2025地理（人教版）选修一第4课时　正午太阳高度的变化与应用

第4课时正午太阳高度的变化与应用学习目标1.结合材料，综合分析正午太阳高度的分布及变化规律。2.正确理解正午太阳高度变化在人类生产、生活中的合理应用。知识点一正午太阳高度的变化1.太阳高度：太阳光线与地平面的交角。在太阳直射点上，太阳高度是90°；在晨昏线上，太阳高度是0°。2.正午太阳高度(1)概念：一日内最大的太阳高度，反映太阳辐射的强弱。(2)计算方法公式H＝90°－两点纬度差含义H：观测点的正午太阳高度；两点：太阳直射点、观测点；纬度差：若两点在同一半球，用较高纬度减去较低纬度；若两点分属于南、北半球，将两点的纬度求和。如下图所示：示例当太阳直射B点(10°N)时，A点(30°N)正午太阳高度是HA＝90°－eq\o(AB,\s\up8(︵))＝90°－(30°－10°)＝70°。当太阳直射B点(10°N)时，C点(23°26′S)正午太阳高度是HC＝90°－eq\o(BC,\s\up8(︵))＝90°－(10°＋23°26′)＝56°34′(3)正午太阳高度的纬度变化规律同一时刻，正午太阳高度由太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。地球上，同一纬线上正午太阳高度相等，直射点所在纬线上的正午太阳高度最大(90°)，如下图所示：夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减。冬至日：正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减。春秋分日：正午太阳高度由赤道向南北两侧递减。(4)正午太阳高度的季节变化规律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)两次最大值(太阳直射时最大)一次最小值(南半球出现在6月22日前后，北半球出现在12月22日前后)赤道两次最大值(3月21日前后和9月23日前后)两次最小值(6月22日前后和12月22日前后)1.“远小近大”：距离太阳直射点所在纬线越远，正午太阳高度越小；距离越近，则越大。2.“来增去减”：太阳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。3.“同线相等”：同一纬线上，同一日正午太阳高度相等。4.“对称规律”：以太阳直射点所在纬线为对称轴，南北对称的两条纬线，正午太阳高度相等。[情境]11月22日，某地理研究性学习小组在观测房屋采光状况时，发现甲楼阴影恰好投在乙楼中央挡住乙楼1～3层中部(如图所示)，该地纬度为31.8°N、经度为117.2°E。[探究](1)12月22日，该地理小组再次观测，发现甲楼阴影投在乙楼的层数发生了怎样的变化？(2)12月22日之后，甲楼阴影投在乙楼的层数将会怎样变化？(3)造成这种变化的主要原因是什么？提示(1)甲楼阴影投在乙楼的层数明显增加，高于原来的1～3层。(2)甲楼阴影投在乙楼的层数将逐渐变小，甲楼影长变短，甚至挡不住乙楼。(3)太阳直射点的南北移动。(2023·吉林辽源期中)吉林(126°33′E，44°N)某同学对传统的太阳能热水器进行了改造(下图)。为使集热效率达到最高，应保持正午太阳光与集热板垂直。据此完成(1)～(2)题。(1)集热板与地面夹角最大值与最小值分别为()A.46°52′23°52′ B.69°26′22°34′C.66°34′22°34′ D.67°26′20°34′(2)若采用“立竿测影”的方法测定某日太阳直射点的纬度时，必须观测和记录的数据(竹竿长度已知)是()A.日最短竿影长度 B.日最短竿影方位C.北京时间 D.白昼长度答案(1)D(2)A解析第(1)题，结合图中信息可知，集热板与地面夹角应与太阳高度角互余；当地纬度为44°N，最大太阳高度为90°－(44°－23°26′)＝69°26′，故夹角应为90°－69°26′＝20°34′；最小太阳高度应为90°－(44°＋23°26′)＝22°34′，因此夹角应为90°－22°34′＝67°26′。第(2)题，兴趣小组必须要记录最短的竿影长度，这样才能根据竹竿和竿影的长度计算出正午太阳高度角，进而根据正午太阳高度计算公式计算出当日太阳直射点的纬度。知识点二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.确定房屋的朝向在北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；在南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。3.判断日影长短及方向太阳高度越大，影子越短，太阳高度越小，影子越长。一天中日影的变化规律是日出最长、正午最短、日落最长，且日影方向与太阳方向相反。4.计算楼距一般来说，纬度较低的地区，楼距较近；纬度较高的地区，楼距较远。解题关键是计算当地冬至日的正午太阳高度，并计算影长。