射 一年中只有 一次太阳直射
图示
核心知识点二：正午太阳高度的应用
正午太阳高度在生产、生活中的六大应用
（1）确定地方时
当某地太阳高度达一天中最大值时，就是一天的正午时刻，即判断此时当地的地方时是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
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）判断日影长短及方向
①太阳直射点上，物体的影长缩短为0；正午太阳高度越大，日影越短；反之，日影越长。正午是一天中日影最短的时刻。
②日影永远朝向背离太阳的方向
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），冬至日日影最长，夏至日日影最短；
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），夏至日日影最长，冬至日日影最短；
南、北回归线之间的地区，正午日影夏至日朝向正南、冬至日朝向正北，直射时日影最短（等于0）。
（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＝h·cot H（H：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角（H）互余，如图，α＋H＝90°时效果最佳。
核心知识点三：日照图的类型判读和应用
一、日照图的类型
1. 地球公转轨道图
在地球公转轨道图中，完整展现二分二至日的光照图，一般结合地轴方向、近日点、远日点进行判读。
2. 地球侧视图
二分日时，晨昏线与经线重合。
二至日时，晨昏线与南北极圈相切。下面的图在纵切面上昼夜半球不等分。
3. 极地俯视图
中心为极点，外圆为赤道，虚线为南北回归线和南北极圈。
4. 斜侧（俯）视图
观测点既不在赤道上空，也不在极点上空，观测到的光照情况即为斜侧（俯）视图。
5. 矩形投影图
矩形投影图是将南北极点、南北极圈、南北回归线放大到与赤道一样长，它与实际图相比有很大的变形，离赤道越远，变形越大。判读此类图的关键是晨昏线、极昼极夜和赤道上的日出（6点）、日落（18点）时间等。
6. 局部图
7. 组合图
图甲是将同一时刻，不同位置观测到的侧视图整合在一幅图上，图乙是将同一时刻，不同位置观测到的极地俯视图整合在一幅图上。
二、日照图的应用
1. 晨昏线的确定
（1）晨线：顺着地球自转方向，由夜半球（黑夜所在的半球）进入昼半球（白天所在的半球）的就是晨线。
（2）昏线：由昼半球（白天）进入夜半球（黑夜）的就是昏线。
2. 确定地球自转方向
（1）根据地球自转方向判断：北极上空看呈逆时针，南极上空看呈顺时针。
说明：①若图中AB为昏线，BC为晨线，则地球呈逆时针方向自转，中心为北极点；②若AB为晨线，BC为昏线，则地球呈顺时针方向自转，中心为南极点。
3. 确定太阳直射点的位置
（1）确定经度：
①根据光照图中已知经线的地方时找到地方时为12时的经线。
②从光照图中直观看出平分昼半球的经线。
（2）确定纬度：
根据与晨昏线相切的纬线的纬度来确定。直射点纬度与该纬线的纬度互余。
例题：若与晨昏线相切的纬线的纬度为70°，则太阳直射点的纬度为90°－70°=20°。
4. 确定日期和季节
根据晨昏线判断：
①晨昏线经过南北两极，与某一经线圈重合，与所有纬线圈垂直相交，可判定这一天为春分日或秋分日。
②晨昏线与南北极圈相切，北极圈及其以北出现极昼现象，可判定这一天是夏至日。
③晨昏线与南北极圈相切，北极圈及其以北出现极夜现象，可判定这一天是冬至日。
5. 确定日出日落
（1）确定时间：
①晨线上的各地同时日出，昏线上的各地同时日落。
②某地经线与晨线交点的地方时，为该地日出地方时；某地经线与昏线交点的地方时为该地日落地方时。
（2）确定方向
北半球夏半年（太阳直射点位于北半球时）：地球上（除极昼、极夜地区）日出方位均在东北，日落于西北。
北半球冬半年（太阳直射点位于南半球时）：地球上（除极昼、极夜地区）日出方位均在东南，日落于西南。
