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鲁教版 (2019)选择性必修1 自然地理基础第二节 地球公转的意义学案
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这是一份鲁教版 (2019)选择性必修1 自然地理基础第二节 地球公转的意义学案，共16页。学案主要包含了正午太阳高度角的变化，昼夜长短的变化，五带与四季的形成等内容，欢迎下载使用。
课时2 地球公转的地理意义
课程标准
结合实例，说明地球运动的地理意义。
学习目标
1.利用教具、示意图或地理信息技术软件，演示正午太阳高度变化，探究学校所在地正午太阳高度与物体影长的变化规律，培养地理实践力与综合思维。2.利用教具、示意图或地理信息技术软件，演示昼夜长短的季节变化，归纳昼夜长短变化的纬度分布规律，阐释其变化原因，培养地理实践力与综合思维。3.利用示意图或地理信息技术软件，理解五带形成、四季更替的原因，说明五带的划分依据，分析四季更替的纬度差异及其原因，培养综合思维和区域认知。
一、正午太阳高度角的变化
1．概念
(1)太阳高度：太阳光线与地平面之间的夹角。
(2)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。
2．变化规律
(1)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。
时间
正午太阳高度变化规律
春、秋分日
由赤道向南北两侧递减
夏至日
由北回归线向南北两侧递减
冬至日
由南回归线向南北两侧递减
(2)季节变化
时间
正午太阳高度最大值地区
正午太阳高度最小值地区
夏至日
北回归线及其以北地区
南半球各纬度地区
冬至日
南回归线及其以南地区
北半球各纬度地区
春、秋分日
赤道
极点
判断
1．在晨昏线上，太阳高度为0°。( √ )
2．同一纬线上各地正午太阳高度相等。( √ )
3．夏至日，北半球各地正午太阳高度达一年中最大值。( × )
4．冬至日，正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减。( √ )
二、昼夜长短的变化
1．判断依据：若昼弧长于夜弧，则昼长夜短；反之，则昼短夜长；若昼弧等于夜弧，则昼夜等长。
2．变化规律
(1)赤道上：终年昼夜等长。
(2)北半球
时间
昼夜长短
分布规律
特殊节气
北半球夏半年(春分日至秋分日)
昼长夜短
纬度越高，昼越长，北极附近出现极昼现象
夏至日时，北半球各地昼长达一年中最大值，极昼范围也达最大
北半球冬半年(秋分日至次年春分日)
昼短夜长
纬度越高，昼越短，北极附近出现极夜现象
冬至日时，北半球各地夜长达一年中最大值，极夜范围也达最大
(3)南半球情况与北半球相反。
(4)春分日和秋分日：全球昼夜等长，各为12时。
判断
1．太阳直射点所在的半球(南北半球)，昼长大于夜长。( √ )
2．某地太阳直射时，昼最长、夜最短。( × )
3．纬度越高，昼夜长短的变化幅度越大。( √ )
三、五带与四季的形成
1．五带的形成
(1)划分依据：太阳直射点的变化特征以及地表所接受的太阳辐射量的多少。
(2)五带的划分
2．四季的形成
(1)表现
①夏季，正午太阳高度大，白昼时间长，所获太阳辐射能量多，气温较高。
②冬季，正午太阳高度小，白昼时间短，所获太阳辐射能量少，气温较低。
③春秋季是冬夏季之间的过渡季节。
(2)划分
北温带的一些国家：3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12、1、2月为冬季。
探究点一 正午太阳高度及其影响
冲着“稀缺小高层(15层)，层高达3 m，楼间距60 m”的宣传广告，我国南方某市(21°34′N)一些市民先后在该小区购买了商品房。岂料两年后开发商改变建筑方案，楼层数没变，但楼房的间距仅为40 m。为此，该小区的业主们将开发商告上法庭。
1．[综合思维]你认为小区业主投诉开发商的原因是什么？
答案 原因是开发商缩小了楼间距。在楼层高度一定的情况下，楼间距的大小会影响到采光条件的好坏。楼间距缩小，北面的楼房很可能得不到太阳光的照射，影响室内采光。
2．[综合思维]为保证建筑物底层居室有良好的光照条件，该小区楼间距至少为多少米？
答案 45 m。
3．[地理实践力]在下图中画出北半球二分二至日时的正午太阳高度空间变化曲线，并总结变化规律。
答案
变化规律：①正午太阳高度从太阳直射点所在纬线向南北两侧递减；②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。
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：日出最长正午最短日落最长，且日影方向与太阳方位相反。
(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L＝h·cotH。
(5)计算太阳能热水器安装角度
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的关系为α＋h＝90°(如下图)。
正午太阳高度的计算方法