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为：L＝h·cotH。5.计算热水器安装角度应使太阳能热水器集热面与太阳光线垂直。其倾角和正午太阳高度的关系为α＋h＝90°(如下图)。[情境]材料一近年来，随着城市建设速度加快，住宅建设用地供应紧张，加之一些城市在对新建住宅楼规划审批环节中存在漏洞，有些开发商违规施工，超规划建设，导致新建住宅楼层数过多，密度过大，影响相邻建筑的通风、采光，使基于“阳光权”引发的纠纷日益增多。我国《物权法》规定：“建造建筑物，不得违反国家有关工程建设标准，妨碍相邻建筑物的通风、采光和日照。”材料二济南在二分二至日的正午太阳高度示意图。[探究](1)材料一中影响建筑物采光和日照的主要因素是什么？(2)材料二中，①②③分别表示哪一日期的正午太阳高度？其中，决定济南楼间距大小的是哪一个？(3)从材料二看出，济南从夏至到冬至正午太阳高度的变化有何规律？提示(1)正午太阳高度。(2)①表示夏至日，②表示春、秋分日，③表示冬至日。其中，③决定济南楼间距的大小。(3)济南位于北回归线以北，正午太阳高度在夏至日最大，从夏至日到冬至日递减，冬至日最小。我国《物权法》指出，住宅间距必须保证北面楼房底层窗台面日照时间不少于1小时(如下图)。据此完成(1)～(2)题。(1)“日照时间不少于1小时”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，下列四个城市相邻同高楼房的间距最宽的应该是()A.北京(40°N) B.哈尔滨(45°N)C.广州(23°N) D.台州(29°N)答案(1)D(2)B解析第(1)题，我国大部分地区在冬至日时，北面楼房底层最易被南面的楼房遮住太阳光。第(2)题，冬至日时，选项中的城市越靠北，楼房的影子越长，楼间距就越宽。课后质量评估【素养达标】(2023·山东聊城阶段练习)下图为北半球某学生于夏至日正午时分在路边拍摄的太阳能发电的外接装置实物图，该学生测得此时光伏接收面板与地面的夹角约为30°。该装置能够通过自动控制器使光伏接收面板与太阳光线保持垂直。据此完成1～2题。1.该学生算出了该地的纬度大致为()A.6°34′N B.23°26′NC.36°34′N D.53°26′N答案D解析夏至日，太阳直射点位于北回归线。由材料可知，光伏接收面板与地面的夹角约为30°，且该光伏接收面板与太阳光线垂直，则该日图示地区的正午太阳高度约为60°。根据正午太阳高度计算公式：H＝90°－|当地纬度±太阳直射点纬度|，可列出公式：60°＝90°－|当地纬度－23°26′|，计算出该地纬度约为53°26′N。2.该日后的一个月内图示地区正午太阳高度的变化为()A.逐渐变大 B.逐渐变小C.先变大后变小 D.先变小后变大答案B解析该日太阳直射点位于北回归线，该日后太阳直射点向南移动。由上题分析可知图示地区位于北回归线以北，因此该日后的一个月内，图示地区正午太阳高度逐渐变小。下表是2022年冬至日时我国四个城市的正午太阳高度。据此完成3～4题。城市正午太阳高度甲26°42′乙41°32′丙36°50′丁64°01′3.四个城市中纬度最低的是()A.甲 B.乙C.丙 D.丁答案D解析结合正午太阳高度的计算公式可知，距离太阳直射点越近，正午太阳高度越大。北半球冬至日时太阳直射点位于南回归线。由表可知，丁城市的正午太阳高度最大，说明离南回归线最近，纬度最低。4.四个城市中，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阳高度＝90°－(40°＋23°26′)＝26°34′，与表中甲城市最为接近。(2023·黑龙江牡丹江期中)下图为我国北京市某学校教学楼平面示意图。据此完成5～6题。5.丙栋教室一年中正午光照面积达到最大的一天是()A.春分日 B.夏至日C.秋分日 D.冬至日答案D解析正午太阳高度越大，太阳光线与地面的夹角越大，光照射入室内的面积越小，反之，正午太阳高度越小，光照射入室内的面积越大。北京位于北回归线以北地区，一年中正午太阳高度最小的日期是冬至日，所以冬至日是丙栋教室一年中正午光照面积达到最大的一天。6.为确保图示教学楼的良好光照条件，三栋教学楼高低分布情况为()A.甲栋最高，丙栋最低 B.甲栋最低，丙栋最高C.甲栋最低，乙栋最高 D.甲栋最高，乙栋最低答案A解析北京位于北回归线以北地区，年内光照多从偏南侧照射而来，甲、乙、丙三幢楼中丙最靠南，丙楼最低，对光照遮挡作用最小，而甲楼最偏北，光照被乙、丙遮挡最多，为了获取更多的光照，甲栋应最高，A正确；丙栋最高对甲、乙两栋光照遮挡作用强，不合理，B错误；甲栋最低，乙栋最高，乙栋对甲栋遮挡面积大，不合理，C错误；乙栋最低，则被丙栋遮挡面积大，不合理，D错误。下图为上海(121°30′E，31°13′N)某地的汽车停车场示意图，箭头①②③代表二分二至日的正午太阳光线。读图，完成7～8题。7.正午太阳光线和正午时车位上遮阳棚的影子面积最大的组合是()A.①春分 B.②夏至C.②秋分 D.③冬至答案D解析正午时遮阳棚影子面积最大，说明正午太阳高度最小，对应图中的③。