太阳直射赤道时，即春、秋分日，全球各地（除极点外），日出正东方，日落正西方。
6. 确定地方时
（1）经过赤道与晨线交点的那条经线上的地方时为6时，经过赤道与昏线交点的那条经线上的地方时为18时。
（2）太阳直射点所在经线上的地方时为正午12时，与之相对组成经线圈的那条经线上的地方时为0时（或24时）。
例题1 图1为甲、乙、丙三地等高旗杆正午影长变化曲线和朝向示意图，图2为①②③④四地正午太阳高度的变化示意图。读图，完成下面2题。
1. 下列有关图1中甲、乙、丙三地地理现象的判断，正确的是（　　）
A. 甲、乙两地有阳光直射现象
B. 一年中昼夜长短变化幅度最大的是乙地
C. 自转线速度：甲地<丙地<乙地
D. 一年中正午太阳高度变化幅度最小的是甲地
2. 图2中四条曲线能够反映乙地正午太阳高度变化的是（　　）
A. ①　 B. ②　　 C. ③　　 D. ④
答案：1. C　2. C
解析：1. 本题组主要考查正午太阳高度的变化规律，难度中等。甲地日影在6月22日最短，12月22日最长，且始终朝北，说明其位于北温带地区；乙地的日影在8月上旬为0，说明其有直射现象 ，且位于南北回归线之间，由于乙地的日影朝北时间较长，可判断其位于北回归线与赤道之间。丙地在12月22日的日影为0，其他日期正午日影朝南，说明其位于南回归线上。三地中甲地纬度最高，乙地纬度最低，因而自转线速度甲地<丙地<乙地。
2. 乙地一年有两次直射现象，四条曲线中曲线③能表示一年有两次直射现象，与乙地的特点相符合，故C项正确；①②④一年均有一次直射现象，故排除A、B、D项。
例题2 下图为某地某时段正午物影变化示意图。读图，完成下面各题题。
1. 图中N点日期可能为（　　）
A. 5月6日左右　　 B. 8月7日左右
C. 11月7日左右 D. 2月6日左右
2. 该地纬度最可能位于（　　）
A. 赤道 B. 11. 5°S
C. 11. 5°N D. 23. 5°N
答案：1. B　2. C
解析：本题组主要考查正午太阳高度的计算及规律，难度中等。第3题，N、M两日以6月22日为中点呈对称分布，且N位于6月22日之后。据此推知，N的日期可能为8月7日左右。第4题，该地5月5日有直射现象，说明该地位于北半球北回归线以南。。
　
例题3 福建某学生（26°N，119°E）对太阳能热水器进行了改造，将支架改为可调节式，如下图。读图完成下面小题。
1. 春分日，为了使热水器有更好的效果，热水器集热面与地面的交角α应该调节为（ ）
A. 23. 5° B. 26° C. 64° D. 64. 5°
2. 下列地区，使用热水器效果最好的是（ ）
A. 海口 B. 重庆 C. 拉萨 D. 吐鲁番
答案：1. B 2. C
解析：本题考查太阳高度角的运用，难度中等。
1. 春分日时，太阳直射点直射赤道，纬度为0°。当地纬度为26°N，与赤道纬度差为26°，根据太阳高度角计算公式，此地此时太阳高度角H＝90°－26°＝74°。为了使热水器有更好的效果，正午太阳光线应与太阳能热水器呈垂直角度。所以α应该调节为90°－74°＝26°。故选B。
2. 四个城市中，拉萨地处青藏高原，海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，太阳辐射最为强烈，太阳能最丰富，使用热水器效果最好。故选C。
例题4 据报道，南京（约32°N）高楼“紫峰大厦”建成后，家住北楼一楼的朱一龙惊喜地发现他家南面阳台全年正午都能照射到阳光（已知cot55°≈0. 7）。
读下图，回答下题。
当初设计的两栋楼楼间距最有可能是（ ）
A. 250m B. 360m C. 515m D. 715m
答案：C
解析：本题只要考查正午太阳高度应用，楼间距的计算，难度中等。南京（约32°N）冬至日正午太阳高度角最小。该地冬至日正午太阳高度为H=90-（32+23. 5）＝34. 5°，南侧紫峰大厦高h为358米，L为两楼间的距离。tanH=h/L＝cot55. 5°，L=358/0. 7≈511米。故选C。
例题5 下图为地球局部昼夜分布示意图（图中的阴影部分表示黑夜，其他部分表示白昼）。读图，回答下面各题。
