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高中地理湘教版 (2019)选择性必修1 自然地理基础第二节 地球的公转学案设计
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这是一份高中地理湘教版 (2019)选择性必修1 自然地理基础第二节 地球的公转学案设计，共24页。学案主要包含了地球公转，黄赤交角及其影响，地球公转的地理意义等内容，欢迎下载使用。
必备知识·自主学习
一、地球公转
1.绕转中心:太阳。
2.方向:自西向东。
3.公转轨道及速度:是近似正圆的椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。
4.周期:365日6时9分10秒,即一个恒星年。
[辨一辨]地球围绕太阳公转产生一系列地理现象,判断下列有关运动特征的正误。
①公转方向是自东向西绕日运动。 (×)
②地球位于近日点时,北半球是夏季;地球位于远日点时,北半球是冬季。 (×)
③公转周期是365日6时9分10秒,叫1恒星年。 (√)
④在近日点地球公转速度慢。(×)
【思考】
北半球夏半年的日数是186天,冬半年的日数是179天,造成这种日数差异的原因是什么?
提示:北半球夏半年地球距离太阳较远,公转速度慢,故时间较长;冬半年地球距离太阳较近,公转速度快,故时间较短。
二、黄赤交角及其影响
1.黄赤交角:
[填图]
2.太阳直射点的回归运动:
[填图]将二分二至日(春分、秋分、夏至、冬至)填至下图适当位置。
[辨一辨]判断下列说法的正误。
①太阳直射点是固定不变的。(×)
②太阳直射的范围在南北纬23.5°之间。(√)
③元旦太阳直射点在南半球向南移动。(×)
④1回归年=365日5时48分46秒。(√)
【思考】
若黄赤交角变为0°,太阳直射点会有什么变化?
提示:太阳终年直射赤道,直射点不再南北往返移动,全球始终昼夜平分。
三、地球公转的地理意义
1.正午太阳高度的变化:
(1)太阳高度角与正午太阳高度。
①太阳高度角:太阳光线与地平面之间的夹角。
②正午太阳高度:一天中太阳高度最大值出现在正午。
(2)变化原因:黄赤交角的存在,太阳直射点的南北移动。
(3)变化规律。
①纬度分布。
同一时刻,各地正午太阳高度,从太阳直射点所在的纬度向南北两侧递减。
[连一连]将二分二至日及其对应的正午太阳高度分布规律连线。
②季节变化。
【思考】
理论上我国南方的楼间距比北方小,为什么?
提示:因为我国南方的正午太阳高度角一年四季,尤其冬季都比北方的正午太阳高度角大,遮阴楼层少。
2.昼夜长短的变化:
(1)昼弧、夜弧与昼夜长短。
[连一连]将图示时间的昼夜长短状况连线。
(2)昼夜长短的变化规律。
①赤道上:全年昼夜等长。
②北半球。
③南半球的情况与北半球相反。
[连一连]将下列日期与北半球昼长及其变化状况连线。
【思考】
华北地区一年中昼夜长短是如何变化的?
提示:春分、秋分昼夜等长;春分到夏至,昼长夜短,昼渐长夜渐短;夏至到秋分,昼长夜短,昼渐短夜渐长;秋分到冬至,昼短夜长,昼渐短夜渐长;冬至到第二年春分,昼短夜长,昼渐长,夜渐短。
3.四季的更替:
(1)四季变化明显的地区——中纬度地区。
(2)四季划分。
①目的:使季节划分与气候变化吻合。
②北温带国家的四季。
③南半球与北半球季节恰好相反。
【思考】
观察黄赤交角与南北回归线、南北极圈的度数有什么关系?若黄赤交角变大,对五带会有什么影响?
提示:黄赤交角等于南北回归线的度数,与南北极圈的度数互余。黄赤交角变大,热带变大,寒带变大,温带变小。
关键能力·合作学习
能力1 黄赤交角与太阳直射点回归运动
1.黄赤交角的特点:
黄赤交角的特点,可以概括为“一轴、两面、三角度”和“三个基本不变”。其含义如下:
2.黄赤交角变化带来的影响:
(1)理解黄赤交角变化的影响,最主要的是理解几个数据间的关系。如图:
①α=黄赤交角=回归线的纬度数=1/2太阳直射点移动的纬度范围=1/2热带范围。
②β=90°-2α=北(南)温带范围。
③μ=α=90°-极圈的纬度数=北(南)寒带的纬度范围。
(2)黄赤交角变化带来的影响。
(2020·长沙高二检测)黄赤交角是产生四季的原因。黄赤交角并非固定不变,现在约为23.5°,最大时可达24°14′,最小时为22°6′,变动周期约4万年。读黄赤交角变动时回归线和极圈的变动示意图,回答(1)、(2)题。
(1)黄赤交角为24°14′时( )
A.热带的范围比现在小
B.温带的范围比现在小
C.寒带的范围比现在小
D.极昼和极夜出现的范围比现在小
(2)地球上的太阳直射点( )
①移动周期约4万年
②随着季节的变化而变化
③在南、北回归线之间来回移动
④最小纬度为22°6′
A.①②B.①④C.②③D.③④
【思路点拨】解答该类题应从以下几点入手:
【解析】(1)选B,(2)选C。第(1)题,当黄赤交角为24°14′时,即黄赤交角变大时,回归线度数增大,极圈度数减小,回归线与极圈之间(温带地区)范围缩小;南、北回归线之间(热带地区)范围扩大;极圈与极点之间(寒带地区)范围扩大;地球上存在极昼和极夜的范围扩大。第(2)题,黄赤交角是产生四季的原因,同时也影响太阳直射点的移动范围,即太阳直射点的纬度位置随季节变化而变化,呈现出在南、北回归线之间的周年移动规律,②③正确;太阳直射点移动的周期是一个回归年,4万年是黄赤交角的变动周期;太阳直射点最小的纬度应是赤道,即0°。
