2021版地理提能大一轮复习课标版文档：第二单元　第四讲　地球的公转（二）——正午太阳高度的变化、四季与五带 学案

第四讲　地球的公转(二)

——正午太阳高度的变化、四季与五带

考点一　正午太阳高度的变化规律

　　读图,完成下列内容。

1.太阳高度:太阳相对于地平面的高度角,最大值是①　90°　。 

2.正午太阳高度:当地地方时为②　12　时的太阳高度。 

3.正午太阳高度的纬度变化规律

正午太阳高度从太阳③　直射点　所在纬度向南北两侧递减。 

二分二至日太阳高度分布示意图

(1)夏至日:正午太阳高度由④　北回归线　向南北两侧递减,如图中⑤　c　折线所示。 

(2)冬至日:正午太阳高度由⑥　南回归线　向南北两侧递减,如图中⑦　a　折线所示。 

(3)春、秋分日:正午太阳高度由⑧　赤道　向南北两侧递减,如图中⑨　b　折线所示。 

4.正午太阳高度的季节变化规律

正午太阳高度的变化规律

(1)纬度变化规律

①同一时刻,由太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。

②地球上,同一日同一纬线上正午太阳高度相等,直射点所在纬度上的正午太阳高度最大(90°)。

(2)季节变化规律:同一地点,正午太阳高度随着季节变化发生有规律的变化。其数值具有“来增去减”的特点,即若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。如下图所示:

正午太阳高度的周年变化规律

各纬度变化具体如下:

• 特别提示

正午太阳高度的年变化幅度

在南北回归线之间的地区,其正午太阳高度的年变化幅度ΔH=23°26'+Φ(Φ为当地纬度);在回归线与极圈之间的地区,其正午太阳高度的年变化幅度恒为46°52';从极圈到极点之间的地区,其正午太阳高度的年变化幅度从46°52'逐渐降低至23°26'。

命题视角　正午太阳高度的变化规律

　　2015年某日出现了日食现象,在四幅日照图中,深色阴影为夜半球,浅色阴影为当时可观测到日食的地区范围。读图,回答下面两题。

1.发生日食的这天,在图中所示四地中,正午太阳高度角最大的是　　(　　)

A.甲 B.乙 

C.丙 D.丁

答案　A　本题考查地球运动的地理意义。据图分析,此时晨昏线大致经过南北极点,太阳直射点位于赤道附近,甲地离赤道最近,正午太阳高度角最大,A项正确。

2.在上图所示四地中,观测者正朝西南方向观测日食的是(　　)

A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

答案　D　本题考查地球运动的地理意义。观察者朝西南方向观测日食,说明此时太阳位于西南方位,为下午时段。由图可知,甲、乙两地位于晨线附近;丙地处于正午;丁地位于下午时段,太阳位于其西南方向,可向西南方向观测日食。D项正确。

考点二　正午太阳高度的计算与应用

　　读下图,补充相关内容。

图1

图2

(1)若图1位于北半球,只要①　冬至　日这一天南楼不遮挡北楼,全年都不会遮挡;若位于南半球,只要②　夏至　日这一天北楼不遮挡南楼,则全年都不会遮挡。 

(2)若楼间距一样,要想不遮挡阳光,则纬度较高地区的楼高要③　小于　(大于或小于)纬度较低地区的楼高;若楼高一致,则纬度较高地区的楼间距要④　大于　(大于或小于)纬度较低地区的楼间距。 

(3)要保证太阳能集热板最大限度地吸收太阳辐射,太阳光线应⑤　垂直　于集热板,正午太阳高度角(H)与集热板倾角a的关系是⑥　H+a=90°　。 

　　1.正午太阳高度的计算

公式:H=90°-两点纬度差。

“两点”是指所求地点与太阳直射点。两点纬度差的计算遵循“同减异加”原则,即若两点同在北(南)半球,则两点纬度“大数减小数”;若两点分属南北不同半球,则两点纬度数相加。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:H=90°-AB纬度差=90°-(40°-10°)=60°。

