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让每个人平等地提升自我
1 太阳周日视运动图解
一、太阳周日视运动图
二、不同纬度两分两至日太阳视运动图
1．赤道上两分两至日
视运动图 影子长短和方向的日变化 太阳高度日变化 百度文库
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二、北回归线以北、北极圈以南
三、北回归线上
四、北极圈上
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五、夏至日北极圈内
例1：下图表示某地一天中两个不同时刻太阳光线与地面的夹角，据此回答下列三题。
1．这一天，太阳直射点的纬度是（ ）
°N °N °S °S
2．该地的地理纬度是（ ）
°N °N °S °S
3．当太阳处在正北方上空时，国际标准时为20时，则该地的经度位置是（ ）
°W ° °E °
六、北极点处太阳视运动图
例2： 下图为某科考队员在某地观测到的太阳高度日变化示意图，这一天他观察到的太阳在天空呈逆时针方向运行。据此回答下面两题。
1.该科考队员所处的纬度位置是（ ）
°S °N °S °N
2.假设图示太阳高度为该地一年中的最大值，则（ ）
A.地球上的热带范围将变大
B.地球上温带范围将变小
C.地球上有极昼极夜现象的范围将变小
D.武汉（30°N）正午太阳高度的年变化幅度将变大
七、南半球中纬度地区
八、南极点太阳视运动
S N 35° 5°
某地
0 12 24 时刻 太阳高度
22° 百度文库
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九、南极圈上夏至日（或南半球刚好出现极昼的地方，即该地纬线与晨昏圈相切）
十、南极圈内视运动
例3 下图表示某地点A某日所观察到的太阳运行轨迹，其中箭头表
示太阳运行方向，E、W、S、N分别表示东、西、南、北四个方向。当太阳位于图中B点时，北京时间为16点。据此回答下面两题。
太阳周日视运动
天球
天空呈球形，这是有目共睹的。众星列宿布满天空，对于这些极其遥远的天体，人眼无法辨别它们的相对远近，好像是等距的。它们同观测者的关系，如同球面上的点同球心的关系。既然天空看起来像个球面，人们就把广漠的宇宙当作球体看待，并把天体在天空中的视位置，当作它们的真实位置。这对于那些无需考虑距离因素，如对时间、纬度的测定来说，带来极大的便利。这样一个假想的球体，叫做天球。天空的昼夜旋转说明，天球不但存在于地平之上，而且还有一半隐入地平之下。人们所能直接观测到的地平之上的半个球形的天空，又被叫做天穹。〔天穹有别于天球。天球是整球，天穹是半球；天球是圆的，而天穹是扁的。“天似穹庐，笼盖四野〞，我们日常所见的蔚蓝色的天空，其实是包围地球的大气层，沿地平方向，好像距离很遥远；沿天顶方向，距离较近。〕
天文上在定义天球时，规定了两个条件：一，天球的球心是观测者或地心；其次，天球的半径是任意的。它包涵一切，不管天体如何遥远，总可以在天球上有它的投影。这样，既成认天体事实上的距离悬殊；又可以利用天球上的视位置对于地球的等距性。概括地说，天球就是以地心为球心，以任意远为半径的一个假想的球体〔图1—1〕，天文学用作表示天体视运动的帮助工具。
图1－1 天球示意图
天球的半径是任意的，全部天体，不管多远，都可以在天球上有它们的投影
以上所说是地心天球。在说明地球或行星公转的时候，人们也使用以太阳中心为球心的天球，叫日心天球。通常所说的天球，皆指地心天球。
天球上的位置
为了确定一个地点在地球上的位置，人们设置地理坐标系；同理，为了确定天体在天球上的位置，需要设置天球坐标系。地理坐标系和天球坐标系，都是球面坐标系。在天文学上，依据不同的需要，使用不同的天球坐标系。各种天球坐标系，有不同的特点。但是，它们都有球面坐标系的共同特点。
这些特点是：
——球面坐标系都有一个根本大圆，称为基圈。例如，在地理坐标系中，赤道就是它的基圈。