1. 此时，北京时间是（　　）
A. 6时 B. 8时 C. 12时 D. 14时
2. 下列有关判断，正确的是（　　）
A. 该图是以北极点为中心的极地俯视图
B. 太阳直射点的地理坐标是（23. 5°S，180°）
C. 该日是北半球夏至日，甲、乙、丙三地中昼最长的是甲地
D. 一年中甲、乙、丙三地昼长变化幅度最小的是乙地
答案：1. B　2. D
解析：本题主要考查日照图的判读及相关知识，难度中等。
该局部图复原后可转化成下图：
第2题，180°经线是昼半球的中央经线，地方时应为12时，据此可以推算出北京时间为8时。第4题，根据经度变化可判断出地球自转方向为顺时针方向，该图是以南极点为中心的极地俯视图；南极圈及其以南地区出现极夜，可判断出太阳直射北回归线，为北半球夏至日；此时南半球纬度越高，昼越短，故甲、乙、丙三地中昼最长的是乙地；甲地所在经线为昼半球中央经线，故太阳直射点坐标为（23. 5°N，180°）；从图中可以看出，甲、乙、丙三地中，乙地最靠近赤道，故其昼长变化幅度最小。
（答题时间：30分钟）
1. 有关正午太阳高度变化的叙述，正确的是（ ）
A. 赤道上每天正午太阳高度相等
B. 正午太阳高度就季节变化而言，赤道以北的纬度，每年6月22日前后达最大值，12月22日前后达最小值
C. 正午太阳高度就纬度分布而言，春秋二分由赤道向南北两侧降低
D. 南北回归线上，太阳每年直射两次
2. 运城（35°N）某同学对传统的太阳能热水器进行改造（见下图），将太阳能热水器支架改造成活动形式。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. 11°34′ B. 23°26′
C. 58°26′ D. 46°52′
3. 下图中①②③是甲、乙、丙、丁四地二分二至日的正午太阳光线。如果只考虑日照条件，则甲、乙、丙、丁四地楼间距最近的是（ ）
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
4. 下图为地球部分地区昼夜分布示意图，图中的阴影部分表示黑夜，其余部分表示白昼。关于甲、乙、丙三地正午太阳高度叙述错误的是（ ）
A. 甲地正午太阳高度是6 34′
B. 乙地正午太阳高度是23 26'
C. 三地正午太阳高度同时达一年中的最小
D. 三地正午太阳高度乙＞丙＞甲
读下图正午太阳高度分布示意图，完成下面小题。
5. 这一天以后，绵阳的正午太阳高度将（ ）
A. 逐渐变小 B. 逐渐变大
C. 一直不变 D. 无法判断
6. 关于正午太阳高度的推断，错误的是（ ）
A. 某地点一年中正午太阳高度角变化是由直射点移动导致的
B. 某地正午太阳高度等于90°减去它与直射点的纬度距离
C. 一年中正午太阳高度变化最大的是两极
D. 南北半球纬度相同的两地，正午太阳高度可能不同
7. 正午太阳高度是一天中最大的太阳高度。读某地正午太阳高度年变化折线图，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. 北半球热带 D. 南半球热带
在正午时太阳在天空的位置最高，这时的太阳高度称为正午太阳高度。在太阳直射点上，正午太阳高度为最大，等于90°。由于黄赤交角的存在，地球南、北回归线之间有太阳直射现象。一年之中，南、北回归线上只有一次正午太阳高度为90°，即北回归线上的北半球夏至日、南回归线上的北半球冬至日。在南、北回归线之间的各地一年有两次正午太阳高度为90°，如在北半球的春分日与秋分日，太阳直射赤道。读图完成下列小题。
8. 该图为北半球某地一年中正午太阳高度最大值，下列说法正确的是（ ）
A. 该地一年只有一次太阳直射 B. 正午太阳高度从23°26′N向南北递减
C. 图示日期大约是4月21日 D. 图示日期该地昼长13小时
9. 图示时刻如果北京时间为19:00，则该地经度是（ ）
A. 135°W B. 45°W C. 15°E D. 15°W
