正午太阳高度全解全析

第二章宇宙中的地球正午太阳高度的变化第6课模块一必修一考点1正午太阳高度的变化规律及其计算1．太阳高度与正午太阳高度太阳相对于地平面的高度角叫太阳高度，太阳高度的最大值为90°。正午太阳高度就是一天中最大的太阳高度，也就是太阳直射当地经线时的太阳高度，此时当地的地方时为12时。如下图所示：太阳高度的全球分布规律：由直射点向四周递减，直至晨昏圈上为0°，呈同心圆分布。太阳高度的日变化：极点上，在极昼期间，太阳高度在一天之内没有变化，其太阳高度始终等于太阳直射点的纬度，如下图甲；非极点地区，太阳高度在一日之内是有变化的，一天之内有一个最大值，即当地的正午太阳高度，如下图乙。(1)正午太阳高度的纬度变化规律同一时刻，从太阳直射点向南北两侧递减；同一地点，离太阳直射点所在纬线越近，正午太阳高度角越大，“点近角大、点远角小”；纬度相差多少度(1°)，正午太阳高度角就相差多少度(1°)。具体如下表：2．正午太阳高度的变化规律节气太阳直射点正午太阳高度的纬度变化春分赤道赤道正午太阳高度为90°，由赤道向南北两极递减夏至北回归线北回归线正午太阳高度为90°，由北回归线向南北两侧递减秋分赤道赤道正午太阳高度为90°，由赤道向南北两极递减冬至南回归线南回归线正午太阳高度为90°，由南回归线向南北两侧递减归纳太阳直射点所在纬度正午太阳高度为90°，距离太阳直射点所在纬线越近，正午太阳高度角越大，越远则正午太阳高度角越小(2)正午太阳高度的季节变化纬度地带正午太阳高度的变化北回归线及其以北地区北半球冬至日后逐渐增大，北半球夏至日达到一年中最大值，然后又逐渐缩小，到北半球冬至日达到一年中最小值南北回归线之间的地区一年中有两次太阳直射，直射时正午太阳高度最大南北回归线上一年中有一次太阳直射，直射时正午太阳高度最大南回归线及其以南地区北半球冬至日达到一年中最大值，然后又逐渐缩小，到北半球夏至日达到一年中最小值某地正午太阳高度的大小，可以用下面的公式来计算：H＝90°－|φ－δ|。其中H为正午太阳高度数，φ为当地地理纬度，永远取正值，δ为直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。3．正午太阳高度的计算在实际的解题中，许多时候并不需要运用此公式。由于在某地点正午太阳高度与直射点太阳高度差值等于它们的纬度差，所以利用下面公式计算更为方便；某地正午太阳高度角H＝90°－δ，其中δ为某地与太阳直射点的纬度差。当太阳直射B点时，C点的正午太阳高度是H＝90°－δ＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°。如图所示：当太阳直射B点时，A点的正午太阳高度是H＝90°－δ＝90°－(40°－10°)＝60°。(3)极昼时寒带地区子夜太阳高度＝(所求地点纬度＋太阳直射点纬度)－90°。注意：两地纬度差的求法：①若太阳直射点与所求地点处于同一半球时，纬度差等于大数减去小数；若两地分属不同的半球，则两地纬度差就是两地的纬度数之和。②若所求出的正午太阳高度角等于0°，说明该纬度出现极夜现象，且处于极夜的界线上；若所求正午太阳高度为负值，说明该地是极夜地区。【例1设M(0°，30°E)，N(23°26′S,30°E)两地正午太阳高度分别为Hm和Hn，判断下列四项中正确的是()A．Hm和Hn不可能在同一天达到最小值B．每年有某一时刻Hm＝HnC．每年约有6个月HmHnD．任何时候都是Hm≥Hn【解析】第(1)题，本题考查了太阳直射点移动与正午太阳高度的关系。M、N为位于同一条经线的两地，当直射点位于M、N正中间的O点时，两地与直射点纬度差相同，Hm＝Hn，故A错，B对；只有当直射点位于O点及其以北时，Hm≥Hn，故D错，直射点位于O点以北时间共9个月，故C错。答案：1.B图示法记忆正午太阳高度的纬度变化规律和季节变化规律：规律技巧总结二分二至日正午太阳高度的纬度分布变式训练1如下图中，当a、c值相差20°时，该地的纬度值是()A．23°NB．63°NC．43.5°ND．27°N变式训练1【解析】解答本题的关键：一是明确正午太阳高度的计算方法，即H＝90°—纬度差；二是明确图的含义，从图中可以看出，图中地点夏至日正午太阳高度达最大值，冬至日正午太阳高度达最小值，说明该地一定位于北回归线以北，变式训练1【解析】其数值必定为23.5°，由题意知，a、c之差为20°，则a的数值为3.5°，即该地冬至日的正午太阳高度为3.5°，根据前面所述公式可以求出该地点的纬度为63°N。答案：63°N1．确定地方时考点2正午太阳高度变化规律的应用当某地太阳高度达一天中最大值时，就是一天的正午时刻，此时当地的地方时是12时。当太阳直射点位置一定时，如果我们能够知道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。2．判断所在地区的纬度为了获得最充足的太阳光照，各地房屋的朝向与正午太阳所在的位置有关。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。3．确定房屋的朝向太阳直射点上，物体的影子缩短为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。4．