鲁教版高中地理选择性必修1第一单元地球运动的意义第二节第2课时正午太阳高度角的变化及应用课件

(共51张PPT)
第一单元 地球运动的意义
第二节　地球公转的意义
第2课时　正午太阳高度角的变化及应用
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研习任务一　正午太阳高度的变化
教材　　认知
1. 太阳高度
地平面　
仰角　
直射点　
晨昏线　
正午　
3. 正午太阳高度变化规律
（1）空间（纬度）变化规律
二分二至日正午太阳高度分布示意图
北回归线　
c　
南回归线　
a　
赤道　
b　
直射点　
（2）时间（季节）变化规律（以北半球为例）
日期 最大值地区 最小值地区
夏至日 　北回归线　及其以北各纬度 　南半球　各纬度
冬至日 　南回归线　及其以南各纬度 　北半球　各纬度
二分日 赤道 极 点
思考　（1）太阳高度与正午太阳高度的区别。
提示：太阳高度是线面角，正午太阳高度只是特定时刻（地方时正午12时）的太阳高度。正午太阳高度是某地区一天中最大的太阳高度，但不一定是90°。如下图所示：
北回归线　
南半球　
南回归线　
北半球　
极点
（2）某地正午太阳高度最大时，昼最长、夜最短。是否正确？
提示：位于南北回归线之间的区域，其太阳直射时，正午太阳高度最大，但并不是昼最长、夜最短。
[重点研讨]
1. 纬度变化规律
同一时刻，各地正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。如图表所示：
日期 太阳直射的纬线 正午太阳高度的纬度变化
春分日和秋分日 赤道 由赤道向南北两侧递减
夏至日 北回归线 由北回归线向南北两侧递减
冬至日 南回归线 由南回归线向南北两侧递减
2. 季节变化规律
地区 达全年最大值 达全年最小值
北回归线及其以北地区 夏至日 冬至日
南回归线及其以南地区 冬至日 夏至日
南北回归线之间的地区 赤道至北回归线之间 太阳直射时（一年中有两次太阳直射，达90°） 冬至日
赤道至南回归线之间 太阳直射时（一年中有两次太阳直射，达90°） 夏至日
赤道 春分日、秋分日 冬至日、夏至日
3. 正午太阳高度的计算
公式：H＝90°－直射点与所求地点纬度之差。
注：公式中的H为所求的正午太阳高度；若直射点与所求地点同在南半球或者同在北半球，两点纬度差为大数减去小数；若直射点与所求地点分属于南北不同半球，两点纬度差为两点纬度之和。各地正午太阳高度的计算除按公式计算外，利用图示法也非常便捷。
如下图所示：当太阳直射B点（10°N）时，A点（40°N）正午太阳高度是H（A）＝90°－（40°－10°）＝60°。
当太阳直射B点（10°N）时，C点（23°26'S）正午太阳高度是H（C）＝90°－（10°＋23°26'）＝56°34'。
若计算出某地正午太阳高度等于零，说明此点在晨昏线上；若小于零，说明此点此时为黑夜。
4. 太阳直射点的确定方法
（1）纬度的确定
方法一：太阳直射点的纬度和晨昏圈与纬线相切点的纬度（出现极昼、极夜的最低纬度）互余。
方法二：通过节气来判断。夏至日，太阳直射23°26'N；冬至日，太阳直射23°26'S；春、秋分日，太阳直射赤道。
方法三：根据某地正午太阳高度的计算公式H＝90°－两地纬度差计算。
方法四：赤道处晨昏线与经线的交角（锐角）等于太阳直射点的纬度。
（2）经度的基本确定原则：地方时为12时的经线即为太阳直射的经线。
方法一：晨线和赤道的交点（经度）向东90°或昏线和赤道的交点（经度）向西90°，即为太阳直射点的经度。
方法二：根据晨昏线与纬线相切点所在经线的地方时判断太阳直射的经线。
合作　　研讨
　　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（如下图所示），该地纬度为31.8°N、经度为117.2°E。
1. 12月22日，该地理小组再次观测，发现甲楼阴影投在乙楼的层数，发生了怎样的变化？（地理实践力）
提示：甲楼阴影投在乙楼的层数明显增加，高于原来的1～3层。
2. 12月22日之后，甲楼阴影投在乙楼的层数将会怎样变化？（地理实践力）
提示：甲楼阴影投在乙楼的层数将逐渐变小，甲楼影长变短，甚至挡不住乙楼。
3. 造成这种变化的主要原因是什么？（综合思维）
提示：太阳直射点的南北移动。
研习　　经典
　　下图为我国某地春分日时正午太阳与头顶夹角示意图。读图，回答1～3题。
A. 28° B. 62° C. 90° D. 0°
解析：第1题，据图可以算出该地此日正午太阳高度为90°－28°＝62°。
B
A. 18°N B. 28°N C. 32°N D. 52°N
解析：第2题，据正午太阳高度计算公式可知，当地纬度为90°－62°＝28°（太阳直射点在赤道上）。
B
A. 变大 B. 变小
C. 不变 D. 不确定
解析：第3题，春分日过后太阳直射点北移，与28°N的纬度差变小，故该地正午太阳高度将变大。
A
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研习任务二　正午太阳高度的应用
教材　　认知
1. 确定地方时
当某地太阳高度达一天中的最大值时，此时日影最短，当地的地方时是12时。