(1)公式：H＝90°－两点纬度差
(2)含义
①H：观测点的正午太阳高度。
②两点：太阳直射点、观测点。
③纬度差：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。
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°－＝90°－(30°－10°)＝70°。
当太阳直射B点(10°N)时，C点(23°26′S)正午太阳高度是HC＝90°－＝90°－(10°＋23°26′)＝56°34′。
(2021·北京延庆区期末)某学校高二年级地理兴趣小组的同学，在学习“地球运动”内容时，选择学校附近开阔平坦的地方用指南针、量角器等进行研学实践活动(如图2所示)。某日11时20分(北京时间)测得的正午太阳高度和夜晚测得的北极星高度(量角器方位固定不变，如图1所示)。还观测到，这一天过后，同一时刻、同一地点测量学生的身影稍变短。据此完成1～2题。
1．根据活动情况记录可判断，观测地点位于( )
A．河南郑州 B．吉林白山市
C．新疆乌鲁木齐市 D．贵州贵阳
2．观测日期为当地( )
A．春分日 B．夏至日
C．秋分日 D．冬至日
答案 1.B 2.A
解析 第1题，结合材料可知，11时20分(北京时间)是当地地方时正午12时，可计算出当地地方时与北京时间(120°E地方时)的时差为40分钟，可推出当地的经度为130°E，四地中只有吉林白山市符合条件，其余三地都在120°E以西，据此选B。第2题，依据北极星的仰角等于当地的地理纬度，结合图示可推出当地所在地纬度为45°N；读图1可知，该日正午太阳高度为45°，根据正午太阳高度的计算公式可推出太阳直射的纬度是0°。依据材料“这一天过后，同一时刻、同一地点测量学生的身影稍变短”，说明太阳高度在逐渐变大，可排除秋分日，观测日期为当地春分日。故选A。
(江苏地理)住宅的环境设计特别关注树种的选择与布局，不同树种对光照与风有不同影响。下图为“华北某低碳社区(40°N)住宅景观设计示意图”。读图回答3～4题。
3．仅考虑阳光与风两种因素，树种与房屋组合最好的设计是( )
A．① B．② C．③ D．④
4．为保证冬季太阳能最佳利用效果，图中热水器安装角度合理的是( )
A．① B．② C．③ D．④
答案 3.C 4.D
解析 第3题，图示地区位于华北，一年中正午太阳始终位于南方。根据图中太阳能热水器朝向可知，房屋左侧为北，右侧为南。落叶阔叶树夏季遮荫效果好，布局在南侧；冬季，华北地区盛行偏北风，常绿针叶树防风效果好，布局在北侧，故选C。第4题，冬至日该地(40°N)的正午太阳高度为90°－(40°＋23°26′)＝26°34′，太阳能热水器集热板的倾角应与当地的正午太阳高度互余，约为63°26′，④图最接近该角度。
探究点二 昼夜长短的变化
“日出而作，日落而息”，是我们大多数人的生活状态。但有那么一些人，他们生活在极地地区，要面对极昼或极夜的困扰。极昼期，人们的生物钟紊乱；极夜期，长时间的黑暗给人们带来心理上的负面影响。
1．[地理实践力]在下列图中画出太阳光线及晨昏线，用阴影标注夜半球。(提示：太阳光线画在右侧，晨昏线与太阳光线垂直)
答案
2．[综合思维]图a为“夏至日全球的昼长分布图”，总结夏至日全球昼夜长短分布规律。
答案 北半球昼长夜短，纬度越高，昼越长、夜越短，北极圈及其以北地区出现极昼现象；南半球昼短夜长，纬度越高，昼越短、夜越长，南极圈及其以南地区出现极夜现象。
3．[综合思维]图b为“冬至日全球的昼长分布图”，总结冬至日全球昼夜长短分布规律。
答案 北半球昼短夜长，纬度越高，昼越短、夜越长，北极圈及其以北地区出现极夜现象；南半球昼长夜短，纬度越高，昼越长、夜越短，南极圈及其以南地区出现极昼现象。
4．[综合思维]指出太阳直射点位置与极昼、极夜范围的关系。
答案 出现极昼、极夜的最低纬度＝90°－太阳直射点所在纬度。
1．昼夜长短状况——看“位置”
太阳直射点的位置决定昼夜长短状况。太阳直射点在哪个半球，哪个半球昼长夜短，且越向该半球的高纬度地区白昼时间越长。如下图所示：
2．昼夜长短变化——看“移动”
太阳直射点的移动方向决定昼夜长短的变化趋势，纬度高低决定昼夜长短的变化幅度。太阳直射点向哪个半球移动，哪个半球昼变长、夜变短；且纬度越高，昼夜长短变化幅度越大。如下图所示：
3．太阳视运动轨迹
太阳视运动是指一天中肉眼所见太阳在天空中东升西落的运行状况，日出东方，日落西方，地方时12时时位于观察者的正南方或正北方。下图是40°N附近某地在二分二至日的太阳视运动轨迹，该图可反映日出日落时间与昼夜长短、日出日落方位、正午太阳高度等。
4．全球日出、日落方位
太阳直射点位置
非极昼、极夜地区
极昼地区(极点除外)
北半球
东北日出、西北日落
正北日出、正北日落
赤道
正东日出、正西日落
南半球
东南日出、西南日落
正南日出、正南日落
昼夜长短的计算方法
(1)根据昼弧或夜弧的长度进行计算
昼(夜)长时数＝昼(夜)弧度数/15°
(2)根据日出或日落时间进行计算
地方时正午12时把一天的白昼平分成相等的两份，如下图所示：
昼长时数＝(12－日出时间)×2＝(日落时间－12)×2
夜长时数＝(日出时间－0)×2＝(24－日落时间)×2
