“昼夜长短及正午太阳高度的分布变化”专题

一、考核方向分析

1.考点分布

2.考核方向

从考查内容看，突出考查地球运动基本原理规律的应用，如时差计算、正午太阳高度、昼夜长短的分布变化等。

从能力要求看，侧重考查读图分析、空间思维及逻辑推理能力。近年来高考采用的光照图形式简约、有用信息比较隐蔽，但对空间思维、逻辑推理能力的要求更高。

从呈现形式看，主要有两类：一是以光照图为载体考查时间、昼夜长短、正午太阳高度的计算判断和季节现象的判断；二是以社会、热点、生活情景为素材考查对地球运动原理的理解和应用能力。

二、基本概念解读

1.地球自转与公转

（1）地球自转：①方向：自西向东，北逆南顺。②周期：23时56分4秒（1恒星日）。③速度：角速度（除极点外，地表各地角速度均为15°/小时）；线速度（由赤道向两极递减）。

（2）地球公转：①方向：自西向东。②轨道：近似正圆的椭圆，太阳位于其中的一个焦点上。③周期：365日6时9分10秒（1恒星年）。④速度：1月初地球位于近日点附近，公转速度较快；7月初地球位于远日点附近，公转速度较慢。

2.地方时、区时、北京时间

（1）地方时：因地球自转，同一纬度上较东的地方比较西的地方时刻早，这种因经度不同而出现的“东早西晚”的时刻称为地方时。经度每相差1°，地方时相差4分钟。

（2）区时：为计时方便，地球上以经度每15°作为一个时区，全球划分为24个时区，每个时区中央经线的地方时即为该时区的标准时——区时。相邻的两个时区，区时相差1小时。

（3）北京时间：我国东西跨5个时区，为了便于各地间的交流与联系，全国统一采用北京所在的东八区的区时（120°E的地方时），称为北京时间。

3.日界线

（1）自然日界线——0点经线，时间不变，位置在变。0点经线是昨天与今天的自然分界线，它随地球自转不断变化，0点经线向东为今天，向西为昨天。

（2）人为日界线——180°经线，时间在变，位置不变。原则上规定以180°经线作为“今天”和“昨天”的分界线，它是一条人为界线，自西向东过日界线要减一天，自东向西过日界线要加一天。当0点经线与180°经线重合即180°经线地方时为0时，此时全球为一个日期。

4.黄赤交角

黄赤交角是指黄道平面（地球公转轨道面）与赤道平面的夹角。目前，黄赤交角的大小为23°26′。黄赤交角的存在使得太阳直射点在南北回归线之间往返移动，进而引起昼夜长短、正午太阳高度随纬度和季节有规律的变化，最终形成了同一地区的季节更替和全球的五带分布。

5.晨昏线

晨昏线是昼夜半球的分界线，晨昏线将某条纬线分为昼弧和夜弧两部分。

（1）主要特点：①过地心的大圆，与太阳光线垂直；②始终平分赤道；③晨昏线上的各地太阳高度为0°，即太阳位于地平线上，代表日出、日落状态；④晨昏线与经线圈的夹角随太阳直射点的纬度变化而变化。晨昏线在春、秋分时与经线圈重合，二至时与极圈相切；⑤晨昏线以15°/时的角速度自东向西移动。图3为3月21日～9月23日三种不同视角下的晨昏线。

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（2）误区辨析：晨线上地方时为6：00，昏线上地方时为18：00（不正确）。二分日全球各地昼夜平分，晨线上各地地方时为6：00，昏线上各地地方时为18：00。春秋分以外的其它日期，只有赤道与晨、昏线交点的地方时为6：00、18：00，其它纬度的各地，夏半年晨线上地方时早于6：00，昏线上地方时晚于18：00。

6.太阳高度与正午太阳高度

太阳高度表示太阳光线与当地地平面所成的夹角。正午太阳高度就是一日当中最大的太阳高度，即地方时12：00的太阳高度。图4中H表示当地的正午太阳高度。

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同一日正午太阳高度由太阳直射点向南北两侧递减（近大远小）。同一纬度正午太阳高度的大小随季节而变化。直射点向某地所在纬线方向移来，正午太阳高度增大，反之减小（来增去减）。如元旦这一天，太阳直射南半球，且在向北移动，因此北半球各地正午太阳高度逐渐增大。

三、原理知识梳理

1.影响太阳辐射分布的因素

影响太阳辐射分布的因素主要有纬度、昼长、地势及天气等，具体分析如图5。

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2.正午太阳高度的变化

（1）纬度变化：同一天正午太阳高度从太阳直射点所在纬线向南北两侧递减。如图6所示：夏至日正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减（图中c线）；冬至日正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减（图中a线）；春秋分正午太阳高度由赤道向南北两侧递减（图中b线）。