上海在北半球，应是冬至日最大。8.正午太阳光线为①时，该地的地方时和北京时间分别为()A.12：00、12：00 B.12：00、11：54C.12：06、11：54 D.11：54、12：00答案B解析正午太阳光线为①时，该地的地方时是正午12：00，上海市的经度是121°30′E，北京时间是120°E的地方时，可以计算出北京时间是11：54。【素养提升】下图是某旅游者2019年5月1日即时发布在微信朋友圈的照片，下方显示的拍摄时间是北京时间。据此完成9～10题。9.该旅游者所在的旅游地是()A.阿根廷 B.南非C.加拿大 D.澳大利亚答案D解析拍照时日影达到一天中最短，说明该地地方时是12：00，此时北京时间是10：08，说明该地位于120°E以东28°，即148°E。太阳春分直射赤道，夏至直射北回归线，据此估测5月1日太阳直射点约10°N，此时正午日影与身高相等，说明正午太阳高度为45°，所以该地的纬度为55°N或35°S。(55°N，148°E)位于鄂霍次克海，景观明显与图不符合，(35°S，148°E)位于澳大利亚。10.照片中地物的日影此刻指向()A.正北 B.东北C.正南 D.西南答案C解析此时太阳直射点约10°N，该地位于35°S，太阳直射点位于其北侧，正午时分日影指向为正南。(2023·河南驻马店阶段练习)下图为某个节气(二分或二至日)北京时间10时我国四个城市(纬度相差不大)物体日影的长度情况示意图。据此完成11～12题。11.此时太阳直射点位于()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解析北京时间10时时，地方时为12时的经线为150°E；由图可知，北京时间10时时喀什无日影，由经度可知，喀什比北京时间晚3个小时，故此时喀什地方时约为7时，7时喀什还未日出，说明此日太阳直射点位于南半球，根据“某个节气(二分或二至日)”可知此日为冬至，太阳直射23°26′S。12.甲城市最可能是()A.拉萨 B.呼和浩特C.大连 D.太原答案C解析甲城市日影小于北京和银川，可知北京时间10时时甲城市太阳高度比北京大，说明其日出较早，应位于北京东方，最可能是大连。(2023·江西景德镇期中)20世纪末，河南省贾湖遗址(33.5°N)出土了以鹤的尺骨制成的“骨笛”(下图)，充分展示了我国8000多年前的音律艺术及天文观测水平。贾湖先人将骨笛和叉形器组合起来，以叉形器为杆，影子落在骨笛上，利用最原始的“立杆测影法”，观测正午日影。下图示意该套工具的组成。据此完成13～14题。13.贾湖先人为了观测正午日影，两个木桩摆放方向应为()A.南北对立，叉形器摆放在骨笛的南端B.南北对立，叉形器摆放在骨笛的北端C.东西对立，叉形器摆放在骨笛的东端D.东西对立，叉形器摆放在骨笛的西端答案A解析河南省贾湖遗址(33.5°N)位于北回归线以北，正午太阳在正南方，要使叉形器为杆，影子落在骨笛上，两个木桩摆放方向应为南北对立，叉形器摆放在骨笛的南端，影子才能落在北端的骨笛上。14.当叉形器顶端影子落在“清黄钟”音律孔位时，该日为()A.春分日 B.夏至日C.秋分日 D.冬至日答案B解析当叉形器顶端影子落在“清黄钟”音律孔位时，正午日影最短，正午太阳高度角最大，故该日为夏至日。(2023·天津期末)楼间距与楼高之比是判断楼房采光情况的重要依据，在选择住房时，应选择楼间距与楼高的比值较大的楼盘以及全年能被太阳光照射到的楼层。下图是我国某小区(23°32′N，104°56′E)6幢住宅楼分布图，该小区住宅楼层高均为3米，楼高均为66米。据此完成15～16题。(注：cot23°32′≈2.29，cot43°02′≈1.07，cot66°28′≈0.44)15.若3号楼和4号楼间距为50米，则4号楼至少几层以上能够全年采光()A.4层 B.5层C.6层 D.7层答案D解析当地冬至日正午太阳高度α＝90°－|23°32′＋23°26′|＝43°02′。根据下图可知cotα＝50/h(4号楼全年可采光高度)，可以计算出h≈46.73米。4号楼的整体高度为66米，则冬至日被遮挡部分的高度约19.27米，再根据每层楼高为3米，可以判断至少要从7层开始才可能全年采光。16.家住4号楼的小明在北阳台看到日落，北京时间最可能是()A.18：00 B.19：00C.20：00 D.21：00答案C解析4号楼在北阳台看到日落，说明日落为西北方向，日落西北时应在地方时18时之后，结合当地经度可知，该地与北京时间相差约1小时，故日落北京时间应该在19点之后，A、B错误；若北京时间21点日落，则该地地方时约20点日落，昼长约16个小时，在北回归线附近，最长昼长不可能超过14小时51分钟(北纬40°最长昼长)，所以日落的地方时不可能为20点，可能为19点，北京时间可能为20点，故C正确，D错误。17.(2023·北京密云校考)阅读图文材料，回答下列问题。(14分)北京(116°E，40°N)某高中进行地理实践活动，一组同学用标杆测量正午太阳高度(下图)；另一组同学探究传统文化中的地球运动知识。实践活动一测量报告测量日期：9月23日测量天气：晴测