(注意：以上两个计算公式的日出时间、日落时间均为地方时。另外，昼长时数＝日落时间－日出时间，此公式中的日出时间、日落时间统一标准即可。)
(3)根据分布特点进行计算
①同一纬线上各地同一天的昼夜长短相等，日出、日落地方时也相同。
②南北半球纬度数相同的地区昼夜长短对称分布，即同一日期，北半球各地的昼长(夜长)与南半球同纬度数的夜长(昼长)相等。例如：40°N的昼长等于40°S的夜长。
③同一纬线的昼夜长短在一年中有两个日期相同(赤道和极昼、极夜区除外)，且这两个日期近似关于北半球的二至日对称。
读“某地昼长季节变化图”，回答5～6题。
5．该图反映的地点位于( )
A．北极点 B．北极圈
C．南极点 D．南极圈
6．下列日照图所示日期与上图中A点所代表的日期相同的是(图中阴影表示黑夜)( )
答案 5.D 6.C
解析 第5题，该地在6月22日时昼长为0,12月22日时昼长为24小时，可判断为南极圈上某点。第6题，A点日期为6月22日，北极圈内出现极昼，南极圈内出现极夜，根据地球自转方向可判断A、C图为南半球，B图为北半球，D图昼夜平分。其中C图南极圈内出现极夜，与A点所示日期相同。
(2019·江苏地理)雾灵山位于北京与承德交界处，海拔2 118米，素有“京东第一峰”的美称，是观赏日出和日落的理想之地。下表为“雾灵山部分日期的日出和日落时刻表”。据此回答7～8题。
日期
日出时刻
日落时刻
①
7：32
17：08
②
6：31
18：15
③
4：45
19：39
④
7：22
16：49
7.四个日期中，太阳直射点最靠近赤道的是( )
A．① B．② C．③ D．④
8．一游客于7月某日去雾灵山旅游，当日的太阳视运动轨迹是( )
答案 7.B 8.B
解析 第7题，太阳直射点位于赤道时，全球昼夜平分，各地昼长都为12小时，因此赤道以外的地点昼长最接近12小时的日期太阳直射点最靠近赤道，故选B。第8题，由题干可知，游客到雾灵山旅游的时间为7月，此时太阳直射北半球，当地日出东北，日落西北，且正午太阳应位于正南方，故选B。
(2020·广东深圳市期末)深圳市某校(22°27′N,114°E)组织学生开展正午太阳高度角测量的地理实践活动。完成1～2题。
1．同学们每天的测量时间应为北京时间( )
A．11：24 B．11：36
C．12：00 D．12：24
2．6月18日正午，他们发现学校的旗杆出现“立竿无影”的现象。此现象在深圳一年内会出现两次，另一次可能发生在( )
A．7月14日前后 B．6月26日前后
C．6月14日前后 D．7月26日前后
答案 1.D 2.B
解析 第1题，深圳的地方时是114°E的时间，北京时间是东八区的区时，即120°E的地方时，北京时间比深圳的地方时早6×4＝24分钟，深圳正午就是深圳地方时12时，此时北京时间是12：24，选D。第2题，“立竿无影”说明此时该地有太阳直射现象，由材料可知，6月18日太阳直射深圳，是在夏至日(6月22日前后)前4天，另一次直射的时间应该在夏至日之后4天，即在6月26日前后，选B。
读“某日我国四城市正午太阳高度示意图”，完成3～4题。
3．若四城市为广州、武汉、北京、海口，则图中①②③④分别代表的城市为( )
A．海口、武汉、北京、广州 B．武汉、北京、广州、海口
C．海口、北京、武汉、广州 D．广州、武汉、北京、海口
4．据图判断，此时我国最有可能处于二十四节气中的( )
A．春分 B．夏至
C．秋分 D．冬至
答案 3.A 4.B
解析 第3题，四个城市中，广州、海口可能被太阳直射，若太阳直射海口，则另外三个城市正午时太阳均位于正南方。由图可知，①城市正午时太阳位于正北方，只能是海口；④城市被太阳直射，是广州；武汉的正午太阳高度大于北京。第4题，据上题分析可知，太阳直射广州(北回归线附近)，即为北半球的夏至。
下图是“北半球冬至日四地纬线昼弧、夜弧分布状况示意图”。据此回答5～6题。
5．四地中位于南半球的是( )
A．甲、乙 B．乙、丙
C．丙、丁 D．甲、丁
6．图中乙和丁的周长相等，但昼弧和夜弧的长度相反，则两地( )
A．处于同一纬线
B．处于同一半球
C．日出、日落的地方时相同
D．昼夜长短相反
答案 5.B 6.D
解析 第5题，北半球冬至日时，南半球昼长夜短。故乙、丙位于南半球。第6题，乙、丁的周长相等，说明其纬度数相同；昼弧和夜弧的长度相反，说明处于不同半球，昼夜长短相反。
读下表，完成7～8题。
地点
最短昼长
最长昼长
三亚(18°15′N)
约11小时
约13小时
漠河(53°33′N)
约7小时
约17小时
7.三亚昼最长时的节气是( )
A．冬至 B．夏至
C．春分 D．秋分
8．漠河昼长( )
A．始终长于三亚 B．变化幅度小于三亚
C．始终短于三亚 D．变化幅度大于三亚
答案 7.B 8.D
解析 第7题，三亚位于北半球，北半球的夏至日，三亚白昼最长。第8题，北半球冬半年漠河昼长短于三亚，北半球夏半年漠河昼长长于三亚；纬度越高，昼长的变化幅度越大，漠河纬度比三亚高，故漠河昼长变化幅度大于三亚。
(2020·吉林省实验中学月考)读“五带分布图”，完成9～10题。
9．下列地区四季变化最明显的是( )
A．热带 B．北温带
C．北寒带 D．低纬度地区
10．如果黄赤交角变为0°，下列说法错误的是( )
A．地球上任意位置年内昼夜长短将保持不变