【补偿训练】
数九又称冬九九,是一种汉族民间节气。数九从每年冬至开始,每九天算一“九”,一直数到“九九”八十一天,“九尽桃花开”,天气就暖和了。如图表示“地球公转运动轨道示意图”,图中甲、乙、丙、丁表示二分二至日地球在公转轨道上所处的位置。读图完成(1)、(2)题。
(1)“九尽桃花开”时,地球运行在公转轨道的( )
A.甲乙之间 B.乙丙之间
C.丙丁之间D.丁甲之间
(2)当地球公转到丁位置时,下列说法正确的是( )
A.此时黄赤交角变为0°
B.此时地轴与黄道面的夹角为90°
C.此时为秋分日,太阳直射赤道并向南移
D.此时为春分日,太阳直射赤道并向北移
【解析】(1)选C,(2)选D。第(1)题,“数九从每年冬至开始,每九天算一“九”,一直数到“九九”八十一天,“九尽桃花开”。可见,12月22日向后数81天就是“九尽桃花开”时,此时大概为3月11日前后。甲在远日点之前,远日点为7月初,所以甲应该为夏至6月22日。根据地球公转方向,可以推断出乙为秋分9月23日前后,丙为冬至,12月22日,丁为春分,3月21日。所以“九尽桃花开”时,地球运行在公转轨道的丙丁之间。第(2)题,目前黄赤交角变为23.5°,不会在一年内随时间而发生变化。地轴与黄道面的夹角为66.5°,不会随节气发生变化。此时为春分日,太阳直射赤道并向北移。
能力2 正午太阳高度的变化分析
1.正午太阳高度的计算:
H=90°-两点纬度差
说明:“两点”指所求地点与太阳直射点。两点纬度差的计算遵循“同减异加”原则,即两点同在北(南)半球,则两点纬度“大数减小数”;两点分属南北不同半球,则两点纬度相加。如图所示:
当太阳直射B点(10°N)时:
A点(40°N)正午太阳高度:
H=90°-AB纬度差=90°-(40°-10°)=60°
C点(23.5°S)正午太阳高度:
H=90°-BC纬度差=90°-(10°+23.5°)=56.5°
2.正午太阳高度的变化规律:
(1)空间变化规律。
①由公式H=90°-两点纬度差可知,正午太阳高度大小取决于各地距太阳直射点的纬度差,近大远小。
②同一时刻,正午太阳高度由太阳直射点所在纬线分别向南、北两侧递减。如图:
a、b、c为冬至日、春秋分日、夏至日正午太阳高度的空间分布规律。
(2)季节变化规律。
①由公式H=90°-两点纬度差可知,正午太阳高度变化取决于当地距太阳直射点的纬度差的变化,具有“来增去减”的特点,即直射点向本地所在纬线移来,则正午太阳高
度增大,移去减小。如图示意北回归线以北及南
回归线以南地区正午太阳高度的季节变化。
②不同纬度正午太阳高度年变化规律。
(3)不同纬度正午太阳高度年变幅。
①南北回归线之间:ΔH=23.5°+φ
纬度越高,正午太阳高度变化幅度越大(由赤道上的23.5°增大到回归线的47°)。
②回归线至极圈之间:ΔH=47°
各纬度正午太阳高度变化幅度相同,均为47°。
③极圈以内地区:ΔH=23.5°+(90°-φ)
纬度越高,正午太阳高度变化幅度越小(由极圈上的47°减小到极点的23.5°)。
3.正午太阳高度规律在生产、生活中的应用:
(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。
确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。为了获得更充足的太阳光照,在北回归线以北地区正午太阳位于南方,因此房屋坐北朝南;在南回归线以南地区正午太阳位于北方,因此房屋坐南朝北。
(3)确定当地的地理纬度。
①当太阳直射点位置一定时,可根据两地纬度差多少度,正午太阳高度就差多少度。
②根据某地某日(二分二至日)正午太阳高度,可判断该地区纬度大小。
(4)判断日影长短及方向。
太阳直射点上,物体的影子缩短为0;正午太阳高度越大,日影越短;反之,日影越长。正午是一天中日影最短的时刻。
①北回归线以北的地区,正午的日影全年朝向正北(北极点除外),冬至日日影最长,夏至日最短。
②南回归线以南的地区,正午的日影全年朝向正南(南极点除外),北半球夏至日日影最长,冬至日最短。
③南北回归线之间的地区,正午日影北半球夏至日朝向正南,冬至日朝向正北;直射时日影最短(等于0)。
(5)确定楼间距、楼高。
为了更好地保证各楼层都有良好的采光,楼与楼之间应当保持适当距离。以我国为例,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=hctH。如图:
(6)计算太阳能热水器的安装角度。
为了更好地利用太阳能,应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角,使太阳光与集热板成直角。
集热板与地面之间的夹角(α)和当天的正午太阳高度角(H)互余,即α+H=90°时效果最佳。如图:
又由于H=90°-两点纬度差,所以α=纬度差。
例如,北纬40°在夏至日时太阳能热水器与地面的倾角应该调整为40°-23.5°,在冬至日时倾角应该调整为40°+23.5°。
正午太阳高度图解(教材P15图1—20)
图中A点为太阳直射点,其纬度为δ,B点的纬度为φ,H为B点的正午太阳高度。
