第4課時正午太陽高度的變化與應(yīng)用學(xué)習(xí)目標1.結(jié)合材料，綜合分析正午太陽高度的分布及變化規(guī)律。2.正確理解正午太陽高度變化在人類生產(chǎn)、生活中的合理應(yīng)用。知識點一正午太陽高度的變化1.太陽高度：太陽光線與地平面的交角。在太陽直射點上，太陽高度是90°；在晨昏線上，太陽高度是0°。2.正午太陽高度(1)概念：一日內(nèi)最大的太陽高度，反映太陽輻射的強弱。(2)計算方法公式H＝90°－兩點緯度差含義H：觀測點的正午太陽高度；兩點：太陽直射點、觀測點；緯度差：若兩點在同一半球，用較高緯度減去較低緯度；若兩點分屬于南、北半球，將兩點的緯度求和。如下圖所示：示例當太陽直射B點(10°N)時，A點(30°N)正午太陽高度是HA＝90°－eq\o(AB,\s\up8(︵))＝90°－(30°－10°)＝70°。當太陽直射B點(10°N)時，C點(23°26′S)正午太陽高度是HC＝90°－eq\o(BC,\s\up8(︵))＝90°－(10°＋23°26′)＝56°34′(3)正午太陽高度的緯度變化規(guī)律同一時刻，正午太陽高度由太陽直射點所在緯度向南北兩側(cè)遞減。地球上，同一緯線上正午太陽高度相等，直射點所在緯線上的正午太陽高度最大(90°)，如下圖所示：夏至日：正午太陽高度由北回歸線向南北兩側(cè)遞減。冬至日：正午太陽高度由南回歸線向南北兩側(cè)遞減。春秋分日：正午太陽高度由赤道向南北兩側(cè)遞減。(4)正午太陽高度的季節(jié)變化規(guī)律地區(qū)最大值最小值北回歸線及其以北地區(qū)一次最大值(6月22日前后)一次最小值(12月22日前后)南回歸線及其以南地區(qū)一次最大值(12月22日前后)一次最小值(6月22日前后)南北回歸線之間(除赤道外)兩次最大值(太陽直射時最大)一次最小值(南半球出現(xiàn)在6月22日前后，北半球出現(xiàn)在12月22日前后)赤道兩次最大值(3月21日前后和9月23日前后)兩次最小值(6月22日前后和12月22日前后)1.“遠小近大”：距離太陽直射點所在緯線越遠，正午太陽高度越小；距離越近，則越大。2.“來增去減”：太陽直射點向本地所在緯線移來，則正午太陽高度增大，移去則減小。3.“同線相等”：同一緯線上，同一日正午太陽高度相等。4.“對稱規(guī)律”：以太陽直射點所在緯線為對稱軸，南北對稱的兩條緯線，正午太陽高度相等。[情境]11月22日，某地理研究性學(xué)習(xí)小組在觀測房屋采光狀況時，發(fā)現(xiàn)甲樓陰影恰好投在乙樓中央擋住乙樓1～3層中部(如圖所示)，該地緯度為31.8°N、經(jīng)度為117.2°E。[探究](1)12月22日，該地理小組再次觀測，發(fā)現(xiàn)甲樓陰影投在乙樓的層數(shù)發(fā)生了怎樣的變化？(2)12月22日之后，甲樓陰影投在乙樓的層數(shù)將會怎樣變化？(3)造成這種變化的主要原因是什么？提示(1)甲樓陰影投在乙樓的層數(shù)明顯增加，高于原來的1～3層。(2)甲樓陰影投在乙樓的層數(shù)將逐漸變小，甲樓影長變短，甚至擋不住乙樓。(3)太陽直射點的南北移動。(2023·吉林遼源期中)吉林(126°33′E，44°N)某同學(xué)對傳統(tǒng)的太陽能熱水器進行了改造(下圖)。為使集熱效率達到最高，應(yīng)保持正午太陽光與集熱板垂直。據(jù)此完成(1)～(2)題。(1)集熱板與地面夾角最大值與最小值分別為()A.46°52′23°52′ B.69°26′22°34′C.66°34′22°34′ D.67°26′20°34′(2)若采用“立竿測影”的方法測定某日太陽直射點的緯度時，必須觀測和記錄的數(shù)據(jù)(竹竿長度已知)是()A.日最短竿影長度 B.日最短竿影方位C.北京時間 D.白晝長度答案(1)D(2)A解析第(1)題，結(jié)合圖中信息可知，集熱板與地面夾角應(yīng)與太陽高度角互余；當?shù)鼐暥葹?4°N，最大太陽高度為90°－(44°－23°26′)＝69°26′，故夾角應(yīng)為90°－69°26′＝20°34′；最小太陽高度應(yīng)為90°－(44°＋23°26′)＝22°34′，因此夾角應(yīng)為90°－22°34′＝67°26′。