2. 确定房屋的朝向
在北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；在南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
3. 判断日影长短及方向
太阳高度越大，影子越短；太阳高度越小，影子越长。一天中日影的变化规律是日出长 正午最短 日落长，且日影方向与太阳方向相反。
4. 计算楼间距
一般来说，纬度较低的地区，楼间距较近；纬度较高的地区，楼间距较远。解题关键是计算当地冬至日的正午太阳高度，并计算影长。以我国为例（见下图），南楼高度为h，该地冬至日正午太阳高度为H，则最小楼间距为L＝h·cot H。
5. 计算热水器安装角度
应使太阳能热水器集热面与太阳光线垂直，其倾角和正午太阳高度角的关系为α＋H＝90°（如下图）。
合作　　研讨
　　《中华人民共和国国家标准城市居住区规划设计规范（GB50180－93）》（下称《规范》）规定：“大城市住宅日照标准为大寒日≥2小时，冬至日≥1小时，老年人居住建筑不应低于冬至日日照2小时的标准；在原设计建筑外增加任何设施不应使相邻住宅原有日照标准降低；旧区改造的项目内新建住宅，日照标准可酌情降低，但不应低于大寒日日照1小时的标准。”
因此，如果低于上述标准，则采光权受到侵害，当然最好了解一下所居住的地方是否还有地方性的规定。
当一套住宅居室空间总数超过4个，其中有两个应该获得日照。采光系数最低值卧室、客厅不得小于1％，窗户和地面的面积比应为1∶7。窗户的上沿距地面高度不宜低于2米。
1. 分析影响建筑物采光和日照的主要因素。（地理实践力）
提示：主要是楼高和正午太阳高度。
2. 判断图中①②③分别表示哪一日的正午太阳高度，判断其中决定北京楼间距大小的是哪一个。分析这一天全球正午太阳高度的变化规律。（区域认知、综合思维）
提示：①表示夏至日，②表示春、秋分日，③表示冬至日。其中，③决定北京楼间距的大小。冬至日，全球正午太阳高度自南回归线向南北两侧递减。
研习　　经典
　　2024年某楼盘（32°N，121°E）开盘销售已封顶的1～4号楼。这4幢楼均为18层，层高3米，南北楼间距为50米。下图为该楼盘平面示意图。读图，回答第1题。
A. 6楼 B. 8楼
C. 10楼 D. 12楼
B
解析：要保证全年正午都有太阳照射，只要保证一年中正午太阳高度最小的冬至日可以获得太阳光照即可。该地冬至日正午太阳高度H＝90°－（32°＋23°26'）＝34°34'；南北楼的间距为50米，可以求得4号楼冬至日正午有太阳照射的高度L＝50×tan 34°34'≈35（米），再由楼高54米可以求出4号楼19米以下的楼层不是全年正午都有太阳照射；每层楼高3米，因此7楼的一部分及其以下楼层不是全年正午都有太阳照射，即8楼及其以上的楼层全年正午都有太阳照射；再由随楼层升高房价相应提高可以判断，满足某女士购房条件（全年正午都有太阳照射且单价较低）的最佳楼层为8楼。故选B项。
　　某地理研究性学习小组在北京市（40°N，116°E）居民楼楼顶观测太阳，此时，太阳处于正南方位，楼顶上太阳能热水器的集热板接收的太阳辐射达到了一天中的最大值，其倾角为60°（下图），倾角可自由调整。读图，回答2～3题。
A. 北京时间为12时
B. 太阳直射点位于南半球
C. 当日北京昼长夜短
D. 太阳直射点向北移动
B
解析：第2题，此时太阳处于正南方位，说明116°E的地方时为12：00，北京时间用的是120°E的地方时，故A项错误；倾角为60°，表示该纬度（40°N）正午太阳高度为30°，因此太阳直射点的纬度为20°S，故B项正确；此时太阳直射点位于南半球，北京昼短夜长，故C项错误；根据已知信息无法判断太阳直射点向南还是向北移动，故D项错误。故选B项。
A. 调整朝向 B. 不调倾角
C. 调大倾角 D. 调小倾角
解析：第3题，冬至日正午太阳高度为90°－（40°＋23°26'）＝26°34'，太阳能热水器的集热板与地面的夹角是90°－26°34'＝63°26'，图中太阳能热水器的集热板与地面的夹角是60°，应调大倾角；正午太阳位于正南方向，朝向没有变化，不需调整朝向。故选C项。
C
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课时作业
　　立冬，是我国二十四节气中的重要节气。北京时间2023年11月8日0时35分23秒，我国进入立冬节气。下图为我国二十四节气示意图。读图，回答1～2题。
A. 小雪→大雪 B. 立秋→处暑
C. 谷雨→立夏 D. 小寒→大寒
解析：第1题，据图及地球运动规律可知，谷雨→立夏，太阳直射点在北半球，且向北移动，C项正确，A、B、D项错误。故选C项。
C
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A. 大连日出时间越来越早
B. 大连正午室外旗杆影子越来越短
C. 大连白昼渐长黑夜渐短
D. 大连室内正午采光面积越来越大
解析：第2题，大连位于北半球。立冬至冬至期间太阳直射南半球，且直射点往南移动，因此大连白昼逐渐变短，日出时间越来越晚，A、C项错误；由于正午太阳高度逐渐减小，正午旗杆影子越来越长，室内正午采光面积越来越大，B项错误，D项正确。故选D项。