(1)(综合思维)求证H=90°-|φ-δ|。
提示:如下图左图太阳直射点A与B点位于北半球时,H=90°-∠1,∠1=∠2=|φ-δ|,故H=90°-|φ-δ|。
右图太阳直射点A与B点分别位于南半球和北半球,H=90°-∠1,∠1=∠2=φ-δ(δ取负值),故H=90°-|φ—δ|。
(2)(综合思维)利用公式求北京(40°N)、海口(20°N)二分二至日正午太阳高度。
提示:夏至日太阳直射北回归线,春分日、秋分日太阳直射赤道,冬至日太阳直射南回归线,代入公式计算可得:
(2020·浙江1月选考)下图为甲地观测到的正午、子夜太阳高度年内变化示意图。若h为11°,则该地夏至日正午太阳高度为( )
A.18°B.23.5°C.29°D.34.5°
【思路点拨】解该类题应从以下几点入手。
【解析】选C。 甲的纬度=90°-11°/2=84.5°。甲地夏至日正午太阳高度=90°-(84.5°-23.5°)=29°。
【易错提醒】某地正午太阳高度角和子夜太阳高度角的关系。在太阳直射点的同侧,纬差相差多少度,正午太阳高度就相差多少度。在极地附近的极昼期,与极点纬度相差多少度,子夜时的太阳高度就比极点相差多少度。子夜太阳高度角=正午太阳高度-与极点纬度差的2倍。
能力3 昼夜长短的变化与计算
1.昼夜长短的判断:
(1)看太阳直射点位置→定昼夜长短分布。
太阳直射点的位置决定昼夜长短的状况。太阳直射在哪个半球(南、北半球),哪个半球昼长夜短,且越向该半球的高纬度地区白昼时间越长。(如图所示)
(2)看太阳直射点移动方向→定昼夜长短变化。
太阳直射点的移动方向,决定昼夜长短的变化趋势,纬度的高低决定昼夜长短的变化幅度。太阳向哪个半球(南、北)移动,哪个半球昼将变长,夜将变短;且纬度越高,昼夜长短的变化幅度越大。(如图所示)
(3)看太阳直射点的位置和移动方向→定极昼、极夜范围和变化。
①太阳直射点纬度与出现极昼、极夜的最低纬度互余。
②太阳直射点向北移,北极点周围极昼范围变大;太阳直射点向南移,南极点周围极昼范围变大。(见图)
2.昼夜长短的计算方法:
(1)根据昼弧或夜弧的长度进行计算:昼(夜)长时数=昼(夜)弧度数/15°。
(2)根据日出或日落时间进行计算。
地方时正午12时把一天的白昼平分成相等的两份(如图所示)。
昼长时数=(12-日出时间)×2=(日落时间-12)×2
夜长时数=(日出时间-0)×2=(24-日落时间)×2
(3)根据对称性规律计算。
①利用纬度的对称性计算。
北半球某度数纬线上各地的昼长=南半球同度数纬线上各地的夜长。
②利用时间的对称性计算。
相对于夏至日或冬至日对称的两个时间,某地的昼长、夜长都是相等的;相对于春分日或秋分日对称的两个时间,某地一个时间的昼长等于另一个时间的夜长。如图:
a与b两个时间的昼长、夜长是相同的,c与d两个时间的昼长、夜长也是相同的;b与c两个时间中,b时间的昼长(夜长)等于c时间的夜长(昼长)。
3.太阳直射点位置与日出日落方向及时间、昼夜长短的对应关系(以北半球为例):
图表是我国四城市连续两日的日出、日落时刻(北京时间),据此完成(1)、(2)题。
(1)表中日期最接近的节气是( )
A.春分B.夏至C.秋分D.冬至
(2)关于表中四城市位置的说法,正确的是( )
A.自西向东依次是④③②①
B.自东向西依次是①③④②
C.自南向北依次是③④②①
D.自北向南依次是②①③④
【思路点拨】解答该类题应从以下几点入手:
【解析】(1)选A,(2)选C。第(1)题,据公式“昼长=日落时间-日出时间”计算可得①地第一日昼长11:21:04,第二日昼长为11:23:17;②地第一日昼长11:39:27,第二日昼长为11:41:18;③地第一日昼长11:46:49,第二日昼长为11:48:09;④地第一日昼长11:40:30,第二日昼长为11:42:16;由此可知,四地昼长均接近12小时,并且第二天昼变长,说明日期接近春分。第(2)题,据上述分析可知,太阳直射在南半球,越向北昼长越短,四个城市自南向北依次是③④②①;利用日出和日落时间可以计算出正午的时间,第一日,①地的正午时间是11:45:22,②地的正午时间是13:15:14,③地的正午时间是12:38:27,④地的正午时间是14:06:56,由此可知,自西向东依次④②③①,自东向西依次是①③②④。
【补偿训练】
如图为某一日期甲、乙、丙、丁四个地点的昼长状况图。读图完成(1)～(3)题。
(1)从南北半球来看,甲、乙、丙、丁四个地点中( )
A.甲位于南半球,乙位于北半球
B.乙与丙位于同一半球
C.丙位于北半球,丁位于南半球
D.甲与丁不在同一半球
(2)图示甲、乙、丙、丁四个地点中,纬度最高的地点是( )
A.甲B.乙
C.丙D.丁
(3)该日图中丙地日出的地方时是( )
A.9时B.7时30分
C.6时D.4时30分
【解析】(1)选D,(2)选A,(3)选D。第(1)题,从图中可以看出,甲地昼短夜长,乙地昼夜等长,丙、丁两地昼长夜短。根据昼夜长短的分布规律判断,乙地位于赤道,丙、丁两地位于同一个半球,但不能确定是北半球还是南半球,甲地所在南、北半球与丙、丁两地不同。第(2)题,根据所学知识可知,当全球昼夜不等长时,纬度越高的地点昼长与12小时的差值越大。从图中可以看出,甲、乙、丙、丁四个地点的昼长与12小时的差值分别约为6小时、0小时、3小时、5小时,因此该日甲地昼长与12小时的差值最大,故甲地纬度最高。第(3)题,读图可知,该日丙地的昼长为15小时,根据公式:昼长=2×(12-日出地方时),计算可知丙地该日4时30分日出。本题还可以通过排除法选出正确答案,图中显示,该日丙地昼长夜短,日出应早于地方时6时,选项中只有D项地方时早于6时。