第(2)題，興趣小組必須要記錄最短的竿影長度，這樣才能根據(jù)竹竿和竿影的長度計算出正午太陽高度角，進而根據(jù)正午太陽高度計算公式計算出當日太陽直射點的緯度。知識點二正午太陽高度的應(yīng)用1.確定地方時當某地太陽高度達一天中的最大值時，此時日影最短，當?shù)氐牡胤綍r是12時。2.確定房屋的朝向在北回歸線以北地區(qū)，正午太陽位于南方，房屋朝南；在南回歸線以南地區(qū)，正午太陽位于北方，房屋朝北。3.判斷日影長短及方向太陽高度越大，影子越短，太陽高度越小，影子越長。一天中日影的變化規(guī)律是日出最長、正午最短、日落最長，且日影方向與太陽方向相反。4.計算樓距一般來說，緯度較低的地區(qū)，樓距較近；緯度較高的地區(qū)，樓距較遠。解題關(guān)鍵是計算當?shù)囟寥盏恼缣柛叨龋⒂嬎阌伴L。以我國為例(見下圖)，南樓高度為h，該地冬至日正午太陽高度為H，則最小樓間距L為：L＝h·cotH。5.計算熱水器安裝角度應(yīng)使太陽能熱水器集熱面與太陽光線垂直。其傾角和正午太陽高度的關(guān)系為α＋h＝90°(如下圖)。[情境]材料一近年來，隨著城市建設(shè)速度加快，住宅建設(shè)用地供應(yīng)緊張，加之一些城市在對新建住宅樓規(guī)劃審批環(huán)節(jié)中存在漏洞，有些開發(fā)商違規(guī)施工，超規(guī)劃建設(shè)，導(dǎo)致新建住宅樓層數(shù)過多，密度過大，影響相鄰建筑的通風(fēng)、采光，使基于“陽光權(quán)”引發(fā)的糾紛日益增多。我國《物權(quán)法》規(guī)定：“建造建筑物，不得違反國家有關(guān)工程建設(shè)標準，妨礙相鄰建筑物的通風(fēng)、采光和日照。”材料二濟南在二分二至日的正午太陽高度示意圖。[探究](1)材料一中影響建筑物采光和日照的主要因素是什么？(2)材料二中，①②③分別表示哪一日期的正午太陽高度？其中，決定濟南樓間距大小的是哪一個？(3)從材料二看出，濟南從夏至到冬至正午太陽高度的變化有何規(guī)律？提示(1)正午太陽高度。(2)①表示夏至日，②表示春、秋分日，③表示冬至日。其中，③決定濟南樓間距的大小。(3)濟南位于北回歸線以北，正午太陽高度在夏至日最大，從夏至日到冬至日遞減，冬至日最小。我國《物權(quán)法》指出，住宅間距必須保證北面樓房底層窗臺面日照時間不少于1小時(如下圖)。據(jù)此完成(1)～(2)題。(1)“日照時間不少于1小時”的日期指的是()A.春分日 B.夏至日C.秋分日 D.冬至日(2)按照采光要求，下列四個城市相鄰?fù)邩欠康拈g距最寬的應(yīng)該是()A.北京(40°N) B.哈爾濱(45°N)C.廣州(23°N) D.臺州(29°N)答案(1)D(2)B解析第(1)題，我國大部分地區(qū)在冬至日時，北面樓房底層最易被南面的樓房遮住太陽光。第(2)題，冬至日時，選項中的城市越靠北，樓房的影子越長，樓間距就越寬。課后質(zhì)量評估【素養(yǎng)達標】(2023·山東聊城階段練習(xí))下圖為北半球某學(xué)生于夏至日正午時分在路邊拍攝的太陽能發(fā)電的外接裝置實物圖，該學(xué)生測得此時光伏接收面板與地面的夾角約為30°。該裝置能夠通過自動控制器使光伏接收面板與太陽光線保持垂直。據(jù)此完成1～2題。1.該學(xué)生算出了該地的緯度大致為()A.6°34′N B.23°26′NC.36°34′N D.53°26′N答案D解析夏至日，太陽直射點位于北回歸線。由材料可知，光伏接收面板與地面的夾角約為30°，且該光伏接收面板與太陽光線垂直，則該日圖示地區(qū)的正午太陽高度約為60°。根據(jù)正午太陽高度計算公式：H＝90°－|當?shù)鼐暥取捞栔鄙潼c緯度|，可列出公式：60°＝90°－|當?shù)鼐暥龋?3°26′|，計算出該地緯度約為53°26′N。