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（2）季节变化。

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图7中的A、B、C分别表示热带地区、回归线上和温带地区正午太阳高度的年内变化情况。

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3.昼夜长短的变化

（1）纬度分布：直射点的位置决定了各纬度地区的昼夜长短。对南北半球而言，太阳直射哪个半球，哪个半球就昼长夜短，纬度越高昼越长；太阳直射点向哪个半球移动，哪个半球就昼渐长夜渐短；太阳直射的半球有极昼现象，相反的半球有极夜现象。如图8所示。

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（2）季节变化：从春分日到秋分日，太阳直射北半球，北半球各地昼长夜短，北极附近有极昼现象，夏至日极昼范围达一年中最大；从秋分日到次年春分日，太阳直射南半球，北半球各地昼短夜长，北极附近有极夜现象，冬至日极夜范围达一年中最大。如图9所示。

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（3）极昼、极夜的分布规律：每年两极附近地区极昼、极夜交替出现。春分过后北极附近就会出现极昼，此后极昼范围越来越大，到夏至日达到最大，边界到达北极圈。夏至日过后北极附近极昼范围逐渐缩小，到秋分日消失。秋分过后南极附近出现极昼，此后南极附近的极昼范围越来越大，到冬至日达到最大，边界到达南极圈。冬至日过后，南极附近极昼范围逐渐缩小，至春分日消失。

太阳直射北半球，北极附近出现极昼现象，南极附近出现极夜现象。极昼、极夜出现的时间随着纬度的升高而变化，纬度越高，极昼和极夜的时间就越长。极点附近极昼极夜的时间长达半年左右，极圈上极昼极夜的时间仅为一天。

4.黄赤交角变化带来的影响

（1）黄赤交角变化与五带范围：黄赤交角变小→回归线度数变小、极圈度数变小→太阳直射范围、极昼极夜范围缩小→热带、寒带范围缩小、温带范围扩大。

（2）黄赤交角变化与昼夜长短：黄赤交角变大→中低纬度地区夏半年昼变长，冬半年昼变短，昼夜长短变化幅度将变大；两极地区出现极昼、极夜的纬度范围将扩大。

借助几何图示分析黄赤交角变化与昼夜长短的关系变抽象为直观，易于理解。以北半球夏至日为例，当黄赤交角为23°26′时，太阳光照线为a，对应晨线为m，北半球中低纬度昼长与夜长分别为A、A′；当黄赤交角变小时，太阳光照线为b，对应晨线为n，昼长与夜长分别为B、B′。比较发现：BA′，即黄赤交角变小，夏至日时北半球中低纬度昼变短，夜变长；A/A′>B/ B′，即黄赤交角变小，北半球中低纬度昼长与夜长比值减小。同理，该日（北半球夏至日）南半球中低纬度昼变长，夜变短，昼长与夜长比值增大。

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（3）黄赤交角变化与正午太阳高度：黄赤交角变小→中纬度地区正午太阳高度夏半年变小，冬半年变大→正午太阳高度的年变化减小。

5.太阳视运动

太阳视运动轨迹是以观测点为中心，目视太阳在天球上运行的轨迹。太阳周日视运动实质上是地球自转运动的反映。以图11为例。

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该地为40°N地区太阳运行轨迹示意图，图中A、B、C分别为北、南、东方向，①②③分别为夏至日、二分日、冬至日的太阳视运动路径，H3为冬至日的正午太阳高度，其大小为90°-（40°+23°26′）=26°34′。日出、日落的方位与昼夜长短变化的关系（北半球）可总结如表3。

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四、方法技巧归纳

1.地外生命条件的分析

对地外生命的探索是人类不懈的追求。对地外可能存在生命的条件分析，可以地球生命存在的原因为范例，从大气、表面温度、液态水等方面进行判断推理：根据行星的体积、质量确定大气层的厚薄；从行星与太阳距离的远近判断表面温度高低，结合自转、公转周期长短、大气层的厚薄，推断昼夜温差的变化幅度，由此确定液态水存在的可能性。

在分析时，可与地球进行比较，以找出生命条件的差异。以火星表面温度的分析为例：火星与太阳距离比地球稍远；火星自转周期比地球长；火星体积、质量比地球小，大气层更薄，夜晚保温效应差。因此火星表面温度比地球低，且昼夜温差大。

2.地方时和区时的计算

（1）地方时的计算。计算依据：地球自转，东早西晚，1度4分，东加西减。计算步骤：①定时：确定用以计算的参照时间，参照时间可以从题目的相关材料中获取，也可利用光照图的特殊经线进行判断，如6：00、18：00、0：00、12：00经线等。②定向：确定所求点与已知时间点的相对东、西方向。如图12中求E点的地方时，以D点作为已知时间点，则E点位于D点以东，应为“东加”；若求F点地方时，以B点作为已知时间点，则F点位于B点以西，应为“西减”。③定差：确定所求点与已知时间点的经度差，以确定时差。如E点所在经线与ND经线相差45°，时差为3小时。④定值：根据前面所确定的条件计算出所求时间，如E点地方时为12+3=15∶00，F点地方时为24-3=21∶00。