判断日影长短及方向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)。为了更好地保持各楼层都有良好的采光，楼与楼之间应当保持适当距离。纬度较低的地区，楼距较小，纬度较高的地区楼距较大。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．计算楼间距、楼高解题的关键是计算当地一年中最小的正午太阳高度，并计算影长。太阳能热水器集热面与太阳光线垂直；太阳能热水器集热面与地面的夹角同正午太阳高度互余。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，使太阳光与受热板之间成直角。其倾角和正午太阳高度角的关系为α＋h＝90°(如图所示)。6．计算热水器的安装角度【例2】近年来，我国房地产业发展迅速，越来越多的居民乔迁新居，居住条件和环境显著改善。下图是房地产开发商在某城市(30°N)建造的两幢商品住宅楼，请读图后，运用相关知识回答(1)～(2)题。(tan35°≈0.7，tan45°＝1，tan60°≈1.732)(1)某户居民买到了北楼一层的一套房子，于春节前入住后发现正午前后太阳光线被南楼挡住。问该房子一年中正午太阳光线被南楼挡住的时间大约是()A．1个月B．3个月C．6个月D．9个月【解析】第(1)题，此题主要考查正午太阳高度与楼高、楼间距的关系。第(1)题，根据公式tanH＝69/40≈1.7，即该日正午太阳高度约为60°，结合正午高度计算公式H＝90°－(当地纬度30°＋直射点纬度)，可以求出该日太阳直射赤道。因此一年中就有半年太阳光线会被挡住。答案：1.C(2)房地产开发商在建楼时，应该使北楼所有朝南房屋在正午时终年都能被太阳照射，那么在两幢楼间距不变的情况下，南楼的高度最高约为()A．20米B．30米C．40米D．50米【解析】第(2)题，要保证北楼所有朝南房屋在正午时终年都能被太阳照射，那么冬至日的正午太阳高度H＝90°－(30°＋23.5°)＝36.5°，tanH≥X/40，即X≤40×tan36.5°，即最高约为30米。答案：2.B正午太阳高度与太阳直射点的关系(1)正午太阳高度一定是指当地正午12点整的太阳高度，但是太阳不一定直射当地所在的纬度。规律技巧总结(2)太阳直射点必须是在纬度23.5°之间来回移动，纬度大于23.5°的地方太阳不能直射，但有正午太阳高度，只是其正午太阳高度一定小于90°。(3)正午太阳高度的计算及其应用都与当地纬度和太阳直射点的纬度有关，二者缺一不可。规律技巧总结(4)太阳直射点以一个回归年为周期在南北回归线及其之间来回移动，故直射点大约每个月移动纬度为8°，每移动1°大约需要4天。(5)正午太阳高度的变化规律与太阳直射点密切相关，距离太阳直射点越近，正午太阳高度越大；距离太阳直射点越远，正午太阳高度越小。规律技巧总结下图中L表示北半球某地太阳高度角，读图回答(1)～(3)题。变式训练2变式训练2(1)此日江苏省南通市(约32°N)的正午太阳高度角约是(B)A．27°B．80°C．58°D．66°34′变式训练2【解析】只有北极点上太阳高度终日不变，而且其太阳高度值就是直射点的纬度数，根据图中L太阳高度角的变化线(没有变化)可知太阳直射22°N。第(1)题，根据正午太阳高度计算公式可以计算出南通该日的正午太阳高度H＝90°－(32°－22°)＝80°。答案：1.B变式训练2(2)若图示太阳高度角为当地一年中最大的太阳高度角，则()A．两极地区的极昼时间将会变短B．地球上的温带范围将会扩大C．回归线将穿过我国的海南岛D．西风带的南北宽度将会缩小变式训练2【解析】第(2)题，若图示太阳高度角为当地一年中最大太阳高度角，即黄赤交角缩小为22°，那么热带、寒带缩小，温带扩大；海南岛在20°N以南地区，回归线还不能穿过；西风带的范围与温带范围变化差不多；两极地区极昼时间不变。答案：2.B变式训练2(3)若植物有机物的积累只与光照时间相关。夏至日，在气温和天气状况相同的情况下，下列各地同种作物有机物积累最多的是()A．哈尔滨B．北京C．济南D．南京变式训练2【解析】第(3)题，在气温和天气状况相同的情况下，有机物的积累主要取决于光照，也就是昼夜长短。夏至日北半球纬度越高昼越长，哈尔滨的纬度最高昼最长。答案：2.A(2010•安徽)11月22日，某地理研究性学习小组在观测房屋采光状况时，发现甲楼阴影恰好遮住乙楼三层中部(如图9所示)，在甲楼顶层GPS测得纬度为31.8366°、经度为117.2179°、高程为96m。完成29～30题。29．隔25小时再次观测时，甲楼阴影可遮挡乙楼()A．二层西部B．四层东部C．五层西部D．七层东部30．此后一个月内()A．法国进入冷饮畅销期B．广东省进入雨季C．澳大利亚播种冬小麦D．云南省昼短夜长【解题思路】29.甲楼阴影恰好遮住乙楼三层中部，判断图示时刻为当地正午，并由甲地日影朝向正北方向，判断该地为北半球。隔25小时后，为11月23日13时，太阳向西南方向移动一点，且太阳高度降低一些，故楼影向东北方向移动，且楼影变长一些。日期、纬度数与方向题眼【解题思路】30.11月22日以后一个月，仍为北半球冬半年，太阳直射点位于南半球，云南省昼短夜长。北半球夏半年，法国冷饮畅销，广东省进入雨季。澳大利亚冬小麦播种季节为北半球春季。答案：29.B30.D