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    【教案】1.2.2 第二节 第2课时 正午太阳高度角的变化 鲁教版选择性必修1第1单元
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    高中地理鲁教版 (2019)选择性必修1 自然地理基础第二节 地球公转的意义第2课时教案设计

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    这是一份高中地理鲁教版 (2019)选择性必修1 自然地理基础第二节 地球公转的意义第2课时教案设计,共7页。

    第2课时 正午太阳高度角的变化
    探究 正午太阳高度角的变化
    [必备基础]
    1.正午太阳高度角
    (1)太阳高度角:太阳光线与地平面之间的夹角(如上图),简称太阳高度。
    (2)正午太阳高度角:一天中太阳高度最大值出现在正午,称为正午太阳高度。
    2.正午太阳高度的纬度(空间)变化规律(以北半球为例)
    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。
    (1)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。
    (2)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。
    (3)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.正午太阳高度的季节(时间)变化规律(以北半球为例)
    [微点拨] “太阳高度”“太阳直射”“正午太阳高度”的区别与联系
    (1)太阳高度是指太阳入射光线与观测者所在地平面的交角。
    (2)太阳入射光线与地平面交角为90°时,称为太阳直射。
    (3)一日中太阳高度的最大值即为正午太阳高度。
    (4)若太阳高度为90°,必须同时满足“时间+地点”两个条件:一是时间为当地正午,地方时为12时;二是地点为直射点。
    [关键能力]
    1.正午太阳高度的变化规律
    (1)正午太阳高度的季节变化规律
    (2)正午太阳高度的年变化规律
    (3)正午太阳高度的变化幅度
    ①赤道地区和南、北两极地区的年正午太阳高度最大差值均为23°26′。
    ②0°到南、北纬23°26′之间的地区(或热带地区),年正午太阳高度最大差值从23°26′增大到46°52′。
    ③南、北纬23°26′到南、北纬66°34′之间的地区(或南北温带),年正午太阳高度最大差值均为46°52′。
    ④南、北纬66°34′至极点之间的地区(或南北寒带),年正午太阳高度最大差值从46°52′减小到23°26′。
    2.正午太阳高度的计算方法
    公式:H=90°-两点纬度差。
    说明:“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(40°N)正午太阳高度是:
    HA=90°-AB纬度差=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:
    HC=90°-BC纬度差=90°-(10°+23°26′)=56°34′。
    3.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是:日出最长eq \(――――→,\s\up7(逐渐变短))正午最短eq \(――――→,\s\up7(逐渐变长))日落最长,且日影方向与太阳方向相反。
    (4)推断楼间距
    一般来说,纬度较低的地区,楼间距较小;纬度较高的地区,楼间距较大。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·ct H(H:冬至日正午太阳高度)。
    (5)确定太阳能热水器集热板的安装角度
    太阳能热水器集热板与地面的夹角:为了最大限度地利用太阳能资源,太阳能集热板与地面之间的夹角(α)最好等于该地与太阳直射点所在地的纬度差,或者说和当天正午太阳高度角(H)互余,如图:
    [学科素养]
    2004年,住在合肥市中心司法厅宿舍楼的老干部们发现,安徽某房地产有限公司打算在30米远处建一栋31层的高楼,这楼一旦建成,身为近邻的老人们几乎就要“不见天日”了。趁着高层还未动工,20位老人联名向合肥市规划委员会请求重新规划。经过居民反映、专家测算、规划局论证,结合《中华人民共和国国家标准城市居住区规划》中“大城市住宅日照标准为大寒日≥2小时,冬至日≥1小时,老年人居住的建筑不应低于冬至日日照2小时”的要求,合肥市规划委员会最终撤销了这一尚未破土动工的项目。
    [思考探究]
    1.在我国的大部分地区,楼高一定的情况下,室内的采光状况与楼间距有何关系?
    提示:我国大部分地区都位于北回归线以北,楼高一定的情况下南北方向上的楼间距越小,室内采光时间越短;反之则越长。
    2.我国制定的《中华人民共和国国家标准城市居住区规划》中对住宅接受日照时间的最低标准,为什么要以冬至日来衡量?
    提示:冬至日时我国各地的正午太阳高度达到一年中的最小值。
    3.在北京购买商品住宅时,如果想验证开发商关于“全年都可见到阳光”的销售宣传语的真实性,我们应选择在什么时间去看房?
