第五讲地球的公转(二)
——
正午太阳高度的变化、四季与五带
单科命
题
备考导航
素养解读
1.正午太阳高度的变化规律
2.正午太阳高度的计算与应用
3.四季更替和五带
1.区域认知结合光照图或区域经纬网图,考查正午太阳高度的时空分布特点或大小比较。
2.综合思维以常见生产、生活现象的相关材料为背景,考查正午太阳高度的变化对区域环境的影响。
3.地理实践力搜集相关材料或实验数据,考查区域正午太阳高度的量算、变化,并说明分析依据。
探究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①90°。
2.正午太阳高度:当地地方时为②12
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⑤c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⑦a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⑨b折线所示。
4.正午太阳高度的季节变化规律
北半球节气达最大值的地区达最小值的地区
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
春、秋分日赤道南北两极点
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:
地区最大值最小值
北回归线及其以北地区
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)
两次最大
(太阳直射时最大)
一次最小(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
两次最大(3月21日前
后和9月23日前后)
两次最小(6月22日前
后和12月22日前后)
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
气温的日变化一般表现为最高值出现在14时左右,最低值出现在日出前后。下图示意某区域某日某时刻的等温线分布,该日丙地的正午太阳高度达一年中最大值。读图回答下题。
1.(2013山东文综,6,4分)该日()
A.日落时刻甲地早于乙地
B.日落时刻甲地晚于乙地
C.正午太阳高度甲地大于乙地
D.正午太阳高度甲地小于乙地
1.答案B根据题干中信息可知,太阳直射20°N,此时北半球纬度越高昼越长,甲地纬度比乙地纬度高且位置偏西,故日落时间甲地晚于乙地,B项正确、A项错误。该日甲、乙两地的正午太阳高度相等,均为89°,故C、D项错误。
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。
2.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
2.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。
3.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
3.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。
探究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大于(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小于(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⑥H+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
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
2.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
3.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
4.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
5.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)
探究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.天文四季夏季:一年内白昼最长、太阳高度最大的季节冬季:一年内白昼最短、太阳高度最小的季节春、秋季节:冬夏两季的过渡季节
3.北温带国家的四季:3、4、5月为春季,夏、秋、冬季依次类推。
4.五带的划分界线:④回归线和极圈
五带:南北寒带、南北温带、热带
1.地球运动中关于季节判断的依据
北半球冬季(1月)北半球夏季(7月)地球公
转规律
位于近日点附近,公转速度快位于远日点附近,公转速度慢
直射点位置太阳直射南半球,向赤道方向移动太阳直射北半球,向赤道方向移动
昼夜长
短变化
冬至日,北半球昼最短,夜最长夏至日,北半球昼最长,夜最短
正午太阳高度冬至日,由南回归线向南北两侧递
减;南回归线及其以南地区达一年中
最大值,物影最短
夏至日
,由北回归线向南北两侧递减;北回归线
及其以北地区达一年中最大值,物影最短
太阳升
落方位
东南升西南落(极昼、极夜区域除
外)
东北升西北落(极昼、极夜区域除外)
日出、日
落时间
北半球各地日出时间晚于6点,日
落时间早于18点
北半球各地日出时间早于6点,日落时间晚于
18点
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
1.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
