高中地理鲁教版 (2019)选择性必修1 自然地理基础第二节 地球公转的意义第2课时教案设计

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第2课时 正午太阳高度角的变化
探究 正午太阳高度角的变化
[必备基础]
1．正午太阳高度角
(1)太阳高度角：太阳光线与地平面之间的夹角(如上图)，简称太阳高度。
(2)正午太阳高度角：一天中太阳高度最大值出现在正午，称为正午太阳高度。
2．正午太阳高度的纬度(空间)变化规律(以北半球为例)
同一时刻，各地正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。
(1)春、秋分日：正午太阳高度由赤道向南北两侧递减，如图中 b 折线所示。
(2)夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减，如图中 c 折线所示。
(3)冬至日：正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减，如图中 a 折线所示。
3．正午太阳高度的季节(时间)变化规律(以北半球为例)
[微点拨] “太阳高度”“太阳直射”“正午太阳高度”的区别与联系
(1)太阳高度是指太阳入射光线与观测者所在地平面的交角。
(2)太阳入射光线与地平面交角为90°时，称为太阳直射。
(3)一日中太阳高度的最大值即为正午太阳高度。
(4)若太阳高度为90°，必须同时满足“时间＋地点”两个条件：一是时间为当地正午，地方时为12时；二是地点为直射点。
[关键能力]
1．正午太阳高度的变化规律
(1)正午太阳高度的季节变化规律
(2)正午太阳高度的年变化规律
(3)正午太阳高度的变化幅度
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′。
3．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eq \(――――→,\s\up7(逐渐变短))正午最短eq \(――――→,\s\up7(逐渐变长))日落最长，且日影方向与太阳方向相反。
(4)推断楼间距
一般来说，纬度较低的地区，楼间距较小；纬度较高的地区，楼间距较大。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大于L＝h·ct H(H：冬至日正午太阳高度)。
(5)确定太阳能热水器集热板的安装角度
太阳能热水器集热板与地面的夹角：为了最大限度地利用太阳能资源，太阳能集热板与地面之间的夹角(α)最好等于该地与太阳直射点所在地的纬度差，或者说和当天正午太阳高度角(H)互余，如图：
[学科素养]
2004年，住在合肥市中心司法厅宿舍楼的老干部们发现，安徽某房地产有限公司打算在30米远处建一栋31层的高楼，这楼一旦建成，身为近邻的老人们几乎就要“不见天日”了。趁着高层还未动工，20位老人联名向合肥市规划委员会请求重新规划。经过居民反映、专家测算、规划局论证，结合《中华人民共和国国家标准城市居住区规划》中“大城市住宅日照标准为大寒日≥2小时，冬至日≥1小时，老年人居住的建筑不应低于冬至日日照2小时”的要求，合肥市规划委员会最终撤销了这一尚未破土动工的项目。
[思考探究]
1．在我国的大部分地区，楼高一定的情况下，室内的采光状况与楼间距有何关系？
提示：我国大部分地区都位于北回归线以北，楼高一定的情况下南北方向上的楼间距越小，室内采光时间越短；反之则越长。
2．我国制定的《中华人民共和国国家标准城市居住区规划》中对住宅接受日照时间的最低标准，为什么要以冬至日来衡量？
提示：冬至日时我国各地的正午太阳高度达到一年中的最小值。
3．在北京购买商品住宅时，如果想验证开发商关于“全年都可见到阳光”的销售宣传语的真实性，我们应选择在什么时间去看房？
提示：选择在冬至前后去看房。
[训练评价]
下图为甲、乙两地10～12月正午太阳高度折线图。读图完成1～2题。
1．有关甲、乙两地位置的描述，图示时期正确的是( )
A．甲地位于北半球温带 B．乙地位于南半球温带
C．甲地位于南半球热带 D．乙地位于北半球热带
2．图示时期( )
A．甲地正午太阳高度不断减小
B．两地正午太阳高度之差先减后增
C．两地白昼长度差值先增后减
D．乙地白昼时长先缩短后延长
解析：1.A 2.C 第1题，据题干知，该图为10～12月正午太阳高度变化图，该时期为太阳直射南半球且向南移动时期，据图可知，乙地正午太阳高度有最大90°，说明乙地位于赤道和南回归线之间，为南半球热带地区，B、D均错误；甲地该期间正午太阳高度一直减小，至冬至日为最小，后开始变大，可判断甲位于北半球温带，A正确，C错。第2题，据图可知，甲地正午太阳高度先减小后增大，A错误；两地正午太阳高度之差先增后减，B错误；两地白昼长度差值先增后减，C正确；乙地白昼时长先延长后缩短，D错误。
太阳能是目前世界上可开发的最大能源，可以源源不断地加以利用，是最清洁的能源之一，太阳能热水器就是目前人们常见的利用方式之一。下图为龙岩市(约25°N)太阳能热水器安装示意图，据材料和图完成3～4题。
3．龙岩市冬至日的正午太阳高度是( )
A．18°34′ B．23°26′