极昼区太阳周日视运动规律探析
极昼区，即出现太阳终日不落现象的地区。在同一个太阳日内，极昼区内不同纬度地点尽管都有极昼现象，但它们的太阳高度（角）日变化及其太阳周日视运动轨迹却迥然不同。对于该问题的认识，学生大都模糊不清，下面分类图示例析如下。
一. 南、北极点太阳周日视运动状况
每年春分（3月21日前后）至秋分（9月23日前后），阳光直射北半球，为北极点极昼期；秋分至次年春分，阳光直射南半球，则为南极点极昼期。由于南、北极点位于地球自转轴上，其角速度和线速度为0，因此，当其处于极昼期时，全天24小时太阳高度角为恒值（不变），并且其太阳高度的大小取决于阳光直射点的纬度。运用正午太阳高度的计算公式（h＝90°－（90°－直射点的纬度）），可推知h＝直射点所在的纬度数,即极点太阳高度角的大小恰好等于阳光直射点的纬度。例如，当阳光直射20°N时，北极点全天太阳高度角为20°；又如，当阳光直射20°S时，南极点太阳高度角终日为20°。由于阳光直射点以回归年为单位在南北回归线之间来回移动，故南、北极点在其极昼期内的太阳高度变化范围为（0°，23°26′]。当阳光某日直射南、北纬h°时，南、北极点太阳高度角的日变化曲线及其视运动轨迹，如图1、图2（南极点图）和图3（北极点图）所示。
提示：①太阳周日视运动是地球自转的结果，其移动方向与地球自转方向相反；在北半球地平圈上看来，太阳视运动表现为顺时针方向，而南半球则为逆时针方向。②北极点为地球最北端，其四面八方均为南方；南极点为地球最南端，其四面八方为北方。③阳光直射赤道时（二分日），南、北极点太阳高度终日为0°，该日太阳沿地平线移动，此现象不属极昼现象。④阳光直射点南北移动的日内变化忽略不计，同纬度地点太阳视运动轨迹相同。
例1 下图为某科考队员在某地观测到的太阳高度日变化示意图，这一天他观察到的太阳在天空呈逆时针方向运行。据此回答下面两题。
同学们，以前我们给大家介绍过天体的视运动，你还记得吗？天体的视运动就是用眼睛看到的天体的运动，这些运动主要是由地球自转与公转引起的。今天，我们要给大家介绍的是太阳的周日视运动。由于地球每天自西向东自转一周，就造成了太阳每天早上从东方升起，晚上又从西方落下的自然现象，这就是太阳的周日视运动啦！太阳周日视运动的轨迹，与恒星视运动轨迹一样，也是垂直于地轴的圈。但这个圈每天都在变化，像螺旋线一样。就正午太阳高度而言，冬至最低，然后一天天高起来，直到夏至达到最高。之后再一天天低下来，直到冬至达到最低。同样地，日出日落的位置也是在冬至达到最偏南，夏至达到最偏北，这样周而复始地变化。◎文图 中国科学院国家天文台 郭红锋科迷街太阳周日视运动模型
以北京地区为例（北回归线以北，北纬40ｏ），太阳周日视运动的轨迹变化见图1。
图1 北京太阳周日视运动的轨迹变化示意图 56
1.
一个淡颜色
（最好透明）的气球；2. 线、水彩笔；3. 简易打气筒；4. 10厘米宽、40厘米长的硬纸板。此外，我们也可以在天文馆里看到不同纬度地区的太阳周日视运动轨迹变化模型，见图2。不过，要知道天空是立体的，光靠想象或看平面的照片还不能使我们头脑里有很清楚的印象。但是，我们可以仿照天文馆里的不同纬度地区的太阳周日视运动轨迹变化模型，自己动手做一个简单的模型，它不仅可以活动，而且可以很方便地模拟不同纬度地区的太阳周日视运动轨迹的变化。这样的模型可以帮助我们理解每天看到的太阳视运动，还能帮助我们理解地球的真运动呢！怎么样？让我们开始动手实践吧！图2 北京天文台展厅不同纬度地区的太阳周日视运动轨迹变化模型
一、准备材料
57用简易打气筒把气球打足气（或吹气）使气球形状近似球形（图3）。用红色彩笔在气球的半球位置涂一圈，用粉色水彩笔在气球半球位置的两边各涂一圈（图4）；把涂好的气球放在纸环上，变换不同方向可以模拟不同地理纬度区域的太阳周日视运动轨迹变化。例如图4可以模拟南北极区太阳周日视运动轨迹的变化，图5可以模拟中纬度地区太阳周日视运动轨迹的变化，图6可以模拟赤道地区太阳周日视运动轨迹的变化。图3 吹成球形的气球