C点(23°26'S)正午太阳高度:H=90°-BC纬度差=90°-(10°+23°26')=56°34'。

特别提醒

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,其太阳高度的大小等于太阳直射点的纬度。

2.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

房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。在北回归线以北地区,正午太阳位于正南方,房屋朝南;在南回归线以南地区,正午太阳位于正北方,房屋朝北。

(3)确定当地的地理纬度

当太阳直射点位置一定时,两地纬度相差多少度,正午太阳高度就相差多少度。根据某地某日(二分二至日)正午太阳高度,可判断该地区纬度大小。

(4)判断日影长短及方向

太阳直射点上,物体的影子最短,长度为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。

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)确定楼间距、楼高

为了更好地保证各楼层都有良好的采光,楼与楼之间应当保持适当距离。以我国为例,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为:L=h×cotH。如下图:

(6)计算太阳能热水器的安装角度

为了更好地利用太阳能,应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角,使太阳光与集热板成直角。

集热板与地面之间的夹角(α)和当天的正午太阳高度(H)互余,即α+H=90°时效果最佳。如下图:

(7)判断山地自然带在南坡和北坡的分布高度

一般情况下,由于阳坡正午太阳高度大,得到的光热多,阴坡得到的太阳光热少;因此在相同高度,阳坡温度较高,阴坡温度较低,从而影响到自然带在阳坡和阴坡的分布高度。

命题视角一　正午太阳高度的计算

　　太阳能光热电站(下图)通过数以十万计的反光板聚焦太阳能,给高塔顶端的锅炉加热,产生蒸汽,驱动发电机发电。据此完成下题。

1.若在北回归线上建一太阳能光热电站,其高塔正午影长与塔高的比值为P,则(　　)

A.春、秋分日P=0 B.夏至日P=1

C.全年P<1       D.冬至日P>1

答案　D　本题考查正午太阳高度的计算及影响。可利用右图分析(图中H为塔高、L为正午高塔影长、α为正午太阳高度),依图可知P=L/H;再结合数学知识可知,当α=45°时,P=1,当α>45°时,P<1,当α<45°时,P>1。再利用α=90°-某地与太阳直射点间纬度间隔的正午太阳高度计算公式,可知北回归线上:夏至日α=90°,则P=0;冬至日α<45°,则P>1;春、秋分日α>45°,则P<1。故D选项正确。

　　天津广播电视塔(简称“天塔”)高度约415米。读图文材料,回答下面两题。

图Ⅰ　“天塔”景观照片

图Ⅱ　“天塔”位置示意图

2.拍摄到该照片的时间(北京时间)最可能介于(　　)

A.5:00~7:00  B.8:00~10:00

C.12:00~14:00 D.15:00~17:00

答案　B　本题考查读图能力和地球运动知识。对比地理景观图和位置示意图可以判定,“天塔”影子此时朝向西北方向,说明太阳位于该地的东南方位,结合太阳一天中的位置变化可知,此时应是当地上午,天津的地方时接近北京时间,故B项正确;图中“天塔”影长较短,说明太阳高度较大,故不应是在日出前后,A项错误;12点以后太阳位于偏西方位,影子应朝向东北,C、D项错误。

3.拍摄到该照片的日期最可能介于(　　)

A.1月15日到2月15日

B.3月1日到3月30日

C.5月15日到6月15日

D.10月1日到10月30日

答案　C　本题考查地球运动知识。结合上题分析,“天塔”的影长可以通过比例尺计算得出大约为200米,“天塔”高415米,说明该日天津太阳高度较大,此时并非正午,正午日影应更短,即太阳高度应更大,天津位于40°N附近,太阳高度较大的时间应是太阳直射点位置靠近北回归线的时段,即靠近夏至日,C项正确;A、B、D项太阳直射点位于赤道附近及其以南,即天津的正午太阳高度小于60°,影长应长于415/1.732≈240米,故均不正确。