2.該日后的一個月內(nèi)圖示地區(qū)正午太陽高度的變化為()A.逐漸變大 B.逐漸變小C.先變大后變小 D.先變小后變大答案B解析該日太陽直射點位于北回歸線，該日后太陽直射點向南移動。由上題分析可知圖示地區(qū)位于北回歸線以北，因此該日后的一個月內(nèi)，圖示地區(qū)正午太陽高度逐漸變小。下表是2022年冬至日時我國四個城市的正午太陽高度。據(jù)此完成3～4題。城市正午太陽高度甲26°42′乙41°32′丙36°50′丁64°01′3.四個城市中緯度最低的是()A.甲 B.乙C.丙 D.丁答案D解析結(jié)合正午太陽高度的計算公式可知，距離太陽直射點越近，正午太陽高度越大。北半球冬至日時太陽直射點位于南回歸線。由表可知，丁城市的正午太陽高度最大，說明離南回歸線最近，緯度最低。4.四個城市中，最有可能是北京的是()A.甲 B.乙C.丙 D.丁答案A解析冬至日北京的正午太陽高度＝90°－(40°＋23°26′)＝26°34′，與表中甲城市最為接近。(2023·黑龍江牡丹江期中)下圖為我國北京市某學(xué)校教學(xué)樓平面示意圖。據(jù)此完成5～6題。5.丙棟教室一年中正午光照面積達到最大的一天是()A.春分日 B.夏至日C.秋分日 D.冬至日答案D解析正午太陽高度越大，太陽光線與地面的夾角越大，光照射入室內(nèi)的面積越小，反之，正午太陽高度越小，光照射入室內(nèi)的面積越大。北京位于北回歸線以北地區(qū)，一年中正午太陽高度最小的日期是冬至日，所以冬至日是丙棟教室一年中正午光照面積達到最大的一天。6.為確保圖示教學(xué)樓的良好光照條件，三棟教學(xué)樓高低分布情況為()A.甲棟最高，丙棟最低 B.甲棟最低，丙棟最高C.甲棟最低，乙棟最高 D.甲棟最高，乙棟最低答案A解析北京位于北回歸線以北地區(qū)，年內(nèi)光照多從偏南側(cè)照射而來，甲、乙、丙三幢樓中丙最靠南，丙樓最低，對光照遮擋作用最小，而甲樓最偏北，光照被乙、丙遮擋最多，為了獲取更多的光照，甲棟應(yīng)最高，A正確；丙棟最高對甲、乙兩棟光照遮擋作用強，不合理，B錯誤；甲棟最低，乙棟最高，乙棟對甲棟遮擋面積大，不合理，C錯誤；乙棟最低，則被丙棟遮擋面積大，不合理，D錯誤。下圖為上海(121°30′E，31°13′N)某地的汽車停車場示意圖，箭頭①②③代表二分二至日的正午太陽光線。讀圖，完成7～8題。7.正午太陽光線和正午時車位上遮陽棚的影子面積最大的組合是()A.①春分 B.②夏至C.②秋分 D.③冬至答案D解析正午時遮陽棚影子面積最大，說明正午太陽高度最小，對應(yīng)圖中的③。上海在北半球，應(yīng)是冬至日最大。8.正午太陽光線為①時，該地的地方時和北京時間分別為()A.12：00、12：00 B.12：00、11：54C.12：06、11：54 D.11：54、12：00答案B解析正午太陽光線為①時，該地的地方時是正午12：00，上海市的經(jīng)度是121°30′E，北京時間是120°E的地方時，可以計算出北京時間是11：54。【素養(yǎng)提升】下圖是某旅游者2019年5月1日即時發(fā)布在微信朋友圈的照片，下方顯示的拍攝時間是北京時間。據(jù)此完成9～10題。9.該旅游者所在的旅游地是()A.阿根廷 B.南非C.加拿大 D.澳大利亞答案D解析拍照時日影達到一天中最短，說明該地地方時是12：00，此時北京時間是10：08，說明該地位于120°E以東28°，即148°E。太陽春分直射赤道，夏至直射北回歸線，據(jù)此估測5月1日太陽直射點約10°N，此時正午日影與身高相等，說明正午太陽高度為45°，所以該地的緯度為55°N或35°S。(55°N，148°E)位于鄂霍次克海，景觀明顯與圖不符合，(35°S，148°E)位于澳大利亞。10.照片中地物的日影此刻指向()A.正北 B.東北C.正南 D.西南答案C解析此時太陽直射點約10°N，該地位于35°S，太陽直射點位于其北側(cè)，正午時分日影指向為正南。