C．48°26′ D．41°34′
4．从冬至到夏至，龙岩市居民为使太阳能热水器达到最佳集热效果，滑动支架应( )
A．先升后降 B．先降后升
C．不断升高 D．不断降低
解析：3.D 4.D 第3题，冬至日太阳直射23°26′S。据材料可知龙岩市的纬度约25°N，据正午太阳高度的计算公式：H＝90°－纬度差＝90°－(23°26′＋25°)＝41°34′。第4题，据图可知，集热板的倾角与正午太阳高度角互余。结合正午太阳高度的计算公式可推出倾角等于纬度差。因此从冬至到夏至，纬度差越来越小，因此龙岩市居民为使太阳能热水器达到最佳集热效果，滑动支架应不断降低。
5．我国某城市(36°34′N)的一个集欧美建筑精华的住宅小区，设施齐全，环境优美，豪华典雅，完工后当地居民争相购买，然而一年后底层住户因采光条件差将开发商告上法庭。图1为该小区分布平面图，图2为该小区学校研究性学习小组绘制的某日旗杆杆影轨迹示意图。(O为立杆处，虚线为杆影，曲线为杆影端点轨迹，tan 30°≈0.577)结合所学知识，回答问题。
(1)图2中F、G、H、I四个杆影中最接近日出时段的是__________，该日前后小区住户客厅内的正午阳光照射面积较________。
(2)该小区底层住户因采光条件差将开发商告上法庭。请你用所学知识为住户们拿出有力的证据。
(3)为保证住宅获得充足的太阳光照，在楼高相同的情况下，你认为该城市住宅楼群的楼房间距与上海相比有何差异？对你的结论作出合理解释。
解析：第(1)题，根据该地位于北半球和杆影端点轨迹可以判断此时为夏半年，太阳东北升西北落。因杆影方位与日出方位相反，判断出最接近日出时段的应该是F；夏季正午太阳高度较大，所以南面客厅内的正午阳光照射面积较小。第(2)题，计算步骤如下：冬至日该地正午太阳高度H＝90°－纬度差＝90－(36°34′＋23°26′)＝30°，理论楼间距＝20÷tan 30°≈34.66 m，而实际楼间距为20 m，故冬至日正午底层住户无阳光照射。第(3)题，该城市纬度比上海高，冬至日正午太阳高度比上海小，前楼的影长大于上海，所以楼房间距宽于上海。
答案：(1)F 小
(2)小区位于36°34′N,12月22日正午太阳高度最小，为30°；正午时，楼的影长达34.66 m，远大于楼间距20 m。
(3)楼房间距应比上海宽。该城市纬度比上海高，冬至日正午太阳高度比上海小。
[体系构建]
[学以致用]
1．暑假时，小明来到北京，参观仰慕已久的清华大学校园，在清华大学校园中看到了古老的计时设施——日晷。他看到日晷上铭刻着“行胜于言”四字，导游介绍说这是清华人的理念，也是中国人的价值观。日晷由晷针和晷盘组成，晷针垂直于太阳视运动的轨道平面，上端指向北极星方向。在晷盘面上刻划出12格，每格代表两个小时，当太阳光照在日晷上时，晷针的影子投向晷盘面，并以此来显示时刻。
请思考：如果小明此时看到的晷盘面上的晷针影子如上图所示，你能推断出他何时参观的清华大学的校园吗？提示：日晷针影的朝向为西北方向，说明太阳位于东南方向，根据图中晷针影子的角度，判断此时应该是在上午9时左右。
2．我国古人造字，蕴含着某些地理知识，如“间”——“门里有日午间到”，午间即正午。如图所示：
请思考：
(1)图中房屋最可能朝向哪个方向？
提示：因为我国在北半球，所以图中的房屋最可能坐北朝南。
(2)冬至时，照进图示房屋内的阳光面积达到一年中的最大还是最小？为什么？之后该房屋内的光照面积会发生什么变化？
提示：最大。冬至时太阳直射南回归线，对于北半球来说，此时太阳高度达到一年中最小值，太阳高度越低，照进室内的阳光面积越大。之后光照面积会逐渐变小。
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，运用综合思维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，提高地理实践力。
3.根据相关资料，运用综合思维理解正午太阳高度的变化在生产、生活中的应用。
节气
最大值地区
最小值地区
夏至日
北回归线及其以北地区
南半球各纬度地区
冬至日
南回归线及其以南地区
北半球各纬度地区
二分日
赤道
极点
北回归线及其
以北地区
一年有一次最大值(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
一年有一次最大值(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)
一年有两次最大值(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)
赤道地区
一年有两次最大值(春分、秋分)，两次最小值(夏至、冬至)
递变规律
来增去减(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)
南、北回归线
之间
纬度越高，正午太阳高度变化幅度越大(由23°26′增大至46°52′)，赤道上为23°26′，回归线上为46°52′
回归线至
极圈之间
各纬度正午太阳高度变化幅度相同(均为46°52′)
极圈以内
地区
纬度越高，正午太阳高度变化幅度越小(由46°52′减小至23°26′)，极圈上为46°52′，极点上为23°26′