太阳光线与地平面的交角叫做太阳高度角，简称太阳高度。在一日内，太阳位于上中天时，其高度达到最大值，称为“正午太阳高度”。正午太阳高度计算的公式为：H＝90°－纬度差（即太阳直射点与所求地区的纬度间隔），据此回答下题。
10. 在下列各纬度中，一年中既没有太阳直射，又没有极昼极夜现象的是（ ）
A. 67°N B. 21°S C. 50°N D. 89°S
11. 当直射点由A移动到B的过程中（ ）
A. 北半球各地正午太阳高度在变大 B. 北半球各地昼长在变长
C. 北半球纬度越高，昼长越短 D. 北极圈内极夜范围在扩大
12. 当太阳直射点位于D点时，北京（40°N）的正午太阳高度角为（ ）
A. 40°N B. 90°N C. 26°34′ D. 73°26′
读下图“正午太阳高度随纬度变化示意图”，回答下面小题
13. 判断下列叙述正确的是（ ）
A. 折线乙表示阳光直射B点时正午太阳高度随纬度变化的规律
B. 当太阳直射A纬度时，AB之间地区的正午太阳高度达一年中最大值
C. 太阳直射点由赤道向B点移动过程中，北半球正午太阳高度逐渐降低
D. 太阳直射点由A点向B点移动的过程中北纬10°的正午太阳高度逐渐变小
14. 当太阳直射A纬度时，下列说法正确的是（ ）
A. 日期是6月22日前后
B. 腾冲（98°05＇E-98°45＇E，24°38＇N-25°52＇N）的昼长比北京的昼长长
C. 北京的正午太阳高度比腾冲的大
D. 腾冲的正午太阳高度达一年中最大值，为90°
15. 读某日正午太阳高度纬度分布图，完成下列问题。
（1）该图为_________月_________日太阳高度分布图。此日全球正午太阳高度的分布规律是_________。
（2）此日，南回归线正午太阳高度是_________。北极圈上的正午太阳高度是_________。
（3）此日后，地球公转速度越来越_________，接近_________点。
（4）此日汕头的正午太阳高度为_________，影子朝向_________。
1. C 解析：本题主要考查正午太阳高度角的相关知识，难度一般。
由于太阳直射点的回归运动，赤道上每天正午太阳高度角在不断变化，二分日赤道正午太阳高度角最大，为90°，A错；夏至日（6月22日），北回归线以北的地区正午太阳高度角达到一年中的最大值，冬至日（12月22日），北回归线以北的地区正午太阳高度角达到一年中的最小值，B错；二分日，太阳直射赤道，正午太阳高度角由赤道向南北两侧递减，C正确；回归线上，一年有1次直射机会，D错误。
2. C 解析：本题考查正午太阳高度的应用，难度中等。
12月22日，太阳直射南回归线，可知该日运城的正午太阳高度为90°-（运城纬度35°+太阳直射点纬度23°26′）=31°34′。集热板与地面的夹角互余，夹角为58°26′，C符合题意，A、B、D错误。
3. B 解析：本题考查正午太阳高度的应用，难度中等。
最低正午太阳高度角越大，最长影长越短，楼间距近。图中显示乙地最低正午太阳高度角大，故选B。
【点睛】楼间距的确定依据的是最长的影长。影子最长，正午太阳高度最小。
4. B 解析：本题考查地球日照图的判读，难度较大。
由图示逆时针自转，可知为北半球，从而可知北极圈及其以内出现极夜，太阳直射南回归线。则：
A. 甲（60°N）地正午太阳高度是90°-（60°+23°26′）=6°34′，故A选项正确；
B. 乙地正午太阳高度是90°-（23°26′+23°26′）=43°08′，故B选项错误；
C. 太阳直射南回归线，北半球三地（甲乙丙不在同一经线）正午太阳高度同时达一年中的最小，故C选项正确；
D. 三地中，乙距离直射点最近，甲距离直射点最远，所以三地正午太阳高度乙>丙>甲，故D选项正确；
题干要求选错误的。故选B。
5. B 6. C
解析：本题考查日照图的判读及正午太阳高度的相关知识，难度中等。
5. 据图可知，北极圈内出现极夜，判断此时为冬至日。绵阳位于北回归线以北，次日正午太阳高度达到一年中最小值，这一天过后，太阳直射点往北移动，绵阳的正午太阳高度将逐渐变大，故B正确，ACD错误。
故选B