2.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。
读图攻略 2.
光照图的判读
典图1:航班起飞时的全球昼夜状况图
典图2:某海轮途经P 点正值日出时的光照图
典图3:微信开机画面更换时刻的昼夜状况
考向:考查光照图的判断、时间计算
考向:考查光照图判读、直射点位置的判断
考向:考查日落时的地方时、绘制晨昏线并进行标注
1.认识不同类型的光照图
光照图由于观察角度不同,其在平面上的投影也就不同,最常见的光照图有侧视图、俯视图、矩形投影图、局部图等。
(1)侧视图和俯视图
侧视图为由赤道上空观察到的晨昏线投影图,俯视图为由极地上空观察到的晨昏线投影图。观察点既不在赤道上空,也不在极地上空,观察到的晨昏线投影图为斜侧(俯)视图。
(2)矩形投影图
矩形投影图是将南北极点、南北极圈、南北回归线放大到与赤道一样长,它与实际图相比有很大的变形,离赤道越远,变形越大。判读此类图的关键是晨昏线、极昼极夜地区和赤道上的日出日落时间等。
(3)局部图
解题时把图像补充完整,可降低解题难度。如下图:
2.把握光照图判读中的“五个关键”
判读关键主要特征与相关现象
点
太阳直射点
位于南北回归线上或南北回归线之间,所在经线地方时为12时
太阳直射点的纬度和晨昏线与纬线圈切点的纬度互余
太阳直射点所在地太阳高度达一年中最大(正午太阳高度)。全球
太阳高度的分布:从太阳直射点向四周依次递减。全球正午太阳
高度的分布:从太阳直射点向南北两侧递减
晨昏线与赤道的交
点
晨线与赤道的交点所在经线的地方时为6时,昏线与赤道的交点
所在经线的地方时为18时
晨昏线和纬
线圈的切点
所在纬线纬度是出现极昼或极夜现象的最低纬度;所在经线圈中,
一条是太阳直射经线(昼半球中央经线),另一条是0时或24时经
线(夜半球中央经线)
极点
无东西方向,只有南北方向;无地方时,无明显太阳高度的日变化;大
致每年3月21日前后至9月23日前后,北极圈内出现极昼,南极
圈内出现极夜,只在每年春分日和秋分日,晨昏线经过极点,与某一
经线圈重合
线晨昏线沿地球自转方向由夜进入昼的界线为晨线,昏线则相反
晨昏圈是地球表面的大圆,晨昏圈与太阳光线始终垂直,始终平分
赤道
与晨线相交的经线的地方时就是交点所在地的日出时刻,与昏线
相交的经线的地方时就是交点所在地的日落时刻
晨昏线上太阳高度为0°
日期分界线
界线:0
时(或24时)所在经线和180°经线(理论上)。沿地球自转方
向,0时所在经线向东至180°为今天,向西至180°为昨天东西半球的分界线
20°W经线以东为东半球,以西为西半球;160°E经线以东为西半球,
以西为东半球
面
南北极圈内极昼
和极夜的范围
若越向北,昼越长,则北半球处于夏半年,反之,北半球处于冬半年;
北极圈出现极昼的时间为6月22日前后,出现极夜的时间为12
月22日前后。只在每年3月21日前后或9月23日前后,南北极
点周围无极昼、极夜现象。南北极出现极昼和极夜现象的时间是
相反的
角晨昏圈和地轴夹角
晨昏圈和地轴夹角的度数等于太阳直射点的纬度数,变化范围为
0°~23°26'
方向地球自转方向
东经度增大或西经度减小的方向为地球自转方向;顺地球自转方
向,经度数变大为东经度,经度数变小为西经度
一艘海轮从上海出发驶向美国旧金山。当海轮途经下图中P点时正值日出,图中EF线表示晨昏线。读图回答下面两题。
1.此时太阳直射点的位置最接近()
A.15°N,135°E
B.15°S,135°W
C.23°26'N,0°
D.23°26'S,180°
2.下列现象发生时间与海轮途经P点的日期相近的是()
A.江淮平原地区正播种冬小麦
B.长江中下游地区正值梅雨季节
C.北京一年中昼长最短
D.塔里木河一年中流量最大
答案B A
素养引领·情境命题
我国某公司高管于2019年3月25日11:00赶到公司办公楼前,准备参加约1个小时的紧急会议。下图为此时公司露天停车场空余车位和太阳光照状况图。读图完成下面三题。
1.此时刻在该城市,下列地理现象最可信的是()
A.一天中逆温层最厚
B.太阳位于东南天空
C.一天中日影最短
D.一天中气温最高
1.答案B此时日影位于西北方向,则太阳位于东南天空,故B项正确。
2.如图所示,为尽量避免会议期间汽车被太阳照射,最不理想的车位是()
A.①车位
B.②车位
C.③车位
D.④车位
2.答案D会议开始前图示四个空余车位均位于办公楼影子下。1小时过后,太阳向南移动,办公楼影子向北转动,④车位最先暴露在阳光下,受太阳照射最多,不适合停车。故选D。
3.该市当天正午时刻,行走在街上的行人发现自己身高约为影长的1.7倍。关于该公司所在省(区)说法正确的是()
A.粮食作物主要有青稞、小麦等
B.以灌溉农业为主
C.一直是人口净迁出地区
D.铁路是最主要的交通运输方式
3.答案A由图可知,影子朝向西北方向且与正北方向夹角约为45°,而6时影子与正北方向夹角约为90°,故可以判断此时该地地方时约为9时,此时北京时间为11时,可判断该地所处经度约为90°E;该日太阳直射点位于赤道附近,该地正午物长为影长的1.7倍,则该地正午太阳高度约为60°,即该地位于30°N附近。由此可知该省(区)是西藏,其主要粮食作物有青稞、小麦等,A项正确;
拉萨以河谷农业为主,B项错误;拉萨为少数民族聚居区,人口迁移少,不是人口净迁出地区,C项错误;拉萨铁路线较少,公路是其最主要的交通运输方式,D项错误。
时间:40分钟分值:51分
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
1.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
2.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
3.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
4.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。