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　　某学校地理兴趣小组到附近海域一无人海岛（38°N）进行野外考察活动，通过“立竿测影”的方法确定当日太阳直射点纬度。读图，回答3～4题。
A. 白昼长度 B. 竿影方位
C. 北京时间 D. 竿影长度
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解析：第3题，正午太阳高度角公式：H＝90°－（当地纬度±太阳直射点的纬度），太阳直射点与当地属于同一半球时用－，不同半球用＋，tan H＝竹竿长度/日最短竿影的长度。由材料可知，当地纬度为38°N，竹竿长度已知，观测日最短竿影的长度就可以计算出正午太阳高度角，从而可得出太阳直射点的纬度，D项正确。测定当日太阳直射点的纬度与白昼长度、竿影方位、北京时间无关，A、B、C项错误。故选D项。
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A. 7°N B. 7°S C. 17°S D. 17°N
解析：第4题，若该兴趣小组测得当日最短竿影长度与竹竿长度相等，则该地的正午太阳高度角为45°；根据正午太阳高度角的计算公式，代入数据，可计算出该日太阳直射点的纬度为7°S，B项正确，A、C、D项错误。故选B项。
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　　太原市（37°54'N，112°33'E）某中学地理研学小组在校园的操场竖立一竹竿，观察竹竿影子朝向和长短的变化（见下图），图中实线表示不同时刻竹竿的朝向和影长。读图，回答5～7题。
A. 10时48分 B. 11时30分
C. 12时48分 D. 12时30分
解析：第5题，根据题干可知，太原市的经度是112°33'E，北京时间为120°E的地方时，两地的经度相差约7.5°，时间相差约30分钟。120°E位于太原市以东，时间要早，所以当竹竿影长最短时，太原市的地方时为12时，则北京时间约为12时＋30分钟＝12时30分。故选D项。
D
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A. 太阳直射点向北移动
B. 太阳直射点向南移动
C. 昼短夜长
D. 昼长夜短
解析：第6题，读图可知，日出时竹竿影子朝向西北方向，说明该日太原市日出东南，则日落西南，故太阳直射南半球，是北半球冬半年，该日太原市昼短夜长，C项正确，D项错误。由于无法确定日期，所以不能确定太阳直射点的移动方向，A、B项错误。故选C项。
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A. ①② B. ③④
C. ②③ D. ①④
解析：第7题，观测竹竿影子长短的变化可以反映正午太阳高度的变化，属于地球公转的地理意义，①正确。竹竿影子朝向和长短的变化无法直接反映当地所处的气候带，②错误。一日内昼与夜的交替是地球自转的地理意义，③错误。观测竹竿影子朝向的变化可以反映当地所处的季节，属于四季的变化，是地球公转的地理意义，④正确。故选D项。
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　　下图为2023年10月8日正午江苏某校教学楼走廊照片。此时，走廊柱影与南墙面的夹角约为82°。读图，回答8～10题。
A B C D
解析：第8题，根据太阳直射点与江苏的纬度进行判断，一天中正午时刻，太阳位于江苏正南天空，因此10月8日正午时刻走廊柱子的影子朝向正北，此时走廊柱影与南墙面的夹角约为82°，因此可以得到墙面与东西方向的夹角为8°，据此判断，该教学楼的走向为西北—东南走向，A项正确，B、C、D项错误。故选A项。
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A. 2月7日 B. 3月7日
C. 4月7日 D. 9月7日
解析：第9题，要与该日日影现象几乎一致，则太阳直射点相同，即太阳直射点仍位于上次所在的纬线上，正午时刻太阳高度角相等。根据太阳直射点移动的规律可知，这两天关于二至日对称，根据此时为10月8日进行推算，关于二至日对称的时间约为3月7日，因此出现与该日日影几乎一致的日期为3月7日，B项正确，A、C、D项错误。故选B项。
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A. 日出方位南移 B. 正午物影变短
C. 日落时刻推迟 D. 日出时刻提前
解析：第10题，10月8日之后的一个月，太阳直射点位于南半球且往南移动，该地日出方位南移，A项正确；正午太阳高度逐渐减小，正午物影变长，B项错误；昼长逐渐变短，日出时刻推迟，日落时刻提前，C、D项错误。故选A项。
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　　高度角和方位角（从某点的指北方向线起，在平面上沿顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角）可以用来描述天体的具体位置。下图为甲、乙两地的太阳高度角和太阳方位角日变化示意图。读图，回答11～13题。
