巧用昼夜半球图学习太阳周日视运动和日影问题.doc

巧用昼夜半球图学习太阳周日视运动和日影问题 南昌市豫章中学 周红在地球运动这一章节中，有关太阳周日视运动以及日影问题往往成为难点，传统的解决方法是引用地平坐标系，结合太阳在不同时期的周日视运动轨迹来解决，定量分析还要用到球面三角知识，这些内容对中学生而言无疑较难（也超出了教学大纲和考试大纲的要求）。通过教学的摸索，如果用学生熟悉的日照图，以日出日落方位为突破点，进一步确定日影，学生就较易理解接受了。一、巧用昼夜半球图，在晨昏线上判断日出日落方位人们常说：“太阳东升西落”，而且习惯以日出地平线的一点代表东方，日落地平线的一点代表西方。在人们心目中，太阳的出没点是判断地面东西方向的标志。然而，严格说来，仅把太阳的出没地点作为地平面正东西方向的判断标准显然是不正确的。因为，由于地球的自转和公转运动，以及黄赤交角的存在，使得在地球表面上，同一纬度地点的不同季节，或者同一季节的不同纬度地点，太阳在地平线上东升西落的地点均会发生明显的变化，不可能各地总是在固定的正东点和正西点。那么，相对于地平线太阳到底出没在哪里？一年内太阳出没地点又是怎样变化的呢？如图是太阳直射北半球的情况（以北半球的夏至日为例），图中昼夜半球的分界线是晨线，晨线上的A、B、C、D、E各点（其中A、E两点刚好在晨昏线的交点处）正值日出，由于学生已经掌握了太阳光线是平行光线.，根据每点经线纬线指示的方向，所以我们可以判断出各点太阳升起的方位。从上图可以看出：北半球的B点、赤道上的C点和南半球的D三点.此时太阳均从东北方升起；A点此时地方时为0点或24点，.当地这天太阳从正北方地平线上升起；E点在正午时，.太阳在当地12点时才有可能出没在正北方地平线处；同理，可用两分日及冬至日的日照图来推断日出日落的方位。所以我们可以得出以下结论：不论是南半球还是北半球的任何地点（出现极昼和极夜的区域除外），其太阳出没点的地平方位是偏南还是偏北，取决于太阳直射南半球还是北半球，而与观测地点位于南北半球无关。具体来说：1、从理论上讲，在两分日时，太阳直射赤道，全球各地太阳正东升，正西落（极点除外）；2、北半球的夏半年，太阳直射点在北半球，全球各地太阳东北升，西北落，而且纬度越高，太阳升落的方位越偏北，南北半球均如此（极点和出现极昼夜的地方除外）；3、北半球的冬半年，太阳直射南半球，全球各地太阳东南升，西南落，纬度越高，太阳升落的方位越偏南（极点和出现极昼夜的地方除外）。4、就某一地点而言，在太阳直射点向北运动期间，太阳升落的方位将日渐偏北；反之则日渐偏南。5、南北极点上，太阳高度在一天中是不变的（即太阳周日视运动轨迹总是与极点的地平圈平行），太阳在一天中没有明显的升起和落下。6、刚好出现极昼的纬线，太阳0时从正北或正南升起。二、确定正午时太阳的方位 由于地球自西向东绕地轴自转，所以太阳在天球上做自东向西的周日视运动。有了前面的知识基础，此时再以下图进一步学习正午时太阳的方位（即太阳运动至上中天位置），上中天点与地面中心点的连线与南北水平线的夹角表示正午太阳高度角，因此可以判断：此地四节气正午太阳方位偏南。其他地点以此类推。三、确定日影朝向及长短。日影，俗称物体影子，就是太阳光线被阻挡后，在物体的另一侧形成一个较暗的区域，它的长短、朝向既随时间而改变，又因没地域差异而不同。影子问题是地球运动部分太阳高度角知识的延伸和这一知识在自然界中的直观表现。太阳高度越高，影子越短；太阳高度越低，影子越长；直射时无影子。一日之内日出和日落时影子最长，正午最短。从上图看出： 北半球的B点、赤道上的C点和南半球的D三点.此时太阳均从东北方升起；日影朝西北。A点此时地方时为0点或24点，.当地这天太阳从正北方地平线上升起；E点在正午时，.太阳在当地12点时才有可能出没在正北方地平线处；它们日影朝南。. 一般太阳方位与物体影子朝向相反，但极点一致。如在北极