6. 由题，某一瞬间正午太阳高度由直射点向南北两侧递减是由地球的形状引起的，某一地点正午太阳高度在一年中的变化时由直射点的移动导致的，A正确. 选项可以用图中的数据进行验算. 如赤道距离直射点南回归线的纬度距离是23°26，用90°减去23°26正好是图中给出的66°34′，说明B选项正确. 春秋二分，南北半球纬度相同的两地，距直射点的距离相同，其正午太阳高度相同，其余各天则不同. D选项正确. 排除ABD三个选项，极点年正午太阳高度变化为23. 5°，回归线与极圈之间变化为47°，大于极点，C错。故选:C
7. D 解析：本题考查正午太阳高度的变化规律，难度一般。
图中显示6月22日的正午太阳高度角最小，说明该地位于南半球，故A、C项错误；热带地区有直射现象，说明该地位于南半球热带地区，故D项正确。
【点睛】太阳直射点的移动规律
太阳直射点每时都在向西移动，每小时移过15度经度。在地理题的计算中可粗略取每天移动0. 25度纬度。
春分，太阳直射点在赤道，此后北移，直至6月22日（即夏至）到北回归线。
夏至，太阳直射点在北回归线上，此后南移，直至9月23日（即秋分）到赤道。
秋分，太阳直射点在赤道，此后继续南移，直至12月22日（即冬至）到南回归线。
冬至，太阳直射点在南回归线上，此后北移，又在3月21日（即春分）回到赤道。
8. B 9. C
解析：本题考查正午太阳高度的知识，昼夜长短的变化规律，难度中等。
8. 根据材料“该图为北半球某地一年中正午太阳高度最大值”可知，该地最大正午太阳高度小于90°，因此该地位于北回归线以北，该地没有太阳直射现象。其正午太阳高度最大值应为夏至日，该日为6月22日前后，正午太阳高度从23°26′N向南北递减；北回归线夏至日的昼长大于13小时，因夏至日北半球纬度越高昼越长，故该日该地昼长大于13小时，据此分析选B。
9. 图示时刻如果北京时间为19:00，则当地时间为12点，二者相差7小时，经度差105°，则该地经度是120°E-105°=15°E，选C。
10. C 11. B 12. C
解析：本题考查正午太阳高度的应用及计算，难度中等。
10. 一年中既没有太阳直射，又没有极昼极夜现象的是回归线和极圈之间的地区。故选C。
11. 据图可知，当直射点由A移动到B的过程中，即从春分日至夏至日期间，太阳直射点在北半球且向北移动，所以北半球各地昼长夜短且纬度越高昼越长，昼在变长，B正确，C错误；北回归线以北地区正午太阳高度在变大，A错误；北极圈内极昼范围在扩大，D错误。故选B。
12. 据图可知，当太阳直射点位于D点时，即直射南回归线的冬至日时，根据正午太阳高度的计算公式：H=90°-纬度差=90°-（40°-23°26′）=26°34′。故选C。
13. C 14. A
解析：本题考查正午太阳高度的变化规律，难度中等。
13. 折线乙表示阳光直射A点时正午太阳高度随纬度变化的规律，A选项错误；当太阳直射A纬度时，A纬度及其以北的地区正午太阳高度达一年中最大值，B选项错误；太阳直射点由赤道向B点移动过程中，北半球正午太阳高度逐渐降低，C选项正确；太阳直射点由A点向B点移动的过程中，北纬10°的正午太阳高度先变大，后变小，D选项错误。
14. 当太阳直射A纬度时，日期是6月22日前后，A选项正确；此时为夏至日，北半球各地昼长夜短，且纬度越高昼越长，北京的昼长比腾冲的昼长长，B选项错误；距离直射点越近，正午太阳高度角越大，北京的正午太阳高度比腾冲的小，C选项错误；腾冲的纬度为25°N左右，夏至日这一天腾冲的正午太阳高度达一年中最大值，但达不到90°，D选项错误。
15. （1）12 22 由南回归线向南北两侧递减
（2）90° 0°
（3）快 近日 （4）43°08′ 北
解析：本题考查正午太阳高度的相关知识，难度中等。
（1）仔细读图，南纬23. 5°出现正午太阳高度为90°状况，时间为12月22日。此日全球正午太阳高度的分布规律是由南回归线向南北两侧递减。
（2）此日，南回归线正午太阳高度是90°；北极圈上的正午太阳高度是0°。
（3）此日后，地球公转速度越来越快，接近近日点（1月初）。
（4）此日汕头的正午太阳高度=90°—（23. 5°+23. 5°）=43. 5°。影子朝向正北。