高二地理（人教版）学案选择性必修一第一章第二节第4课时正午太阳高度四季与五带

第4课时正午太阳高度四季与五带[课标要求]结合实例,说明地球运动的地理意义。[素养解读]1.结合相关图示,理解正午太阳高度的变化规律及四季、五带的划分依据。2.根据日常观察,掌握正午太阳高度的年变化特点、四季的更替特征及五带划分的依据。3.根据相关资料,理解正午太阳高度的变化在生产、生活中的应用。知识点一正午太阳高度的变化1.太阳高度[注1](1)概念:是太阳高度角的简称,如图,是太阳光线与的交角,即太阳在当地的仰角。

(2)特点: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.正午太阳高度一日内的太阳高度,反映太阳辐射的强弱。

3.正午太阳高度的空间(纬度)变化规律[注2]夏至日正午太阳高度由向南北两侧递减,如图中折线所示

冬至日正午太阳高度由向南北两侧递减,如图中折线所示

春、秋分日正午太阳高度由向南北两侧递减,如图中折线所示

由上述可归纳出,正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两侧递减4.正午太阳高度的时间(季节)变化规律(以北半球为例)节气最大值地区最小值地区夏至回归线及其以北地区

半球

冬至回归线及其以南地区

半球

春分、秋分赤道极点[助解教材][注1]拓展:太阳高度、太阳直射、正午太阳高度的对比(1)太阳高度:太阳入射光线与观测者所在地平面的夹角。(2)太阳直射:太阳入射光线与观测者所在地平面夹角为90°时的情况。(3)正午太阳高度:一日中太阳高度的最大值。(4)太阳高度为90°的时间和地点条件:时间为当地正午(地方时为12时),地点为太阳直射点。[注2]点拨:任何纬度正午太阳方位的变化范围的夹角,都是46°52',与太阳直射点的移动范围相同。知识点二四季更替和五带划分1.四季更替[注1](1)成因(2)划分[注2]类型天文四季气候四季(北温带)范围春季过渡季节3、4、5月夏季白昼、正午太阳

高度的季节

6、7、8月秋季过渡季节9、10、11月冬季白昼、正午太阳

高度的季节

12、1、2月2.五带划分(1)划分依据:太阳辐射从低纬度向高纬度呈有规律。

(2)五带的划分[助解教材][注1]辨析:四季和五带都是描述太阳辐射热量在地球上的分布,但是四季描述的是热量在时间上的分布规律,五带描述的是热量在空间上的分布规律。[注2]拓展:所谓“四季”,是温带地区春、夏、秋、冬的总称。春、夏、秋、冬的差异主要反映了地面接受太阳能量的多少。地面接受太阳能量的多少,主要取决于太阳光照射的角度。同样的一束光线斜射到地面上比直射到地面上照到的面积大,地面单位面积获得的能量便少。因此,正午太阳高度变化是四季划分的主要原因。白昼时间长短对地面获得太阳能量的多少也有一定影响。探究点(一)正午太阳高度的变化规律与计算[典例导析](2023·海南高考)对日影和太阳高度变化的观测可以判断地理位置、地方时等要素。图1为甲地某日日出至日落期间标杆的日影变化示意图,当日影朝正北方向时,标杆长度与其日影长度相等。图2为乙地同一日正午时刻的太阳高度示意图。图中时间均为北京时间。据此完成(1)~(2)题。(1)观测当日()A.甲地昼长夜短B.乙地昼短夜长C.甲地昼长大于乙地 D.甲乙两地昼夜等长(2)甲地位于乙地()A.东南 B.西南C.东北 D.西北[我的答案](1)(2)