B．地球上任意位置年内正午太阳高度角将保持不变
C．四季将消失
D．地球上将不存在热量差异
答案 9.B 10.D
解析 第9题，热带处于低纬度地区，有阳光直射现象，终年炎热，故A、D错误；寒带有极昼极夜现象，无阳光直射现象，终年寒冷，故C错误；温带既无阳光直射也无极昼极夜现象，四季分明，故该题选B。第10题，若黄赤交角变为0°，则太阳直射赤道，全球各地昼夜等分，无极昼极夜现象；黄赤交角变为0°，太阳直射点不移动，所以地球上任意位置年内正午太阳高度角将保持不变；全球各地昼夜等分，各地正午太阳高度角将保持不变，也就没有了四季的更替；黄赤交角变为0°，太阳直射赤道，高低纬度获得的太阳辐射多少不同，仍存在热量差异，故D正确。
(2020·河北安平中学期末)下面为“上海某日天气预报的截图”。读图完成11～12题。
11．据图中所示信息，与当日最接近的节气是( )
A．秋分(9月23日前后) B．春分(3月21日前后)
C．寒露(10月8日前后) D．清明(4月5日前后)
12．当天太阳直射点的位置和移动方向是( )
A．南半球，向北移 B．北半球，向北移
C．北半球，向南移 D．南半球，向南移
答案 11.B 12.A
解析 由材料今日日出时间为6：10，日落时间为17：58可知，今日昼长＝日落时间－日出时间＝11小时48分；明日日出时间为6：09，日落时间为17：59，明日昼长＝日落时间－日出时间＝11小时50分。这两天昼短夜长，但昼渐长，且昼长接近12小时，说明太阳直射点位于南半球并向北移动且接近赤道，与当日最接近的节气是春分，故第11题选B、第12题选A。
位于河南省的贾湖遗址(33.5°N)中发现贾湖先人将骨笛和叉形器组合起来，做成原始“圭表”，以观测正午日影。下图示意该原始“圭表”使用原理(图中①②③分别代表二分二至日时的日影末端位置)。读图完成13～14题。
13．贾湖先人利用骨笛和叉形器观测时，应将( )
A．两根木桩按东西对位，叉形器置于东端
B．两根木桩按东西对位，叉形器置于西端
C．两根木桩按南北对位，叉形器置于南端
D．两根木桩按南北对位，叉形器置于北端
14．当贾湖先人进行农作物春播时，骨笛上正午日影末端位于( )
A．①②之间，正在向②处移动
B．①②之间，正在向①处移动
C．②③之间，正在向③处移动
D．②③之间，正在向②处移动
答案 13.C 14.C
解析 第13题，我国河南省位于北回归线以北，一年中正午太阳始终位于其正南方，日影朝正北，因此应将两根木桩按南北对位，叉形器置于南端。故C正确。第14题，读图可知，①处日影最长，应代表冬至日；③处日影最短，应代表夏至日；②位于①③之间，为二分日。一般我们把3、4、5月份视为春季，因此贾湖先人进行农作物春播的时间应选在春分与夏至之间，即骨笛上正午日影末端位于②③之间，正在向③处移动时。故C正确。
(2018·江苏地理)下图为“某地二分二至日太阳视运动示意图”。读图回答15～16题。
15．线①所示太阳视运动轨迹出现时的节气为( )
A．春分 B．夏至 C．秋分 D．冬至
16．该地所属省级行政区可能是( )
A．琼 B．新 C．苏 D．赣
答案 15.D 16.B
解析 第15题，根据太阳视运动图，二分二至日太阳高度角最大的时候，太阳方位都位于该地的正南方向，所以该地区位于北回归线以北。①所示节气正午太阳高度角最小，故为冬至。第16题，图中夏至日正午太阳高度角约为70°，根据正午太阳高度角的计算公式可知，该地纬度约为43°26′N，故可能在新疆。
17．根据材料，探究下列问题。(7分)
为改善农村生活条件，济南地区推行了“阳光工程”，即在农村推广使用太阳能热水器。山东一个农村中学(约36°N)地理学习小组的同学对学校附近村庄的太阳能安装使用情况进行了走访调查，发现太阳能支架是固定的，长度不可调节，于是他们提出了整改方案，将支架改造成可调节的活动支架，如下图。
(1)一年中该地太阳能支架最短的日期是哪一天，为什么？(3分)
(2)为了充分利用太阳能，集热板与地面夹角的调节范围是多少？(4分)
答案 (1)6月22日(夏至日)。 因为6月22日该地正午太阳高度最大，因此必须调整支架为最短，才能使集热板与太阳光线垂直。
(2)12°34′～59°26′。
解析 (1)太阳能支架最短，即集热板与地面夹角最小，正午太阳高度最大。(2)集热板与地面夹角与正午太阳高度互余，且该地夏至日集热板与地面夹角最小，冬至日最大。
18．(2020·山东潍坊期中)阅读图文资料，完成下列要求。(14分)
2020年5月27日上午11时，我国珠峰高程测量登山队正式登顶珠穆朗玛峰(87°E,28°N)。潍坊某学校(119°E,36°36′N)地理兴趣小组在老师的带领下围绕该地理事件深入研究地球运动的地理意义。兴趣小组经过查询得知，5月27日学校所在地的正午太阳高度是70°24′，小明同学在老师指导下绘制了北半球二分二至日地球公转轨道上的位置示意图(下图所示)。
(1)在图中弧线上用箭头标注地球的公转方向。在公转轨道上用“●”标注登顶珠峰当日的地球位置，并描述该日之后一周内潍坊的昼夜长短状况及变化特点。(6分)
(2)计算登顶珠峰时刻该学校的地方时，并描述当日全球正午太阳高度的变化规律。(4分)
(3)兴趣小组经过查询得知，5月27日珠峰顶部的昼长与潍坊仅差几分钟。试分析其原因。(4分)