(2023·河南駐馬店階段練習(xí))下圖為某個節(jié)氣(二分或二至日)北京時間10時我國四個城市(緯度相差不大)物體日影的長度情況示意圖。據(jù)此完成11～12題。11.此時太陽直射點位于()A.(23°26′N，150°E) B.(23°26′N，120°E)C.(23°26′S，120°E) D.(23°26′S，150°E)答案D解析北京時間10時時，地方時為12時的經(jīng)線為150°E；由圖可知，北京時間10時時喀什無日影，由經(jīng)度可知，喀什比北京時間晚3個小時，故此時喀什地方時約為7時，7時喀什還未日出，說明此日太陽直射點位于南半球，根據(jù)“某個節(jié)氣(二分或二至日)”可知此日為冬至，太陽直射23°26′S。12.甲城市最可能是()A.拉薩 B.呼和浩特C.大連 D.太原答案C解析甲城市日影小于北京和銀川，可知北京時間10時時甲城市太陽高度比北京大，說明其日出較早，應(yīng)位于北京東方，最可能是大連。(2023·江西景德鎮(zhèn)期中)20世紀末，河南省賈湖遺址(33.5°N)出土了以鶴的尺骨制成的“骨笛”(下圖)，充分展示了我國8000多年前的音律藝術(shù)及天文觀測水平。賈湖先人將骨笛和叉形器組合起來，以叉形器為桿，影子落在骨笛上，利用最原始的“立桿測影法”，觀測正午日影。下圖示意該套工具的組成。據(jù)此完成13～14題。13.賈湖先人為了觀測正午日影，兩個木樁擺放方向應(yīng)為()A.南北對立，叉形器擺放在骨笛的南端B.南北對立，叉形器擺放在骨笛的北端C.東西對立，叉形器擺放在骨笛的東端D.東西對立，叉形器擺放在骨笛的西端答案A解析河南省賈湖遺址(33.5°N)位于北回歸線以北，正午太陽在正南方，要使叉形器為桿，影子落在骨笛上，兩個木樁擺放方向應(yīng)為南北對立，叉形器擺放在骨笛的南端，影子才能落在北端的骨笛上。14.當叉形器頂端影子落在“清黃鐘”音律孔位時，該日為()A.春分日 B.夏至日C.秋分日 D.冬至日答案B解析當叉形器頂端影子落在“清黃鐘”音律孔位時，正午日影最短，正午太陽高度角最大，故該日為夏至日。(2023·天津期末)樓間距與樓高之比是判斷樓房采光情況的重要依據(jù)，在選擇住房時，應(yīng)選擇樓間距與樓高的比值較大的樓盤以及全年能被太陽光照射到的樓層。下圖是我國某小區(qū)(23°32′N，104°56′E)6幢住宅樓分布圖，該小區(qū)住宅樓層高均為3米，樓高均為66米。據(jù)此完成15～16題。(注：cot23°32′≈2.29，cot43°02′≈1.07，cot66°28′≈0.44)15.若3號樓和4號樓間距為50米，則4號樓至少幾層以上能夠全年采光()A.4層 B.5層C.6層 D.7層答案D解析當?shù)囟寥照缣柛叨圈粒?0°－|23°32′＋23°26′|＝43°02′。根據(jù)下圖可知cotα＝50/h(4號樓全年可采光高度)，可以計算出h≈46.73米。4號樓的整體高度為66米，則冬至日被遮擋部分的高度約19.27米，再根據(jù)每層樓高為3米，可以判斷至少要從7層開始才可能全年采光。16.家住4號樓的小明在北陽臺看到日落，北京時間最可能是()A.18：00 B.19：00C.20：00 D.21：00答案C解析4號樓在北陽臺看到日落，說明日落為西北方向，日落西北時應(yīng)在地方時18時之后，結(jié)合當?shù)亟?jīng)度可知，該地與北京時間相差約1小時，故日落北京時間應(yīng)該在19點之后，A、B錯誤；若北京時間21點日落，則該地地方時約20點日落，晝長約16個小時，在北回歸線附近，最長晝長不可能超過14小時51分鐘(北緯40°最長晝長)，所以日落的地方時不可能為20點，可能為19點，北京時間可能為20點，故C正確，D錯誤。17.(2023·北京密云校考)閱讀圖文材料，回答下列問題。(14分)北京(116°E，40°N)某高中進行地理實踐活動，一組同學(xué)用標桿測量正午太陽高度(下圖)；另一組同學(xué)探究傳統(tǒng)文化中的地球運動知識。實踐活動一測量報告測量日期：9月23日測量天氣：晴測