[综合思维]1.正午太阳高度的变化规律公式:H=90°|φ±δ|,表明正午太阳高度(H)因纬度(φ)而不同,随季节(δ)而变化。(1)看直射点的位置,比较不同纬度正午太阳高度大小(δ确定,φ变化)。记忆口诀“近大远小”:即正午太阳高度由太阳直射点纬度向南北随纬度递减;两地的纬度差,就是它们的正午太阳高度差。(2)看直射点的移动,确定某一纬度正午太阳高度的变化(φ不变,δ变化)。记忆口诀“来增去减”:即直射点(δ)向本地所在纬线(φ)移来,则正午太阳高度增大,移去则减小。如图所示:结合上图,归纳不同区域的正午太阳高度年变化规律。如下表:区域示意图变化规律回归线之间正午太阳高度最大值为90°,每年有两次太阳直射现象,即一年中有两个正午太阳高度最大值回归线上正午太阳高度最大值为90°,一年中只有一次太阳直射现象,即一年中只有一个正午太阳高度最大值回归线至极圈之间正午太阳高度最大值小于90°,一年中只有一个正午太阳高度最大值极圈至极点之间(3)看纬度位置,总结正午太阳高度的年变化幅度。由公式:正午太阳高度=90°|φ±δ|可知,δ的年变化导致了某地正午太阳高度的年变化,一年中正午太阳高度的最大值最小值即为年变化幅度。下面为不同区域正午太阳高度的年变化幅度。①赤道地区和南、北两极地区的年正午太阳高度最大差值均为23°26'。②0°到南、北纬23°26'之间的地区(或热带地区),年正午太阳高度最大差值从23°26'增大到46°52'。③南、北纬23°26'到南、北纬66°34'之间的地区(或南北温带),年正午太阳高度最大差值均为46°52'。④南、北纬66°34'至极点之间的地区(或南北寒带),年正午太阳高度最大差值从46°52'减小到23°26'。2.正午太阳高度的计算方法公式:H=90°两点纬度差。说明:“两点”指观测点、太阳直射点。若两点同在北(南)半球,两点纬度差为大数减去小数;若两点分属于南北半球,两点纬度差为两点的纬度之和。如下图所示:当太阳直射B点(10°N)时,A点(40°N)正午太阳高度是:HA=90°AB纬度差=90°(40°10°)=60°。当太阳直射B点(10°N)时,C点(23°26'S)正午太阳高度是:HC=90°BC纬度差=90°(10°+23°26')=56°34'。[针对训练]小明在晴好天气中游览埃及开罗的金字塔群,游览中获悉胡夫金字塔(29°59'N,31°8'E)四个斜面分别正对东、南、西、北方向,倾角均为51°52'。如图为金字塔群景区示意图。据此完成1~2题。1.开罗时间15时整,小明想与在北京的好友即时视频分享美景。此时好友可能正在()A.公园晨练 B.午间小憩C.欣赏日落 D.仰望星空2.小明发现当日胡夫金字塔北面全天不被阳光照射,推测小明游览的日期可能是()A.1月20日 B.3月15日C.6月22日 D.10月15日我国某中学地理小组于2024年12月21日(冬至日)在校园内的P点进行测定当地经纬度活动。将一个自制支架、一个量角器和一只系有绳子的重锤安装成如图所示。A为量角器直线边投射的日影。当手表显示11:20,测得β最小,角度为70°26'。读图,完成3~5题。3.经此测量的正确结果是()A.(47°N,110°E) B.(47°N,130°E)C.(43°N,110°E) D.(43°N,130°E)4.测量当日当地和太阳直射纬线的日出方向分别是()A.东南东南 B.东南东北C.东北东南 D.东北东北5.次日量角器直线边投射的日影再次指向A方向时,下列叙述正确的是()A.经历一个太阳日 B.经历一个恒星日C.β角变大 D.β角不变探究点(二)正午太阳高度的实践应用[案例探究]湛江(21.5°N,110°E)某校地理兴趣小组的学生,为考察当地正午太阳高度的变化情况,从某日开始观察并测量学校旗杆(高10m)正午影子的长度。下图示意该地理兴趣小组学生绘制的旗杆正午影子长度变化情况。[思考交流]1.推测该地理兴趣小组开始进行该活动的日期,并说明该日全球正午太阳高度随纬度变化的变化规律。