答案 (1)作图如下。
登顶后一周内潍坊昼长夜短；昼渐长，夜渐短。
(2)10∶56(10时56分)。大约从17°N纬线向南北两侧递减。
(3)潍坊较珠峰顶部的纬度高，但珠峰顶部较潍坊的地势高，所以两地昼长接近。
课时2 地球公转的地理意义
课程标准
结合实例，说明地球运动的地理意义。
学习目标
1.利用教具、示意图或地理信息技术软件，演示正午太阳高度变化，探究学校所在地正午太阳高度与物体影长的变化规律，培养地理实践力与综合思维。2.利用教具、示意图或地理信息技术软件，演示昼夜长短的季节变化，归纳昼夜长短变化的纬度分布规律，阐释其变化原因，培养地理实践力与综合思维。3.利用示意图或地理信息技术软件，理解五带形成、四季更替的原因，说明五带的划分依据，分析四季更替的纬度差异及其原因，培养综合思维和区域认知。
一、正午太阳高度角的变化
1．概念
(1)太阳高度：太阳光线与地平面之间的夹角。
(2)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。
2．变化规律
(1)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。
时间
正午太阳高度变化规律
春、秋分日
由赤道向南北两侧递减
夏至日
由北回归线向南北两侧递减
冬至日
由南回归线向南北两侧递减
(2)季节变化
时间
正午太阳高度最大值地区
正午太阳高度最小值地区
夏至日
北回归线及其以北地区
南半球各纬度地区
冬至日
南回归线及其以南地区
北半球各纬度地区
春、秋分日
赤道
极点
判断
1．在晨昏线上，太阳高度为0°。( √ )
2．同一纬线上各地正午太阳高度相等。( √ )
3．夏至日，北半球各地正午太阳高度达一年中最大值。( × )
4．冬至日，正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减。( √ )
二、昼夜长短的变化
1．判断依据：若昼弧长于夜弧，则昼长夜短；反之，则昼短夜长；若昼弧等于夜弧，则昼夜等长。
2．变化规律
(1)赤道上：终年昼夜等长。
(2)北半球
时间
昼夜长短
分布规律
特殊节气
北半球夏半年(春分日至秋分日)
昼长夜短
纬度越高，昼越长，北极附近出现极昼现象
夏至日时，北半球各地昼长达一年中最大值，极昼范围也达最大
北半球冬半年(秋分日至次年春分日)
昼短夜长
纬度越高，昼越短，北极附近出现极夜现象
冬至日时，北半球各地夜长达一年中最大值，极夜范围也达最大
(3)南半球情况与北半球相反。
(4)春分日和秋分日：全球昼夜等长，各为12时。
判断
1．太阳直射点所在的半球(南北半球)，昼长大于夜长。( √ )
2．某地太阳直射时，昼最长、夜最短。( × )
3．纬度越高，昼夜长短的变化幅度越大。( √ )
三、五带与四季的形成
1．五带的形成
(1)划分依据：太阳直射点的变化特征以及地表所接受的太阳辐射量的多少。
(2)五带的划分
2．四季的形成
(1)表现
①夏季，正午太阳高度大，白昼时间长，所获太阳辐射能量多，气温较高。
②冬季，正午太阳高度小，白昼时间短，所获太阳辐射能量少，气温较低。
③春秋季是冬夏季之间的过渡季节。
(2)划分
北温带的一些国家：3、4、5月为春季，6、7、8月为夏季，9、10、11月为秋季，12、1、2月为冬季。
探究点一 正午太阳高度及其影响
冲着“稀缺小高层(15层)，层高达3 m，楼间距60 m”的宣传广告，我国南方某市(21°34′N)一些市民先后在该小区购买了商品房。岂料两年后开发商改变建筑方案，楼层数没变，但楼房的间距仅为40 m。为此，该小区的业主们将开发商告上法庭。
1．[综合思维]你认为小区业主投诉开发商的原因是什么？
答案 原因是开发商缩小了楼间距。在楼层高度一定的情况下，楼间距的大小会影响到采光条件的好坏。楼间距缩小，北面的楼房很可能得不到太阳光的照射，影响室内采光。
2．[综合思维]为保证建筑物底层居室有良好的光照条件，该小区楼间距至少为多少米？
答案 45 m。
3．[地理实践力]在下图中画出北半球二分二至日时的正午太阳高度空间变化曲线，并总结变化规律。
答案
变化规律：①正午太阳高度从太阳直射点所在纬线向南北两侧递减；②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。
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：日出最长正午最短日落最长，且日影方向与太阳方位相反。
(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L＝h·cotH。
(5)计算太阳能热水器安装角度
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的关系为α＋h＝90°(如下图)。
正午太阳高度的计算方法
(1)公式：H＝90°－两点纬度差
(2)含义
①H：观测点的正午太阳高度。
②两点：太阳直射点、观测点。
③纬度差：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。
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°－＝90°－(30°－10°)＝70°。