核心素养·情境探究
高层太阳能安装
情境 太阳能与建筑一体化是未来太阳能利用的方向之一。图甲是天津市某新型居住小区楼房二楼正南向壁挂太阳能集热器照片,图乙是太阳能集热器装置结构示意图。
(1)(综合思维)图中可调节支架能够控制太阳能与竖直墙之间的夹角,什么季节可调节支架调至最大?
提示:太阳能与竖墙的夹角与正午太阳高度角相同时,受热效果最好,故夏季应调至最大。
(2)(综合思维)冬季时,若杭州某小区也安装同样的太阳能,则与天津相比,活动支架如何调整?
提示:因为哈尔滨比天津正午太阳高度大,故活动支架应调至比天津长。
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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
冬至日
南回归线及其以南地区
北半球各纬度
二分日
赤道
极点
时间
昼夜长短
分布规律
特殊节气
夏半年
(春分日至秋分日)
昼长夜短
纬度越高,昼越长,北极四周出现极昼现象
夏至日,北半球各地昼长达一年中最大值,极昼范围达最大
冬半年
(秋分日至次年春分日)
昼短夜长
纬度越高,昼越短,北极四周出现极夜现象
冬至日,北半球各地夜长达一年中最大值,极夜范围达最大
季节
获得太阳辐射能量的多少
气温状况
夏季
正午太阳高度最大,白昼最长,获得太阳辐射能量多
气温较高
冬季
正午太阳高度最小,白昼最短,获得太阳辐射能量少
气温较低
季节
春
夏
秋
冬
月份
3-5月
6-8月
9-11月
12月-次年2月
含义
一轴
两面
三角度
一轴
地轴(自转轴,与赤道面垂直)
黄道面
地球公转的轨道面
赤道面
地球自转的平面,与地轴垂直
黄赤交角
黄道面与赤道面的夹角,为23.5°
地轴与黄道面夹角
与黄赤交角互余,为66.5°
地轴与赤道面夹角
90°
三个基本不变
地轴指向
地球在公转过程中,地轴的空间指向基本不变,北极始终指向北极星附近
黄赤交角大小
黄赤交角的大小基本不变,目前保持23.5°
运动方向
地球运动的方向不变,总是自西向东
题目(1)
题目(2)
问
黄赤交角为24°14′时的变化
太阳直射点特点
思
黄赤交角变大对五带的影响
太阳直射点的范围、周期、变化规律
答
黄赤交角变大,则回归线度数变大,极圈度数变小,相应五带变化为:热带、寒带变大,温带变小
仍然在南北回归线之间以回归年为周期移动,最小纬度为赤道,即0°
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
极点
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
夏至日
春分日、秋分日
冬至日
北京
73.5°
50°
26.5°
海口
86.5°
70°
46.5°
题目
问
夏至日正午太阳高度
思
极昼期正午太阳高度和0时太阳高度与纬度的关系
答
所求地点纬度=90°-正午太阳高度和0时太阳高度之差/2;夏至日正午太阳高度=90°-(所求地点的纬度-23.5°)
直射点位置
日出方向
日落方向
昼夜长短
北半球
东北(早于6时日出)
西北(晚于18时日落)
北半球昼长夜短
赤道
正东(6时日出)
正西(18时日落)
昼夜等长
南半球
东南(晚于6时日出)
西南(早于18时日落)
北半球昼短夜长
城市
第一日
第二日
日出
日落
日出
日落
①
06:04:50
17:25:54
06:03:00
17:26:17
②
07:25:31
19:04:58
07:24:22
19:05:40
③
06:45:03
18:31:52
06:44:09
18:32:18
④
08:16:41
19:57:11
08:15:34
19:57:50
题目(1)
题目(2)
问
表中日期最接近的节气
表中四城市位置
思
需要计算表中四城市的昼长时间,判断昼长与12时的关系
根据四城市昼长大小判断大体位置
答
四城市昼长都接近12时但比12时短,昼长变长,说明太阳直射点位于南半球且接近赤道,且向北移动,故接近春分
四城市昼长③>④>②>①,从南向北的顺序为③④②①
必备知识·自主学习
一、地球公转
1.绕转中心:太阳。
2.方向:自西向东。
3.公转轨道及速度:是近似正圆的椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。
4.周期:365日6时9分10秒,即一个恒星年。
[辨一辨]地球围绕太阳公转产生一系列地理现象,判断下列有关运动特征的正误。
①公转方向是自东向西绕日运动。 (×)
②地球位于近日点时,北半球是夏季;地球位于远日点时,北半球是冬季。 (×)
③公转周期是365日6时9分10秒,叫1恒星年。 (√)
④在近日点地球公转速度慢。(×)
【思考】
北半球夏半年的日数是186天,冬半年的日数是179天,造成这种日数差异的原因是什么?