2.请在图中绘出9月23日至次年3月21日该学校旗杆正午影子长度变化曲线,并说明9月23日一天中该校旗杆影子朝向的变化过程。

3.为准确测出正午旗杆影长,该学校地理兴趣小组每日测量的北京时间为,图中a的值约为。(写出计算过程,参考数据:cos21.5°≈0.93,tan21.5°≈0.39)

[综合思维]1.确定地方时当某地太阳高度达一天中最大值时,就是一天的正午时刻,此时当地的地方时是12时。2.判断所在地区的纬度当太阳直射点位置一定时,如果已知当地的正午太阳高度,就可以根据“某地与太阳直射点相差多少纬度,正午太阳高度就相差多少度”的规律,求出当地的地理纬度。3.确定房屋的朝向为了获得最充足的太阳光照,各地房屋的朝向与正午太阳所在的位置有关。(1)北回归线以北的地区,正午太阳位于南方,房屋朝南。(2)南回归线以南的地区,正午太阳位于北方,房屋朝北。4.判断日影长短及方向太阳直射点上,物体的影长为0;正午太阳高度越大,日影越短;反之,日影越长。地区正午日影朝向日影长短北回归线以北全年朝向正北(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.计算楼间距、楼高为了保证一楼全年都有阳光照射,北回归线以北地区建造楼房时,两楼之间的最短距离应不小于L=h/tanH(H为冬至日正午太阳高度)。6.计算热水器的安装角度集热板与地面之间的夹角和当天正午太阳高度角互余,如图,α+H=90°时效果最佳。[针对训练]我国某学校高三(2)班地理兴趣小组在校园内开展日照观测活动,发现从9月23日开始,正午太阳光可透过窗户照射进本班教室(见下图)。10月23日之后因南侧高楼对阳光的遮挡,本班教室内的正午光照消失。一段时间后,正午太阳光再次照进本班教室。据此完成1~2题。1.10月23日之后,正午太阳光照再次照进高三(2)班教室的时间约为()A.当年11月23日 B.当年12月22日C.次年2月21日 D.次年3月21日2.与高三(2)班相比,夏至日到冬至日期间,楼上高三(8)班教室内的正午光照()A.同时出现,持续时间一样B.同时出现,持续时间更长C.更早出现,持续时间一样D.更早出现,持续时间更长太阳能热水器集热板与地面的夹角可调节,为使集热效率达到最高,应保持正午太阳光与集热板垂直,若当地的正午太阳高度为H,则集热板与地面的夹角应为90°H,如图所示。读图,回答3~4题。3.泉州一年中调节杆高度最小的月份是()A.6月 B.9月C.12月 D.3月4.集热板与地面夹角从最小增大到最大期间()A.泉州日落时间不变B.地球公转速度逐渐减小C.泉州正午楼房的影长逐渐增大D.泉州昼短夜长,且昼渐长图表判读——太阳视运动图的判读太阳视运动是指一天中肉眼所见太阳在天空中东升西落的运行状况。其中日出东方,日落西方,正午12时(地方时)时位于观察者的正南方、正北方或正上方。下图反映的是40°N附近某地在二分二至日的太阳视运动轨迹。该图可反映日出日落时间与昼夜长短、日出日落方位、正午太阳高度等。[判读技法]1.全球日出、日落及正午时刻太阳方位的变化规律(1)未出现极昼或极夜现象的地区,太阳直射点位于北半球时,日出日落都偏北(太阳从东北升起西北落下);太阳直射点位于南半球时,日出日落都偏南(太阳从东南升起西南落下);太阳直射点位于赤道时,日出正东、日落正西。(2)出现极昼的地区(除极点)一天内太阳不落,正午太阳高度最大,0时(24时)太阳高度最小,若位于北半球,太阳升落方位均为正北;若位于南半球,太阳升落方位均位于正南。(3)极昼期间的极点一天内太阳高度不变。