当太阳直射B点(10°N)时，C点(23°26′S)正午太阳高度是HC＝90°－＝90°－(10°＋23°26′)＝56°34′。
(2021·北京延庆区期末)某学校高二年级地理兴趣小组的同学，在学习“地球运动”内容时，选择学校附近开阔平坦的地方用指南针、量角器等进行研学实践活动(如图2所示)。某日11时20分(北京时间)测得的正午太阳高度和夜晚测得的北极星高度(量角器方位固定不变，如图1所示)。还观测到，这一天过后，同一时刻、同一地点测量学生的身影稍变短。据此完成1～2题。
1．根据活动情况记录可判断，观测地点位于( )
A．河南郑州 B．吉林白山市
C．新疆乌鲁木齐市 D．贵州贵阳
2．观测日期为当地( )
A．春分日 B．夏至日
C．秋分日 D．冬至日
答案 1.B 2.A
解析 第1题，结合材料可知，11时20分(北京时间)是当地地方时正午12时，可计算出当地地方时与北京时间(120°E地方时)的时差为40分钟，可推出当地的经度为130°E，四地中只有吉林白山市符合条件，其余三地都在120°E以西，据此选B。第2题，依据北极星的仰角等于当地的地理纬度，结合图示可推出当地所在地纬度为45°N；读图1可知，该日正午太阳高度为45°，根据正午太阳高度的计算公式可推出太阳直射的纬度是0°。依据材料“这一天过后，同一时刻、同一地点测量学生的身影稍变短”，说明太阳高度在逐渐变大，可排除秋分日，观测日期为当地春分日。故选A。
(江苏地理)住宅的环境设计特别关注树种的选择与布局，不同树种对光照与风有不同影响。下图为“华北某低碳社区(40°N)住宅景观设计示意图”。读图回答3～4题。
3．仅考虑阳光与风两种因素，树种与房屋组合最好的设计是( )
A．① B．② C．③ D．④
4．为保证冬季太阳能最佳利用效果，图中热水器安装角度合理的是( )
A．① B．② C．③ D．④
答案 3.C 4.D
解析 第3题，图示地区位于华北，一年中正午太阳始终位于南方。根据图中太阳能热水器朝向可知，房屋左侧为北，右侧为南。落叶阔叶树夏季遮荫效果好，布局在南侧；冬季，华北地区盛行偏北风，常绿针叶树防风效果好，布局在北侧，故选C。第4题，冬至日该地(40°N)的正午太阳高度为90°－(40°＋23°26′)＝26°34′，太阳能热水器集热板的倾角应与当地的正午太阳高度互余，约为63°26′，④图最接近该角度。
探究点二 昼夜长短的变化
“日出而作，日落而息”，是我们大多数人的生活状态。但有那么一些人，他们生活在极地地区，要面对极昼或极夜的困扰。极昼期，人们的生物钟紊乱；极夜期，长时间的黑暗给人们带来心理上的负面影响。
1．[地理实践力]在下列图中画出太阳光线及晨昏线，用阴影标注夜半球。(提示：太阳光线画在右侧，晨昏线与太阳光线垂直)
答案
2．[综合思维]图a为“夏至日全球的昼长分布图”，总结夏至日全球昼夜长短分布规律。
答案 北半球昼长夜短，纬度越高，昼越长、夜越短，北极圈及其以北地区出现极昼现象；南半球昼短夜长，纬度越高，昼越短、夜越长，南极圈及其以南地区出现极夜现象。
3．[综合思维]图b为“冬至日全球的昼长分布图”，总结冬至日全球昼夜长短分布规律。
答案 北半球昼短夜长，纬度越高，昼越短、夜越长，北极圈及其以北地区出现极夜现象；南半球昼长夜短，纬度越高，昼越长、夜越短，南极圈及其以南地区出现极昼现象。
4．[综合思维]指出太阳直射点位置与极昼、极夜范围的关系。
答案 出现极昼、极夜的最低纬度＝90°－太阳直射点所在纬度。
1．昼夜长短状况——看“位置”
太阳直射点的位置决定昼夜长短状况。太阳直射点在哪个半球，哪个半球昼长夜短，且越向该半球的高纬度地区白昼时间越长。如下图所示：
2．昼夜长短变化——看“移动”
太阳直射点的移动方向决定昼夜长短的变化趋势，纬度高低决定昼夜长短的变化幅度。太阳直射点向哪个半球移动，哪个半球昼变长、夜变短；且纬度越高，昼夜长短变化幅度越大。如下图所示：
3．太阳视运动轨迹
太阳视运动是指一天中肉眼所见太阳在天空中东升西落的运行状况，日出东方，日落西方，地方时12时时位于观察者的正南方或正北方。下图是40°N附近某地在二分二至日的太阳视运动轨迹，该图可反映日出日落时间与昼夜长短、日出日落方位、正午太阳高度等。
4．全球日出、日落方位
太阳直射点位置
非极昼、极夜地区
极昼地区(极点除外)
北半球
东北日出、西北日落
正北日出、正北日落
赤道
正东日出、正西日落
南半球
东南日出、西南日落
正南日出、正南日落
昼夜长短的计算方法
(1)根据昼弧或夜弧的长度进行计算
昼(夜)长时数＝昼(夜)弧度数/15°
(2)根据日出或日落时间进行计算
地方时正午12时把一天的白昼平分成相等的两份，如下图所示：
昼长时数＝(12－日出时间)×2＝(日落时间－12)×2
夜长时数＝(日出时间－0)×2＝(24－日落时间)×2
(注意：以上两个计算公式的日出时间、日落时间均为地方时。另外，昼长时数＝日落时间－日出时间，此公式中的日出时间、日落时间统一标准即可。)
(3)根据分布特点进行计算
①同一纬线上各地同一天的昼夜长短相等，日出、日落地方时也相同。
②南北半球纬度数相同的地区昼夜长短对称分布，即同一日期，北半球各地的昼长(夜长)与南半球同纬度数的夜长(昼长)相等。例如：40°N的昼长等于40°S的夜长。