提示:北半球夏半年地球距离太阳较远,公转速度慢,故时间较长;冬半年地球距离太阳较近,公转速度快,故时间较短。
二、黄赤交角及其影响
1.黄赤交角:
[填图]
2.太阳直射点的回归运动:
[填图]将二分二至日(春分、秋分、夏至、冬至)填至下图适当位置。
[辨一辨]判断下列说法的正误。
①太阳直射点是固定不变的。(×)
②太阳直射的范围在南北纬23.5°之间。(√)
③元旦太阳直射点在南半球向南移动。(×)
④1回归年=365日5时48分46秒。(√)
【思考】
若黄赤交角变为0°,太阳直射点会有什么变化?
提示:太阳终年直射赤道,直射点不再南北往返移动,全球始终昼夜平分。
三、地球公转的地理意义
1.正午太阳高度的变化:
(1)太阳高度角与正午太阳高度。
①太阳高度角:太阳光线与地平面之间的夹角。
②正午太阳高度:一天中太阳高度最大值出现在正午。
(2)变化原因:黄赤交角的存在,太阳直射点的南北移动。
(3)变化规律。
①纬度分布。
同一时刻,各地正午太阳高度,从太阳直射点所在的纬度向南北两侧递减。
[连一连]将二分二至日及其对应的正午太阳高度分布规律连线。
②季节变化。
【思考】
理论上我国南方的楼间距比北方小,为什么?
提示:因为我国南方的正午太阳高度角一年四季,尤其冬季都比北方的正午太阳高度角大,遮阴楼层少。
2.昼夜长短的变化:
(1)昼弧、夜弧与昼夜长短。
[连一连]将图示时间的昼夜长短状况连线。
(2)昼夜长短的变化规律。
①赤道上:全年昼夜等长。
②北半球。
③南半球的情况与北半球相反。
[连一连]将下列日期与北半球昼长及其变化状况连线。
【思考】
华北地区一年中昼夜长短是如何变化的?
提示:春分、秋分昼夜等长;春分到夏至,昼长夜短,昼渐长夜渐短;夏至到秋分,昼长夜短,昼渐短夜渐长;秋分到冬至,昼短夜长,昼渐短夜渐长;冬至到第二年春分,昼短夜长,昼渐长,夜渐短。
3.四季的更替:
(1)四季变化明显的地区——中纬度地区。
(2)四季划分。
①目的:使季节划分与气候变化吻合。
②北温带国家的四季。
③南半球与北半球季节恰好相反。
【思考】
观察黄赤交角与南北回归线、南北极圈的度数有什么关系?若黄赤交角变大,对五带会有什么影响?
提示:黄赤交角等于南北回归线的度数,与南北极圈的度数互余。黄赤交角变大,热带变大,寒带变大,温带变小。
关键能力·合作学习
能力1 黄赤交角与太阳直射点回归运动
1.黄赤交角的特点:
黄赤交角的特点,可以概括为“一轴、两面、三角度”和“三个基本不变”。其含义如下:
2.黄赤交角变化带来的影响:
(1)理解黄赤交角变化的影响,最主要的是理解几个数据间的关系。如图:
①α=黄赤交角=回归线的纬度数=1/2太阳直射点移动的纬度范围=1/2热带范围。
②β=90°-2α=北(南)温带范围。
③μ=α=90°-极圈的纬度数=北(南)寒带的纬度范围。
(2)黄赤交角变化带来的影响。
(2020·长沙高二检测)黄赤交角是产生四季的原因。黄赤交角并非固定不变,现在约为23.5°,最大时可达24°14′,最小时为22°6′,变动周期约4万年。读黄赤交角变动时回归线和极圈的变动示意图,回答(1)、(2)题。
(1)黄赤交角为24°14′时( )
A.热带的范围比现在小
B.温带的范围比现在小
C.寒带的范围比现在小
D.极昼和极夜出现的范围比现在小
(2)地球上的太阳直射点( )
①移动周期约4万年
②随着季节的变化而变化
③在南、北回归线之间来回移动
④最小纬度为22°6′
A.①②B.①④C.②③D.③④
【思路点拨】解答该类题应从以下几点入手:
【解析】(1)选B,(2)选C。第(1)题,当黄赤交角为24°14′时,即黄赤交角变大时,回归线度数增大,极圈度数减小,回归线与极圈之间(温带地区)范围缩小;南、北回归线之间(热带地区)范围扩大;极圈与极点之间(寒带地区)范围扩大;地球上存在极昼和极夜的范围扩大。第(2)题,黄赤交角是产生四季的原因,同时也影响太阳直射点的移动范围,即太阳直射点的纬度位置随季节变化而变化,呈现出在南、北回归线之间的周年移动规律,②③正确;太阳直射点移动的周期是一个回归年,4万年是黄赤交角的变动周期;太阳直射点最小的纬度应是赤道,即0°。
【补偿训练】
数九又称冬九九,是一种汉族民间节气。数九从每年冬至开始,每九天算一“九”,一直数到“九九”八十一天,“九尽桃花开”,天气就暖和了。如图表示“地球公转运动轨道示意图”,图中甲、乙、丙、丁表示二分二至日地球在公转轨道上所处的位置。读图完成(1)、(2)题。
(1)“九尽桃花开”时,地球运行在公转轨道的( )
A.甲乙之间 B.乙丙之间
C.丙丁之间D.丁甲之间
(2)当地球公转到丁位置时,下列说法正确的是( )
A.此时黄赤交角变为0°
B.此时地轴与黄道面的夹角为90°
C.此时为秋分日,太阳直射赤道并向南移
D.此时为春分日,太阳直射赤道并向北移