命题视角二　正午太阳高度的应用

　　福建某中学研究性学习小组,设计了可调节窗户遮阳板,实现教室良好的遮阳与采光。下图示意遮阳板设计原理,据此回答下面两题。

4.遮阳板收起,室内正午太阳光照面积达一年最大值时(　　)

A.全球昼夜平分      B.北半球为夏季

C.太阳直射20°S      D.南极圈以南地区极昼

答案　D　本题以窗户遮阳板设计原理示意图为背景材料,考查正午太阳高度变化规律的相关知识。位于北半球的福建夏季应将遮阳板放下,避免因强光照射导致室内温度太高,冬季收起遮阳板,让尽可能多的光线进入教室,以改善教室热量和采光条件。因此室内正午太阳光照面积达一年最大值时,是正午太阳高度最小的北半球冬至日,此时南极圈以南地区为极昼。故选D。

5.济南某中学生借鉴这一设计,若两地窗户大小形状相同,则应做的调整是(　　)

①安装高度不变,加长遮阳板

②安装高度不变,缩短遮阳板

③遮阳板长度不变,降低安装高度

④遮阳板长度不变,升高安装高度

A.①③ B.①④ 

C.②③ D.②④

答案　A　济南纬度比福建高,冬、夏至日时正午太阳高度均比福建小,因此为了达到和福建一样的效果,济南可以通过降低遮阳板安装高度或加长遮阳板来实现。故选A。

　　如下图:(以夏季放下遮阳板为例)

考点三　四季更替和五带

　　1.形成原因:①　昼夜长短　和正午太阳高度的时间变化,导致全球同纬度地区(除赤道外),②　太阳辐射　在一年中呈现有规律的变化,形成四季,全球不同纬度地区,③　太阳辐射　从低纬度向高纬度呈有规律的递减,据此可划分为五带。 

2.天文四季

3.北温带国家的四季:3、4、5月为春季,夏、秋、冬季依次类推。

4.五带的划分

　　1.地球运动中关于季节判断的依据

　　2.其他判断季节的依据

判断季节的依据,除地球运动相关规律外,还有气温和气压、季风、天气和气候、洋流和水文特征、山地植被和雪线变化、农事活动和极地考察等。

　规律总结　四季更替最明显的是温带;热带地区有阳光直射现象,长夏无冬,四季更替不明显;寒带地区有极昼极夜现象,长冬无夏,四季更替不明显。

命题视角　季节及季节差异的判断　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

　　某日,小明在互联网上看到世界各地好友当天发来的信息:

甲:温暖的海风夹着即将到来的夏天的味道扑面而来。

乙:冬季临近,金黄的落叶铺满了一地。

丙:又一次入秋失败了,这还是我四季分明的家乡吗?

丁:又是黑夜漫长的季节,向北望去,小城上空的极光如彩色帷幕般挂在夜空。据此完成下面两题。

1.(2017课标Ⅲ,10,4分)以上四人所在地从北到南的排列顺序是　　(　　)

A.甲乙丙丁 B.丁乙丙甲 C.丁丙甲乙 D.甲丙乙丁

答案　B　本题考查地球运动及四季。据丁发的信息可知丁位于北极地区且北半球昼短夜长,此时太阳直射点位于南半球。甲所在地即将迎来夏天,应位于南半球;乙所在地冬季临近,应该是北半球四季分明的温带地区;丙所在地秋季临近,说明纬度比乙所在地低,B项正确。

2.(2017课标Ⅲ,11,4分)当天可能是(　　)

A.4月28日 B.6月28日 C.9月2日 D.11月2日

答案　D　由上题分析可知,此时太阳直射南半球,A、B项错误;北温带地区冬季临近,C项错误,D项正确。

一、选择题　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

　　北京某中学地理研究性学习小组发现正午日影长度与二十四节气具有一定的相关性,并以此制作了简易的二十四节气测量仪。据此完成下面两题。

1.(2019陕西西安一模)如果将测量仪放在哈尔滨测日影,需要改进的是(　　)