2.太阳方位的判定方法正午太阳方位依据太阳直射点位置判断,太阳直射点在该地南侧,则正午太阳位于正南,反之位于正北,直射该地,则为正上方日出和日落太阳方位依据太阳直射点半球位置判断,太阳直射点在南半球,则全球东南日出,西南日落;在北半球,则全球东北日出,西北日落;在赤道,则全球正东日出,正西日落任意时刻太阳方位第一步,先判断该地正午太阳方位。第二步,根据太阳东升西落,1小时转15°,结合正午太阳方位推任意时刻太阳方位3.昼长与日出日落时间在北半球,昼越长,日出越早,日落越晚,日出日落的位置越偏北,太阳视运动的弧度越大;反之,在北半球昼越短,日出越晚,日落越早,日出日落位置越偏南,太阳视运动的弧度越小。4.影子变化的判读影长变化根据太阳高度的大小判断影长,例如,一天之内日出时影长最长,之后缩短,正午时最短,之后变长,日落时影子又最长;太阳直射点上无影子影子方位的变化影子位于太阳相反方位,根据太阳方位即可推知影子方位[针对训练]山东潍坊某中学地理学习小组进行了影子日变化观测活动。如图示意该小组测得的某日一天当中太阳和影子变化示意图(图示时间为北京时间)。完成1~3题。1.推测该小组测量当天的日期是()A.3月21日 B.6月22日C.9月23日 D.12月22日2.推算当地的经度是()A.118°E B.119°EC.121°E D.122°E3.已知甲、乙两个时刻竿影等长,甲时刻为北京时间13:34,则乙时刻对应的地方时为()A.10:26 B.10:30C.10:34 D.10:38(2024·广东高考)距今约3000年前的金沙遗址(30°41'N,104°01'E)是古蜀国时期的一处大型聚落遗址。在该遗址祭祀区的东部,有一处九柱建筑基址,其9个柱洞呈“田”字形分布。研究发现,这些柱洞分布具有一定的天文属性。图1为九柱建筑的复原示意图;图2示意该建筑柱洞平面分布及当时冬至日的日出方位。据此完成4~5题。4.如果当时祭祀人员站在图2中的D5处,他在夏至日看到的日出方位位于()A.D5→D6连线方向 B.D6和D9之间C.D5→D9连线方向 D.D8和D9之间5.已知3000年前的黄赤交角比现今大,与现在遗址地居民相比,则当时金沙先民在()A.春分日看到日出时间更早B.夏至日经历更长的夜长C.秋分日看到日落时间更晚D.冬至日经历更短的昼长一、地理实践——正午太阳高度变化与生产生活[材料]某校(位于北回归线以北)地理课外小组做了如下实践活动。如图1所示,在学校操场上树立一垂直于地面的旗杆,杆高为h,OP为正午旗杆的影子,OM垂直于OP,测得OP长度为一年中最长,且为h·cot36°34'。(tan35°≈0.7,tan45°=1,tan60°≈1.732)房地产开发商在M楼南建造了一幢商品住宅楼(如图2),某户居民买到了M楼一层的一套房子,于元旦前住进后发现正午前后太阳光线被南楼挡住。[问题设计]1.根据采集的数据,推算该地的纬度。2.该房主准备以“争取采光权”向相关部门投诉,你认为他能胜诉吗?请从地理角度说明理由。3.如果开发商败诉,那么今后若计划在南楼南面再建造楼房的话,应该采取哪些有效的实际措施,来保障南楼住户的采光权?住宅日照标准住宅的日照标准,即根据各地区的气候条件和居住卫生要求确定的向阳房间在规定日获得的日照量,是编制居住区规划时确定房屋间距的主要依据。日照量包括日照时间和日照质量两个指标。2019年10月1日起正式实施的《民用建筑设计统一标准》规定建筑日照标准应符合下列要求:(1)每套住宅至少应有一个居住空间获得日照,该日照标准应符合现行国家标准《城市居住区规划设计规范》GB50180有关规定。