【解析】(1)选C,(2)选D。第(1)题,“数九从每年冬至开始,每九天算一“九”,一直数到“九九”八十一天,“九尽桃花开”。可见,12月22日向后数81天就是“九尽桃花开”时,此时大概为3月11日前后。甲在远日点之前,远日点为7月初,所以甲应该为夏至6月22日。根据地球公转方向,可以推断出乙为秋分9月23日前后,丙为冬至,12月22日,丁为春分,3月21日。所以“九尽桃花开”时,地球运行在公转轨道的丙丁之间。第(2)题,目前黄赤交角变为23.5°,不会在一年内随时间而发生变化。地轴与黄道面的夹角为66.5°,不会随节气发生变化。此时为春分日,太阳直射赤道并向北移。
能力2 正午太阳高度的变化分析
1.正午太阳高度的计算:
H=90°-两点纬度差
说明:“两点”指所求地点与太阳直射点。两点纬度差的计算遵循“同减异加”原则,即两点同在北(南)半球,则两点纬度“大数减小数”;两点分属南北不同半球,则两点纬度相加。如图所示:
当太阳直射B点(10°N)时:
A点(40°N)正午太阳高度:
H=90°-AB纬度差=90°-(40°-10°)=60°
C点(23.5°S)正午太阳高度:
H=90°-BC纬度差=90°-(10°+23.5°)=56.5°
2.正午太阳高度的变化规律:
(1)空间变化规律。
①由公式H=90°-两点纬度差可知,正午太阳高度大小取决于各地距太阳直射点的纬度差,近大远小。
②同一时刻,正午太阳高度由太阳直射点所在纬线分别向南、北两侧递减。如图:
a、b、c为冬至日、春秋分日、夏至日正午太阳高度的空间分布规律。
(2)季节变化规律。
①由公式H=90°-两点纬度差可知,正午太阳高度变化取决于当地距太阳直射点的纬度差的变化,具有“来增去减”的特点,即直射点向本地所在纬线移来,则正午太阳高
度增大,移去减小。如图示意北回归线以北及南
回归线以南地区正午太阳高度的季节变化。
②不同纬度正午太阳高度年变化规律。
(3)不同纬度正午太阳高度年变幅。
①南北回归线之间:ΔH=23.5°+φ
纬度越高,正午太阳高度变化幅度越大(由赤道上的23.5°增大到回归线的47°)。
②回归线至极圈之间:ΔH=47°
各纬度正午太阳高度变化幅度相同,均为47°。
③极圈以内地区:ΔH=23.5°+(90°-φ)
纬度越高,正午太阳高度变化幅度越小(由极圈上的47°减小到极点的23.5°)。
3.正午太阳高度规律在生产、生活中的应用:
(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。
确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。为了获得更充足的太阳光照,在北回归线以北地区正午太阳位于南方,因此房屋坐北朝南;在南回归线以南地区正午太阳位于北方,因此房屋坐南朝北。
(3)确定当地的地理纬度。
①当太阳直射点位置一定时,可根据两地纬度差多少度,正午太阳高度就差多少度。
②根据某地某日(二分二至日)正午太阳高度,可判断该地区纬度大小。
(4)判断日影长短及方向。
太阳直射点上,物体的影子缩短为0;正午太阳高度越大,日影越短;反之,日影越长。正午是一天中日影最短的时刻。
①北回归线以北的地区,正午的日影全年朝向正北(北极点除外),冬至日日影最长,夏至日最短。
②南回归线以南的地区,正午的日影全年朝向正南(南极点除外),北半球夏至日日影最长,冬至日最短。
③南北回归线之间的地区,正午日影北半球夏至日朝向正南,冬至日朝向正北;直射时日影最短(等于0)。
(5)确定楼间距、楼高。
为了更好地保证各楼层都有良好的采光,楼与楼之间应当保持适当距离。以我国为例,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=hctH。如图:
(6)计算太阳能热水器的安装角度。
为了更好地利用太阳能,应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角,使太阳光与集热板成直角。
集热板与地面之间的夹角(α)和当天的正午太阳高度角(H)互余,即α+H=90°时效果最佳。如图:
又由于H=90°-两点纬度差,所以α=纬度差。
例如,北纬40°在夏至日时太阳能热水器与地面的倾角应该调整为40°-23.5°,在冬至日时倾角应该调整为40°+23.5°。
正午太阳高度图解(教材P15图1—20)
图中A点为太阳直射点,其纬度为δ,B点的纬度为φ,H为B点的正午太阳高度。
(1)(综合思维)求证H=90°-|φ-δ|。
提示:如下图左图太阳直射点A与B点位于北半球时,H=90°-∠1,∠1=∠2=|φ-δ|,故H=90°-|φ-δ|。
右图太阳直射点A与B点分别位于南半球和北半球,H=90°-∠1,∠1=∠2=φ-δ(δ取负值),故H=90°-|φ—δ|。