③同一纬线的昼夜长短在一年中有两个日期相同(赤道和极昼、极夜区除外)，且这两个日期近似关于北半球的二至日对称。
读“某地昼长季节变化图”，回答5～6题。
5．该图反映的地点位于( )
A．北极点 B．北极圈
C．南极点 D．南极圈
6．下列日照图所示日期与上图中A点所代表的日期相同的是(图中阴影表示黑夜)( )
答案 5.D 6.C
解析 第5题，该地在6月22日时昼长为0,12月22日时昼长为24小时，可判断为南极圈上某点。第6题，A点日期为6月22日，北极圈内出现极昼，南极圈内出现极夜，根据地球自转方向可判断A、C图为南半球，B图为北半球，D图昼夜平分。其中C图南极圈内出现极夜，与A点所示日期相同。
(2019·江苏地理)雾灵山位于北京与承德交界处，海拔2 118米，素有“京东第一峰”的美称，是观赏日出和日落的理想之地。下表为“雾灵山部分日期的日出和日落时刻表”。据此回答7～8题。
日期
日出时刻
日落时刻
①
7：32
17：08
②
6：31
18：15
③
4：45
19：39
④
7：22
16：49
7.四个日期中，太阳直射点最靠近赤道的是( )
A．① B．② C．③ D．④
8．一游客于7月某日去雾灵山旅游，当日的太阳视运动轨迹是( )
答案 7.B 8.B
解析 第7题，太阳直射点位于赤道时，全球昼夜平分，各地昼长都为12小时，因此赤道以外的地点昼长最接近12小时的日期太阳直射点最靠近赤道，故选B。第8题，由题干可知，游客到雾灵山旅游的时间为7月，此时太阳直射北半球，当地日出东北，日落西北，且正午太阳应位于正南方，故选B。
(2020·广东深圳市期末)深圳市某校(22°27′N,114°E)组织学生开展正午太阳高度角测量的地理实践活动。完成1～2题。
1．同学们每天的测量时间应为北京时间( )
A．11：24 B．11：36
C．12：00 D．12：24
2．6月18日正午，他们发现学校的旗杆出现“立竿无影”的现象。此现象在深圳一年内会出现两次，另一次可能发生在( )
A．7月14日前后 B．6月26日前后
C．6月14日前后 D．7月26日前后
答案 1.D 2.B
解析 第1题，深圳的地方时是114°E的时间，北京时间是东八区的区时，即120°E的地方时，北京时间比深圳的地方时早6×4＝24分钟，深圳正午就是深圳地方时12时，此时北京时间是12：24，选D。第2题，“立竿无影”说明此时该地有太阳直射现象，由材料可知，6月18日太阳直射深圳，是在夏至日(6月22日前后)前4天，另一次直射的时间应该在夏至日之后4天，即在6月26日前后，选B。
读“某日我国四城市正午太阳高度示意图”，完成3～4题。
3．若四城市为广州、武汉、北京、海口，则图中①②③④分别代表的城市为( )
A．海口、武汉、北京、广州 B．武汉、北京、广州、海口
C．海口、北京、武汉、广州 D．广州、武汉、北京、海口
4．据图判断，此时我国最有可能处于二十四节气中的( )
A．春分 B．夏至
C．秋分 D．冬至
答案 3.A 4.B
解析 第3题，四个城市中，广州、海口可能被太阳直射，若太阳直射海口，则另外三个城市正午时太阳均位于正南方。由图可知，①城市正午时太阳位于正北方，只能是海口；④城市被太阳直射，是广州；武汉的正午太阳高度大于北京。第4题，据上题分析可知，太阳直射广州(北回归线附近)，即为北半球的夏至。
下图是“北半球冬至日四地纬线昼弧、夜弧分布状况示意图”。据此回答5～6题。
5．四地中位于南半球的是( )
A．甲、乙 B．乙、丙
C．丙、丁 D．甲、丁
6．图中乙和丁的周长相等，但昼弧和夜弧的长度相反，则两地( )
A．处于同一纬线
B．处于同一半球
C．日出、日落的地方时相同
D．昼夜长短相反
答案 5.B 6.D
解析 第5题，北半球冬至日时，南半球昼长夜短。故乙、丙位于南半球。第6题，乙、丁的周长相等，说明其纬度数相同；昼弧和夜弧的长度相反，说明处于不同半球，昼夜长短相反。
读下表，完成7～8题。
地点
最短昼长
最长昼长
三亚(18°15′N)
约11小时
约13小时
漠河(53°33′N)
约7小时
约17小时
7.三亚昼最长时的节气是( )
A．冬至 B．夏至
C．春分 D．秋分
8．漠河昼长( )
A．始终长于三亚 B．变化幅度小于三亚
C．始终短于三亚 D．变化幅度大于三亚
答案 7.B 8.D
解析 第7题，三亚位于北半球，北半球的夏至日，三亚白昼最长。第8题，北半球冬半年漠河昼长短于三亚，北半球夏半年漠河昼长长于三亚；纬度越高，昼长的变化幅度越大，漠河纬度比三亚高，故漠河昼长变化幅度大于三亚。
(2020·吉林省实验中学月考)读“五带分布图”，完成9～10题。
9．下列地区四季变化最明显的是( )
A．热带 B．北温带
C．北寒带 D．低纬度地区
10．如果黄赤交角变为0°，下列说法错误的是( )
A．地球上任意位置年内昼夜长短将保持不变
B．地球上任意位置年内正午太阳高度角将保持不变
C．四季将消失
D．地球上将不存在热量差异
答案 9.B 10.D