A.增加竹竿长度 B.改变竹竿与皮尺角度

C.增加皮尺长度 D.改变竹竿与皮尺方位

答案　C　本题考查正午太阳高度相关知识。由于哈尔滨所处纬度比北京高,故其正午太阳高度更小,竹竿的影长会更长,为了能够准确测量,应该增加皮尺的长度,C项正确;如果要改变竹竿的长度,应该是缩短,A项错误;两地正午日影都朝向正北,因此不需要改变竹竿与皮尺的角度和方位,B、D项错误。

2.(2019陕西西安一模)若乙为二分日太阳光线,则北京该日正午竹竿影长(　　)

A.等于1米 B.大于1米

C.小于1米 D.等于2米

答案　C　本题考查正午太阳高度的相关计算。北京的纬度大约为40°N,根据正午太阳高度计算公式可知,北京在春、秋分日时正午太阳高度为50°,故北京该日正午竹竿影长小于1米,选择C项。

　　在对河南省舞阳县贾湖遗址(33.5°N)的考古研究中发现,古人将骨笛和叉形器组合起来,做成观测正午日影的原始“圭表”,如下图所示(图中①②③代表二分二至日的日影末端位置),读图完成下面两题。

3.(2019江西上饶重点中学六校联考)当贾湖先人观测到骨笛上正午日影末端位于(　　)

A.①处时,我国各地的气温达到一年中的最低值

B.②处时,我国各地观测到日出的方位为正东

C.③处时,我国各地的正午太阳高度达到一年中的最大值

D.①②之间时,我国各地的昼长加长

答案　B　当骨笛上正午日影末端位于①处时,为北半球冬至日,我国各地的气温未达到一年中的最低值;位于②处时,为北半球春秋分日,我国各地观测到日出的方位为正东;位于③处时,为北半球夏至日,我国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;位于①②之间时,太阳直射点可能向北移动,也可能向南移动,我国各地的昼长可能加长,也可能缩短。

4.(2019江西上饶重点中学六校联考)若在新西兰的南岛使用此“圭表”进行观测时,应将(　　)

A.两根木桩按东西放置,叉形器置于东端

B.两根木桩按东西放置,叉形器置于西端

C.两根木桩按南北放置,叉形器置于南端

D.两根木桩按南北放置,叉形器置于北端

答案　D　新西兰南岛位于南半球中纬度地区,正午太阳位于正北方向,使用此“圭表”进行观测时,应将两根木桩按南北放置,叉形器置于北端。

　　山东聊城市区(约36.5°N)的宋先生计划在某楼盘购买一套住宅,该住宅东西延伸,南北通透(每户南北均有阳台);三栋楼的楼高均是97米,每层楼高3米,楼间距分别为70米和100米,小区内有一停车场。宋先生的要求是楼层不太高,环境比较安静,朝南的房间全年正午能够照进阳光;为了减少阳光对汽车的损害,还需要选择夏季太阳照射时间较短的停车位。下图示意三栋住宅楼与露天停车位分布示意图,(tan30°≈0.577)。据此完成下面两题。

5.(2019湖南岳阳教学质检)根据宋先生的要求,售楼人员向宋先生推荐的楼号与楼层应该是(　　)

A.一号楼13层 B.一号楼14层

C.二号楼17层 D.二号楼19层

答案　D　结合聊城市纬度位置,根据正午太阳高度的计算方法知,冬至日时该地的正午太阳高度为30°。结合材料信息运用数学方法即可计算出,冬至日一号楼39.3米以上能够获取充足阳光,即一号楼14层及以上可保证全年正午照进阳光,但由于楼层相对较低,环境不够安静。同理通过计算可得知二号楼18层以上可满足宋先生的条件。

6.(2019湖南岳阳教学质检)现仅有甲、乙、丙、丁四个车位还未售出。宋先生最应选择的车位是(　　)