(2)(综合思维)利用公式求北京(40°N)、海口(20°N)二分二至日正午太阳高度。
提示:夏至日太阳直射北回归线,春分日、秋分日太阳直射赤道,冬至日太阳直射南回归线,代入公式计算可得:
(2020·浙江1月选考)下图为甲地观测到的正午、子夜太阳高度年内变化示意图。若h为11°,则该地夏至日正午太阳高度为( )
A.18°B.23.5°C.29°D.34.5°
【思路点拨】解该类题应从以下几点入手。
【解析】选C。 甲的纬度=90°-11°/2=84.5°。甲地夏至日正午太阳高度=90°-(84.5°-23.5°)=29°。
【易错提醒】某地正午太阳高度角和子夜太阳高度角的关系。在太阳直射点的同侧,纬差相差多少度,正午太阳高度就相差多少度。在极地附近的极昼期,与极点纬度相差多少度,子夜时的太阳高度就比极点相差多少度。子夜太阳高度角=正午太阳高度-与极点纬度差的2倍。
能力3 昼夜长短的变化与计算
1.昼夜长短的判断:
(1)看太阳直射点位置→定昼夜长短分布。
太阳直射点的位置决定昼夜长短的状况。太阳直射在哪个半球(南、北半球),哪个半球昼长夜短,且越向该半球的高纬度地区白昼时间越长。(如图所示)
(2)看太阳直射点移动方向→定昼夜长短变化。
太阳直射点的移动方向,决定昼夜长短的变化趋势,纬度的高低决定昼夜长短的变化幅度。太阳向哪个半球(南、北)移动,哪个半球昼将变长,夜将变短;且纬度越高,昼夜长短的变化幅度越大。(如图所示)
(3)看太阳直射点的位置和移动方向→定极昼、极夜范围和变化。
①太阳直射点纬度与出现极昼、极夜的最低纬度互余。
②太阳直射点向北移,北极点周围极昼范围变大;太阳直射点向南移,南极点周围极昼范围变大。(见图)
2.昼夜长短的计算方法:
(1)根据昼弧或夜弧的长度进行计算:昼(夜)长时数=昼(夜)弧度数/15°。
(2)根据日出或日落时间进行计算。
地方时正午12时把一天的白昼平分成相等的两份(如图所示)。
昼长时数=(12-日出时间)×2=(日落时间-12)×2
夜长时数=(日出时间-0)×2=(24-日落时间)×2
(3)根据对称性规律计算。
①利用纬度的对称性计算。
北半球某度数纬线上各地的昼长=南半球同度数纬线上各地的夜长。
②利用时间的对称性计算。
相对于夏至日或冬至日对称的两个时间,某地的昼长、夜长都是相等的;相对于春分日或秋分日对称的两个时间,某地一个时间的昼长等于另一个时间的夜长。如图:
a与b两个时间的昼长、夜长是相同的,c与d两个时间的昼长、夜长也是相同的;b与c两个时间中,b时间的昼长(夜长)等于c时间的夜长(昼长)。
3.太阳直射点位置与日出日落方向及时间、昼夜长短的对应关系(以北半球为例):
图表是我国四城市连续两日的日出、日落时刻(北京时间),据此完成(1)、(2)题。
(1)表中日期最接近的节气是( )
A.春分B.夏至C.秋分D.冬至
(2)关于表中四城市位置的说法,正确的是( )
A.自西向东依次是④③②①
B.自东向西依次是①③④②
C.自南向北依次是③④②①
D.自北向南依次是②①③④
【思路点拨】解答该类题应从以下几点入手:
【解析】(1)选A,(2)选C。第(1)题,据公式“昼长=日落时间-日出时间”计算可得①地第一日昼长11:21:04,第二日昼长为11:23:17;②地第一日昼长11:39:27,第二日昼长为11:41:18;③地第一日昼长11:46:49,第二日昼长为11:48:09;④地第一日昼长11:40:30,第二日昼长为11:42:16;由此可知,四地昼长均接近12小时,并且第二天昼变长,说明日期接近春分。第(2)题,据上述分析可知,太阳直射在南半球,越向北昼长越短,四个城市自南向北依次是③④②①;利用日出和日落时间可以计算出正午的时间,第一日,①地的正午时间是11:45:22,②地的正午时间是13:15:14,③地的正午时间是12:38:27,④地的正午时间是14:06:56,由此可知,自西向东依次④②③①,自东向西依次是①③②④。
【补偿训练】
如图为某一日期甲、乙、丙、丁四个地点的昼长状况图。读图完成(1)～(3)题。
(1)从南北半球来看,甲、乙、丙、丁四个地点中( )
A.甲位于南半球,乙位于北半球
B.乙与丙位于同一半球
C.丙位于北半球,丁位于南半球
D.甲与丁不在同一半球
(2)图示甲、乙、丙、丁四个地点中,纬度最高的地点是( )
A.甲B.乙
C.丙D.丁
(3)该日图中丙地日出的地方时是( )
A.9时B.7时30分
C.6时D.4时30分