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A. 90° B. 135°
C. 180° D. 225°
解析：第11题，据图可知，甲地在北京时间6时太阳高度角达到最大，乙地在北京时间18时太阳高度角达到最大，太阳高度角达到最大时当地地方时为12时，北京时间为120°E的地方时，根据时差，可计算出甲地经度为150°W（与120°E相差6个小时，经度差90°，在120°E以东），乙地经度为30°E（比北京时间晚6个小时，在120°E以西，经度差90°），因此两地的经度差为180°。故选C项。
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A. 20° B. 40°
C. 60° D. 80°
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解析：第12题，图中太阳高度角为0时即为日出或日落，从图中可以看出甲地昼长为12小时，乙地昼长大于12小时，可知甲地位于赤道，且甲、乙两地正午太阳高度角都为70°，故甲、乙两地应关于直射点所在纬度对称，根据甲地纬度为0°，可计算出该日直射点纬度为20°N或20°S，乙地纬度为40°N或40°S；根据材料可知，方位角是指从某点的指北方向线起，在平面上沿顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角，甲地日出到正午，太阳方位角逐渐减小，正午太阳方位角为0°，说明甲地太阳从东北方向升起，正午太阳位于正北方向，以此类推，可判断乙地太阳也是从东北方向升起，正午时太阳在正南方向，正午过后，太阳位于西南，日落时太阳从西北方向落下，说明该日太阳直射点位于北半球，说明该日为北半球夏半年，综上可以判断该日太阳直射点纬度为20°N，乙地纬度为40°N。因此两地的纬度差为40°。故选B项。
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A. 20 000 km B. 5 000 km
C. 10 000 km D. 15 000 km
解析：第13题，结合上题分析可知，甲地坐标为（0°，150°W），乙地的坐标为（40°N，30°E），两地位于同一个经线圈上。球面上两点间的最短距离，是过这两点的大圆的劣弧段，故甲、乙两地的最短距离为经过北极点的一段经线圈，根据经纬网距离计算相关知识，甲地到北极点的距离为90×111千米，乙地到北极点的距离为50×111千米，故甲、乙两地的最短距离约为15 000 km。故选D项。
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　　很多居民在自家阳台安装有上下伸缩式晾衣架，通过调节绳索长度可让晾衣架上的衣物得到充足的太阳照射。读图，回答14～15题。
A. 哈尔滨 B. 北京
C. 上海 D. 泰安
解析：第14题，绳索长度越短，晾衣架的位置越高，正午太阳高度角越小。阳台位于房屋的正南方，北半球夏季，太阳直射北半球，四城市中，纬度较高的城市，其正午太阳高度角较小，纬度较低的城市，其正午太阳高度角较大，哈尔滨的纬度最高，A项正确，B、C、D项错误。故选A项。
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A. 5°S B. 5°N
C. 15°S D. 15°N
解析：第15题，将绳索长度调整为1米时，恰好能让衣物全部被阳光照射，说明此时阳光正好从阳台上缘射入，读图可知，绳索顶点与阳台上缘的宽度为1米，此时的绳索长度刚好为1米，所以此时的正午太阳高度角刚好为45°。上海纬度为30°N，此时太阳直射15°S附近，C项正确，A、B、D项错误。故选C项。
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16. 读我国北方某地房屋内朝南窗户的阳光照射示意图（图1）和地球公转示意图（图2），回答下列问题。
图1 图2
解析：第（1）题，地球运行至B位置时，北半球为夏至日，北半球白昼达最大值。春分日、秋分日，全球没有极昼、极夜现象。
B　
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解析：第（2）题，北半球的冬至，正午太阳高度达全年最小值，正午射进屋内的阳光面积最大。
冬至　
大　
图1 图2
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解析：第（3）题，屋内阳光的影子与窗户垂直时是地方时12时，而此时北京时间是11时，因此该地位于135°E。
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解析：第（4）题，从春分日到夏至日，北半球的白昼越来越长。
越来
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