(2)宿舍半数以上的居室,应能获得同住宅居住空间相等的日照标准。(3)托儿所、幼儿园的主要生活用房,应能获得冬至日不小3小时的日照标准。(4)老年人住宅、残疾人住宅的卧室、起居室,医院、疗养院半数以上的病房和疗养室,中小学半数以上的教室应能获得冬至日不小于2小时的日照标准。二、家国情怀——传统文化与地理研学[材料]《说文解字》中有“晷,日影也。”日晷就是利用太阳的位置来指示时间的一种仪器。赤道式日晷是日晷中最简单、最常见的一种,其晷盘面平行于赤道平面,晷针与晷盘面垂直且晷盘上刻度等分。为了加深对日晷的了解,位于杭州(30°N,120°E)的地理研学小组采用泡沫材料自制了一个赤道式日晷。[问题设计]1.请指出组装日晷时,晷针与地平面的角度以及摆放时晷盘上表面的朝向。2.比较冬至日和夏至日时晷针影子特征的异同。3.请说出用日晷指示时间的不足之处。课下请完成课时跟踪检测(五)地理研学活动1——足不出户,洞察“天象”第4课时正午太阳高度四季与五带落实必备知识知识点(一)1.(1)地平面2.最大3.北回归线c南回归线a赤道b4.北南南北知识点(二)1.(1)昼夜长短正午太阳高度(2)最长最高最短最低2.(1)递减强化关键能力探究点(一)[典例导析](1)D(2)A解析:第(1)题,图1为甲地某日日出至日落期间标杆的日影变化示意图,北京时间5:40杆影朝向正西,说明太阳位于正东,且此时正值日出,说明该日为春(秋)分日,全球昼夜平分,故甲乙两地昼夜等长,D正确。第(2)题,由分析可知,该日为春(秋)分日,全球昼夜等长,故甲地日出地方时为6:00,计算可知,甲地位于125°E;甲地日影朝向正北时,标杆长度与其日影长度相等,表明甲地正午太阳高度为45°,春(秋)分日,太阳直射点位于赤道,则当地纬度为45°N。同一日,乙地正午太阳高度为30°,且位于正南,可知乙地的纬度为60°N;此时北京时间为12:20,计算可知,乙地位于115°E。因此,甲、乙两地的地理坐标分别是:甲(45°N,125°E)、乙(60°N,115°E),故甲地位于乙地的东南方向,A正确。[针对训练]1.D2.A2.A解析:第1题,开罗时间指东二区区时,北京使用东八区区时,根据“东加西减”的方法可知,北京时间比开罗时间早6小时。开罗时间15时整,北京时间为15+6=21时,此时北京若为晴朗的夜晚,北京的好友可能正在仰望星空,D正确。第2题,结合所学地球运动知识可知,胡夫金字塔(29°59'N,31°8'E)位于北回归线以北地区,当日出东南,日落西南,且该日正午太阳高度角小于胡夫金字塔北面倾角51°52'时,即当地纬度与太阳直射点的纬度差大于胡夫金字塔北面倾角的余角38°08'时,胡夫金字塔北面全天不被阳光照射。根据公式“正午太阳高度H=90°纬度差(该地与太阳直射点的纬度差,同半球减,异半球加)”计算可知,该日太阳直射点的纬度应在38°08'29°59'=8°09'S以南。根据“太阳直射点回归运动的平均速度约为每月8个纬度,每4天移动约1°”规律推算可知,该日小明游览的日期应该在10月23日到次年2月21日之间。故选A。3.B4.A5.A解析:第3题,根据图示可知,这时太阳高角度和β角互余,β最小,这时太阳高度角是一天中最大值,为正午太阳高度,其数值为90°70°26'=19°34',冬至日太阳直射点位于南回归线,我国正午太阳高度为19°34'地点的纬度为90°19°34'23°26'=47°。