    提示:选择在冬至前后去看房。
    [训练评价]
    下图为甲、乙两地10~12月正午太阳高度折线图。读图完成1~2题。
    1.有关甲、乙两地位置的描述,图示时期正确的是( )
    A.甲地位于北半球温带 B.乙地位于南半球温带
    C.甲地位于南半球热带 D.乙地位于北半球热带
    2.图示时期( )
    A.甲地正午太阳高度不断减小
    B.两地正午太阳高度之差先减后增
    C.两地白昼长度差值先增后减
    D.乙地白昼时长先缩短后延长
    解析:1.A 2.C 第1题,据题干知,该图为10~12月正午太阳高度变化图,该时期为太阳直射南半球且向南移动时期,据图可知,乙地正午太阳高度有最大90°,说明乙地位于赤道和南回归线之间,为南半球热带地区,B、D均错误;甲地该期间正午太阳高度一直减小,至冬至日为最小,后开始变大,可判断甲位于北半球温带,A正确,C错。第2题,据图可知,甲地正午太阳高度先减小后增大,A错误;两地正午太阳高度之差先增后减,B错误;两地白昼长度差值先增后减,C正确;乙地白昼时长先延长后缩短,D错误。
    太阳能是目前世界上可开发的最大能源,可以源源不断地加以利用,是最清洁的能源之一,太阳能热水器就是目前人们常见的利用方式之一。下图为龙岩市(约25°N)太阳能热水器安装示意图,据材料和图完成3~4题。
    3.龙岩市冬至日的正午太阳高度是( )
    A.18°34′ B.23°26′
    C.48°26′ D.41°34′
    4.从冬至到夏至,龙岩市居民为使太阳能热水器达到最佳集热效果,滑动支架应( )
    A.先升后降 B.先降后升
    C.不断升高 D.不断降低
    解析:3.D 4.D 第3题,冬至日太阳直射23°26′S。据材料可知龙岩市的纬度约25°N,据正午太阳高度的计算公式:H=90°-纬度差=90°-(23°26′+25°)=41°34′。第4题,据图可知,集热板的倾角与正午太阳高度角互余。结合正午太阳高度的计算公式可推出倾角等于纬度差。因此从冬至到夏至,纬度差越来越小,因此龙岩市居民为使太阳能热水器达到最佳集热效果,滑动支架应不断降低。
    5.我国某城市(36°34′N)的一个集欧美建筑精华的住宅小区,设施齐全,环境优美,豪华典雅,完工后当地居民争相购买,然而一年后底层住户因采光条件差将开发商告上法庭。图1为该小区分布平面图,图2为该小区学校研究性学习小组绘制的某日旗杆杆影轨迹示意图。(O为立杆处,虚线为杆影,曲线为杆影端点轨迹,tan 30°≈0.577)结合所学知识,回答问题。
    (1)图2中F、G、H、I四个杆影中最接近日出时段的是__________,该日前后小区住户客厅内的正午阳光照射面积较________。
    (2)该小区底层住户因采光条件差将开发商告上法庭。请你用所学知识为住户们拿出有力的证据。
    (3)为保证住宅获得充足的太阳光照,在楼高相同的情况下,你认为该城市住宅楼群的楼房间距与上海相比有何差异?对你的结论作出合理解释。
    解析:第(1)题,根据该地位于北半球和杆影端点轨迹可以判断此时为夏半年,太阳东北升西北落。因杆影方位与日出方位相反,判断出最接近日出时段的应该是F;夏季正午太阳高度较大,所以南面客厅内的正午阳光照射面积较小。第(2)题,计算步骤如下:冬至日该地正午太阳高度H=90°-纬度差=90-(36°34′+23°26′)=30°,理论楼间距=20÷tan 30°≈34.66 m,而实际楼间距为20 m,故冬至日正午底层住户无阳光照射。第(3)题,该城市纬度比上海高,冬至日正午太阳高度比上海小,前楼的影长大于上海,所以楼房间距宽于上海。
    答案:(1)F 小
    (2)小区位于36°34′N,12月22日正午太阳高度最小,为30°;正午时,楼的影长达34.66 m,远大于楼间距20 m。
    (3)楼房间距应比上海宽。该城市纬度比上海高,冬至日正午太阳高度比上海小。
    [体系构建]
    [学以致用]
    1.暑假时,小明来到北京,参观仰慕已久的清华大学校园,在清华大学校园中看到了古老的计时设施——日晷。他看到日晷上铭刻着“行胜于言”四字,导游介绍说这是清华人的理念,也是中国人的价值观。日晷由晷针和晷盘组成,晷针垂直于太阳视运动的轨道平面,上端指向北极星方向。在晷盘面上刻划出12格,每格代表两个小时,当太阳光照在日晷上时,晷针的影子投向晷盘面,并以此来显示时刻。
    请思考:如果小明此时看到的晷盘面上的晷针影子如上图所示,你能推断出他何时参观的清华大学的校园吗?提示:日晷针影的朝向为西北方向,说明太阳位于东南方向,根据图中晷针影子的角度,判断此时应该是在上午9时左右。
    2.我国古人造字,蕴含着某些地理知识,如“间”——“门里有日午间到”,午间即正午。如图所示:
    请思考:
    (1)图中房屋最可能朝向哪个方向?
    提示:因为我国在北半球,所以图中的房屋最可能坐北朝南。
    (2)冬至时,照进图示房屋内的阳光面积达到一年中的最大还是最小?为什么?之后该房屋内的光照面积会发生什么变化?
    提示:最大。冬至时太阳直射南回归线,对于北半球来说,此时太阳高度达到一年中最小值,太阳高度越低,照进室内的阳光面积越大。之后光照面积会逐渐变小。
    课标要求
    结合实例,说明地球运动的地理意义。
    素养解读
    1.结合相关图示,运用综合思维理解正午太阳高度的变化规律及四季、五带的划分依据。
    2.根据日常观察,掌握正午太阳高度的年变化特点、四季的更替特征,提高地理实践力。
    3.根据相关资料,运用综合思维理解正午太阳高度的变化在生产、生活中的应用。
    节气
    最大值地区
    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
    二分日
    赤道
    极点
    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)
    递变规律
    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)
    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°26′增大至46°52′),赤道上为23°26′,回归线上为46°52′
    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46°52′)
    极圈以内
    地区
    纬度越高,正午太阳高度变化幅度越小(由46°52′减小至23°26′),极圈上为46°52′,极点上为23°26′
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