A.甲 B.乙 

C.丙 D.丁

答案　D　结合图示信息,丁车位居于楼后中间且靠近楼体,光照时间较短,可避免阳光对车的损害。

　　某校地理兴趣小组利用周末去学校(约27°N,113°E)附近进行野外考察,下图是该小组绘制的考察区域简图。当北京时间12点28分时,考察小组行走在堤坝ab,此时他们的身影与堤坝基本平行,并指向b处,经过测量,此时身高大约是他们身影的1.73倍。结合图文材料完成下面两题。

7.(2019湖南衡阳一模)洣水在图示河段的流向为(　　)

A.自东南向西北 B.自南向北

C.自西北向东南 D.自北向南

答案　A　由“学校(约27°N,113°E)附近”,可知当北京时间12点28分时,当地地方时为12时(正午),此时太阳位于正南;再结合“身影与堤坝基本平行,并指向b处”,可知堤坝b处指向正北。据此,可判断洣水在图示河段的流向为自东南向西北。

8.(2019湖南衡阳一模)该地理兴趣小组考察的时间最可能是(　　)

A.1月 B.4月 

C.7月 D.10月

答案　D　由材料“此时身高大约是他们身影的1.73倍”,可得出当地正午太阳高度为60°,太阳直射点在3°S附近,故可能是10月或3月。结合选项,可判断D正确。

　　太阳能是一种清洁的新能源,正日益被广泛开发利用。下图为某自动追光式太阳能发电场(41°N,155°E)景观及太阳能电池板工作原理图,读图完成下面三题。

9.(2018山西45校第一次联考)景观图中太阳能电池板(　　)

A.正午时板面朝南 

B.冬春季节发电量最大

C.阴天时不工作 

D.发电量受太阳活动影响大

答案　A　图示地区冬春季节正午太阳高度小,白昼较短,发电量不是最大;太阳能电池板有太阳辐射时就会发电,阴天相对发电量少,但不会不工作;太阳活动对太阳能发电影响不大;该地区位于41°N,正午时板面应朝南。

10.(2018山西45校第一次联考)太阳能电池板工作原理图中,水平转轴的作用是(　　)

A.保持太阳能电池板的稳定

B.调整太阳能电池板在一天中的朝向

C.便于工作人员维修

D.减轻支架的压力

答案　B　太阳能电池板获得较多太阳辐射需要具备的条件:①板面朝向太阳。②板面与太阳光线尽量垂直。水平转轴主要调整太阳能电池板的朝向,使其始终面对太阳。

11.(2018山西45校第一次联考)一年中的正午时分,竖直转轴调节的太阳能电池板的角度差为(　　)

A.23.5° B.41° 

C.47° D.49°

答案　C　该地一年中正午太阳高度变化的最大幅度为47°,太阳能电池板需要调整的幅度也为47°。

二、非选择题

12.下图为某日观测到的90°W经线上不同纬度的日落地方时刻(图中虚线为极圈)。读图,完成下列要求。(16分)

(1)写出此日太阳直射点的纬度。(2分)

(2)写出该经线与60°N纬线交点日落时,与我国日期相同的经度范围。(2分)

(3)据图计算或判断该日图中②地的正午太阳高度、③地的昼长和①地的日出时间。(6分)

(4)试简述图示纬度范围内正午太阳高度的季节变化规律。(6分)

答案　(1)23°26'N。

(2)60°W向东至180°。

(3)②地正午太阳高度:73°26'。③地昼长:20小时。①地日出时间:6时。

(4)23°26'N及其以北地区,夏至日正午太阳高度达全年最大值,冬至日达全年最小值;23°26'N至赤道之间的地区,被太阳直射时正午太阳高度达最大值,冬至日达最小值,赤道地区在春、秋分日正午太阳高度达最大值,冬、夏至日达最小值。

13.我国某城市(36°34'N)的一所住宅小区,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以采光条件差将开发商告上法庭。下图1为该小区平面图,图2为该小区附近学校研究性学习小组绘制的某一日内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。tan30°≈0.577)。

图1

图2

(1)图2中F、G、H、I四个杆影中最接近日出时段的是　　　,该日前后小区住户南面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。

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)楼房间距应比上海大。该城市纬度比上海高,冬至日正午太阳高度比上海小。