手表显示11:20(北京时间),当地正午太阳高度最大,地方时为12:00,计算可知该地经线在120°E以东,经度相差10°,即该地经度为130°E,因此B正确,A、C、D错误,故选B。第4题,12月21日太阳直射点位于南回归线,全球除极昼极夜地区外,各地太阳从东南升、西南落,A正确,B、C、D错误。故选A。第5题,β最小时,量角器直边投射在A,表示地方时为12:00,第二天投影再次对应A方向时,也是地方时12:00,而且是以太阳为参照物,所以是一个太阳日。而不是一个恒星日,次日,即冬至日过后太阳直射点北移,该地正午太阳高度角变大,β变小,A正确,B、C、D错误。故选A。探究点(二)[案例探究]1.提示:日期:5月26日左右。分布规律:太阳直射点位于21.5°N,当地正午太阳高度为90°;全球正午太阳高度由21.5°N向南北两侧递减。2.提示:绘图如下:影子朝向:日出时旗杆影子朝向正西方向,上午朝向西北方向,正午时朝向正北方向,下午朝向东北方向,日落时朝向正东方向。3.提示:12:403.90该学校位于110°E,与北京时间(120°E地方时)相差40分钟,故该学校所在地的当地时间为正午时,北京时间为12:40,图中a为太阳直射点位于赤道时的影长,太阳直射点位于赤道,该学校所在地的当地时间为正午时的太阳高度为90°(21.5°0)=68.5°,影长a=10tan21.5°≈3.9。[针对训练]1.C2.B解析:第1题,结合材料“10月23日之后因南侧高楼对阳光的遮挡,本班教室内的正午光照消失”可知,10月23日正午阳光恰好被南侧高楼遮挡,之后该地正午太阳高度逐渐变小,每天正午阳光都会被南楼遮挡,冬至之后,正午太阳高度渐大,但仍被南楼遮挡,直到下一次正午太阳高度和10月23日相同,正午阳光再次恰好被南楼遮挡,之后正午阳光可以照进教室内。太阳直射同一纬度对应的两个日期关于冬至或夏至对称,10月23日到冬至约两个月,即下一个日期为冬至后约两个月,即次年2月21日前后,C正确。第2题,该地10月23日到次年2月21日期间,正午太阳光会被南楼遮挡,即其他日期内(2月21日到10月23日)正午太阳光都可以照进教室。夏至在2月21日到10月23日日期范围内,两个教室都有正午太阳光照,因此为同时出现,C、D错误;在10月23日时因南侧高楼对阳光的遮挡,高三(2)班教室内的正午光照消失,但高三(8)班在楼上,仍未被遮挡,有正午太阳光照,因此高三(8)班正午太阳光照持续时间更长,B正确,A错误。3.A4.C解析:第3题,材料信息表明,为使集热效率达到最高,应保持正午太阳光与集热板垂直,若当地的正午太阳高度为H,集热板与地面的夹角应为90°H。泉州市位于北回归线以北,一年调节杆高度最小时,当地的正午太阳高度最大,应为夏至日(6月22日前后),即6月份,A正确,B、C、D错误。第4题,材料信息表明,若当地的正午太阳高度为H,集热板与地面的夹角应为90°H,集热板与地面夹角从最小增大到最大期间,是当地正午太阳高度从最大到最小的期间。泉州位于北回归线以北,集热板与地面夹角从最小增大到最大期间为夏至日(6月22日前后)到冬至日(12月22日前后),太阳直射点南移,正午太阳高度减小,正午楼房的影长逐渐增大,C正确;夏至日到冬至日期间,太阳直射点南移,泉州昼长渐短,日落时间提前,A错误;夏至日到冬至日期间,地球公转速度先减慢后加快,B错误;夏至日到冬至日期间,泉州前半段昼长夜短,后半段昼短夜长,且昼渐短,D错误。故选C。图表判读1.D2.B3.B解析:第1题,根据题意可知,图示为山东潍坊某日一天当中太阳和影子变化示意图。图示显示日出和日落连接的太阳运动轨迹小于180°,应为昼短夜长