解析 第9题，热带处于低纬度地区，有阳光直射现象，终年炎热，故A、D错误；寒带有极昼极夜现象，无阳光直射现象，终年寒冷，故C错误；温带既无阳光直射也无极昼极夜现象，四季分明，故该题选B。第10题，若黄赤交角变为0°，则太阳直射赤道，全球各地昼夜等分，无极昼极夜现象；黄赤交角变为0°，太阳直射点不移动，所以地球上任意位置年内正午太阳高度角将保持不变；全球各地昼夜等分，各地正午太阳高度角将保持不变，也就没有了四季的更替；黄赤交角变为0°，太阳直射赤道，高低纬度获得的太阳辐射多少不同，仍存在热量差异，故D正确。
(2020·河北安平中学期末)下面为“上海某日天气预报的截图”。读图完成11～12题。
11．据图中所示信息，与当日最接近的节气是( )
A．秋分(9月23日前后) B．春分(3月21日前后)
C．寒露(10月8日前后) D．清明(4月5日前后)
12．当天太阳直射点的位置和移动方向是( )
A．南半球，向北移 B．北半球，向北移
C．北半球，向南移 D．南半球，向南移
答案 11.B 12.A
解析 由材料今日日出时间为6：10，日落时间为17：58可知，今日昼长＝日落时间－日出时间＝11小时48分；明日日出时间为6：09，日落时间为17：59，明日昼长＝日落时间－日出时间＝11小时50分。这两天昼短夜长，但昼渐长，且昼长接近12小时，说明太阳直射点位于南半球并向北移动且接近赤道，与当日最接近的节气是春分，故第11题选B、第12题选A。
位于河南省的贾湖遗址(33.5°N)中发现贾湖先人将骨笛和叉形器组合起来，做成原始“圭表”，以观测正午日影。下图示意该原始“圭表”使用原理(图中①②③分别代表二分二至日时的日影末端位置)。读图完成13～14题。
13．贾湖先人利用骨笛和叉形器观测时，应将( )
A．两根木桩按东西对位，叉形器置于东端
B．两根木桩按东西对位，叉形器置于西端
C．两根木桩按南北对位，叉形器置于南端
D．两根木桩按南北对位，叉形器置于北端
14．当贾湖先人进行农作物春播时，骨笛上正午日影末端位于( )
A．①②之间，正在向②处移动
B．①②之间，正在向①处移动
C．②③之间，正在向③处移动
D．②③之间，正在向②处移动
答案 13.C 14.C
解析 第13题，我国河南省位于北回归线以北，一年中正午太阳始终位于其正南方，日影朝正北，因此应将两根木桩按南北对位，叉形器置于南端。故C正确。第14题，读图可知，①处日影最长，应代表冬至日；③处日影最短，应代表夏至日；②位于①③之间，为二分日。一般我们把3、4、5月份视为春季，因此贾湖先人进行农作物春播的时间应选在春分与夏至之间，即骨笛上正午日影末端位于②③之间，正在向③处移动时。故C正确。
(2018·江苏地理)下图为“某地二分二至日太阳视运动示意图”。读图回答15～16题。
15．线①所示太阳视运动轨迹出现时的节气为( )
A．春分 B．夏至 C．秋分 D．冬至
16．该地所属省级行政区可能是( )
A．琼 B．新 C．苏 D．赣
答案 15.D 16.B
解析 第15题，根据太阳视运动图，二分二至日太阳高度角最大的时候，太阳方位都位于该地的正南方向，所以该地区位于北回归线以北。①所示节气正午太阳高度角最小，故为冬至。第16题，图中夏至日正午太阳高度角约为70°，根据正午太阳高度角的计算公式可知，该地纬度约为43°26′N，故可能在新疆。
17．根据材料，探究下列问题。(7分)
为改善农村生活条件，济南地区推行了“阳光工程”，即在农村推广使用太阳能热水器。山东一个农村中学(约36°N)地理学习小组的同学对学校附近村庄的太阳能安装使用情况进行了走访调查，发现太阳能支架是固定的，长度不可调节，于是他们提出了整改方案，将支架改造成可调节的活动支架，如下图。
(1)一年中该地太阳能支架最短的日期是哪一天，为什么？(3分)
(2)为了充分利用太阳能，集热板与地面夹角的调节范围是多少？(4分)
答案 (1)6月22日(夏至日)。 因为6月22日该地正午太阳高度最大，因此必须调整支架为最短，才能使集热板与太阳光线垂直。
(2)12°34′～59°26′。
解析 (1)太阳能支架最短，即集热板与地面夹角最小，正午太阳高度最大。(2)集热板与地面夹角与正午太阳高度互余，且该地夏至日集热板与地面夹角最小，冬至日最大。
18．(2020·山东潍坊期中)阅读图文资料，完成下列要求。(14分)
2020年5月27日上午11时，我国珠峰高程测量登山队正式登顶珠穆朗玛峰(87°E,28°N)。潍坊某学校(119°E,36°36′N)地理兴趣小组在老师的带领下围绕该地理事件深入研究地球运动的地理意义。兴趣小组经过查询得知，5月27日学校所在地的正午太阳高度是70°24′，小明同学在老师指导下绘制了北半球二分二至日地球公转轨道上的位置示意图(下图所示)。
(1)在图中弧线上用箭头标注地球的公转方向。在公转轨道上用“●”标注登顶珠峰当日的地球位置，并描述该日之后一周内潍坊的昼夜长短状况及变化特点。(6分)
(2)计算登顶珠峰时刻该学校的地方时，并描述当日全球正午太阳高度的变化规律。(4分)
(3)兴趣小组经过查询得知，5月27日珠峰顶部的昼长与潍坊仅差几分钟。试分析其原因。(4分)
答案 (1)作图如下。
登顶后一周内潍坊昼长夜短；昼渐长，夜渐短。
(2)10∶56(10时56分)。大约从17°N纬线向南北两侧递减。
(3)潍坊较珠峰顶部的纬度高，但珠峰顶部较潍坊的地势高，所以两地昼长接近。
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