【解析】(1)选D,(2)选A,(3)选D。第(1)题,从图中可以看出,甲地昼短夜长,乙地昼夜等长,丙、丁两地昼长夜短。根据昼夜长短的分布规律判断,乙地位于赤道,丙、丁两地位于同一个半球,但不能确定是北半球还是南半球,甲地所在南、北半球与丙、丁两地不同。第(2)题,根据所学知识可知,当全球昼夜不等长时,纬度越高的地点昼长与12小时的差值越大。从图中可以看出,甲、乙、丙、丁四个地点的昼长与12小时的差值分别约为6小时、0小时、3小时、5小时,因此该日甲地昼长与12小时的差值最大,故甲地纬度最高。第(3)题,读图可知,该日丙地的昼长为15小时,根据公式:昼长=2×(12-日出地方时),计算可知丙地该日4时30分日出。本题还可以通过排除法选出正确答案,图中显示,该日丙地昼长夜短,日出应早于地方时6时,选项中只有D项地方时早于6时。
核心素养·情境探究
高层太阳能安装
情境 太阳能与建筑一体化是未来太阳能利用的方向之一。图甲是天津市某新型居住小区楼房二楼正南向壁挂太阳能集热器照片,图乙是太阳能集热器装置结构示意图。
(1)(综合思维)图中可调节支架能够控制太阳能与竖直墙之间的夹角,什么季节可调节支架调至最大?
提示:太阳能与竖墙的夹角与正午太阳高度角相同时,受热效果最好,故夏季应调至最大。
(2)(综合思维)冬季时,若杭州某小区也安装同样的太阳能,则与天津相比,活动支架如何调整?
提示:因为哈尔滨比天津正午太阳高度大,故活动支架应调至比天津长。
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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
冬至日
南回归线及其以南地区
北半球各纬度
二分日
赤道
极点
时间
昼夜长短
分布规律
特殊节气
夏半年
(春分日至秋分日)
昼长夜短
纬度越高,昼越长,北极四周出现极昼现象
夏至日,北半球各地昼长达一年中最大值,极昼范围达最大
冬半年
(秋分日至次年春分日)
昼短夜长
纬度越高,昼越短,北极四周出现极夜现象
冬至日,北半球各地夜长达一年中最大值,极夜范围达最大
季节
获得太阳辐射能量的多少
气温状况
夏季
正午太阳高度最大,白昼最长,获得太阳辐射能量多
气温较高
冬季
正午太阳高度最小,白昼最短,获得太阳辐射能量少
气温较低
季节
春
夏
秋
冬
月份
3-5月
6-8月
9-11月
12月-次年2月
含义
一轴
两面
三角度
一轴
地轴(自转轴,与赤道面垂直)
黄道面
地球公转的轨道面
赤道面
地球自转的平面,与地轴垂直
黄赤交角
黄道面与赤道面的夹角,为23.5°
地轴与黄道面夹角
与黄赤交角互余,为66.5°
地轴与赤道面夹角
90°
三个基本不变
地轴指向
地球在公转过程中,地轴的空间指向基本不变,北极始终指向北极星附近
黄赤交角大小
黄赤交角的大小基本不变,目前保持23.5°
运动方向
地球运动的方向不变,总是自西向东
题目(1)
题目(2)
问
黄赤交角为24°14′时的变化
太阳直射点特点
思
黄赤交角变大对五带的影响
太阳直射点的范围、周期、变化规律
答
黄赤交角变大,则回归线度数变大,极圈度数变小,相应五带变化为:热带、寒带变大,温带变小
仍然在南北回归线之间以回归年为周期移动,最小纬度为赤道,即0°
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
极点
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
夏至日
春分日、秋分日
冬至日
北京
73.5°
50°
26.5°
海口
86.5°
70°
46.5°
题目
问
夏至日正午太阳高度
思
极昼期正午太阳高度和0时太阳高度与纬度的关系
答
所求地点纬度=90°-正午太阳高度和0时太阳高度之差/2;夏至日正午太阳高度=90°-(所求地点的纬度-23.5°)
直射点位置
日出方向
日落方向
昼夜长短
北半球
东北(早于6时日出)
西北(晚于18时日落)
北半球昼长夜短
赤道
正东(6时日出)
正西(18时日落)
昼夜等长
南半球
东南(晚于6时日出)
西南(早于18时日落)
北半球昼短夜长
城市
第一日
第二日
日出
日落
日出
日落
①
06:04:50
17:25:54
06:03:00
17:26:17
②
07:25:31
19:04:58
07:24:22
19:05:40
③
06:45:03
18:31:52
06:44:09
18:32:18
④
08:16:41
19:57:11
08:15:34
19:57:50
题目(1)
题目(2)
问
表中日期最接近的节气
表中四城市位置
思
需要计算表中四城市的昼长时间,判断昼长与12时的关系
根据四城市昼长大小判断大体位置
答
四城市昼长都接近12时但比12时短,昼长变长,说明太阳直射点位于南半球且接近赤道,且向北移动,故接近春分
四城市昼长③>④>②>①,从南向北的顺序为③④②①
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