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（2）区时的计算。①求时区：用该点的经度除以15°，所得商（余数大于7.5°进上，小于7.5°则舍去）保留整数即为该地所在时区数，东西时区根据东西经度确定。②求时区差：若两地同为东时区或西时区，则时区数相减；若两地分别属于东、西时区，则时区数相加。③求区时：所求地的区时=已知地的区时±时区差。若所求地与已知地同在东时区或同在西时区，所求地在已知地东面，则用“+”；所求地在已知地西面，则用“-”（即“东加西减”）；若所求地与已知地分别在东、西时区，则知东时区求西时区用“-”，知西时区求东时区用“+”。若求出的时间>24小时，则时间减24，日期加1天；若所求时间为负值，则时间加24小时，日期减去1天。

（3）时间计算参照方法。①赤道参照法：赤道始终昼夜平分，6：00日出、18：00日落。②晨昏圈切纬线法：晨昏圈与纬线切点所在的经线地方时为0：00或12：00。③直射经线法：直射经线地方时为12：00。④平分昼夜半球法：昼半球中央经线地方时为12：00，夜半球中央经线地方时为0：00。⑤日太阳高度最大法：正午太阳高度12：00出现，物影最短。

3.昼（夜）长的计算方法

（1）利用日出日落时间计算：昼长=日落时刻-日出时刻=2×（12-日出时间）=2×（日落时间-12）。

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（2）利用昼弧计算：昼长=昼弧度数/360°×24=昼弧度数/15°。

（3）利用太阳高度计算：昼长即为某地太阳高度大于0的时段间隔。

（4）利用对称“互补”规律计算：①同一天南北半球纬度相同的两地，昼长和为24小时（一地昼长等于另一地夜长）；②同一地冬至日与夏至日的昼长和为24小时→推论：关于夏至、冬至对称的两个日期，其昼长、夜长、日出时间、日落时间相等；关于春分、秋分对称的A、B两天，则A昼长等于B夜长，A夜长等于B昼长。

4.正午太阳高度的计算与应用

（1）正午太阳高度的计算。正午太阳高度角=90°-纬度差。“纬度差”是指所求地点和太阳直射点的纬度间隔。若所求地点与直射点在同一半球（南或北），“纬度差”为大数减去小数；若所求地点与直射点不在同一半球（南或北），“纬度差”为两点的纬度之和。

（2）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，日影最短，当地地方时为12时。②确定当地纬度。正午太阳高度H=90°-纬度差（当地纬度与直射点纬度的差值）。③判断日影长短及方向。正午太阳高度越大，日影越短；正午太阳高度越小，日影越长，且日影方向与太阳光线方向相反。④计算楼间距。以北半球中纬度地区为例（图14），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/tanH。⑤判断昼长。一天中太阳高度大于0的时段即为昼长，也可以用此时段所跨经度范围（昼弧）占360°的比例来推算昼长。太阳高度为0即为日出、日落时刻。

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5.利用直射点突破疑难

（1）利用直射点计算正午太阳高度：正午太阳高度=90°-纬度差（所求纬度与直射点纬度的差）。注意：当所求地点与直射点在同一半球时，要减去；不在同一半球时，要加上。

（2）利用直射点判断昼夜长短：就南北半球而言，太阳直射的半球昼长夜短，纬度越高昼越长，且该半球有极昼现象，发生极昼的最低纬度与直射点的纬度和为90°。

（3）利用直射点判断时间：太阳直射点所在经线地方时为12时，为昼半球的中央经线。

（4）利用直射点解读光照图：在太阳侧视图、展开图中，晨昏线与经线（或地轴）的夹角等于直射点的纬度。

6.光照图的判读技巧

（1）光照图中的几何关系：在侧视图中，直射光线的延长线过“地心”；晨昏圈平面与太阳光线垂直；赤道始终昼夜平分（晨线、昏线与赤道交点地方时分别为6点、18点）；出现极昼极夜的最低纬度与直射点纬度互余。

（2）光照图中的点与角

直射点：计算正午太阳高度；判断昼夜长短；确定时间（太阳直射点所在经线地方时为12时）。

晨昏线与赤道的交点：赤道上始终昼夜平分，晨线和赤道交点的地方时为6时，昏线和赤道交点的地方时是18时。

晨昏线与纬线的切点：晨昏线与纬线有两个切点，分别是出现极昼、极夜现象的最低纬度，其所在的经线分别是昼半球、夜半球的中分线，地方时分别为12：00， 0：00。

晨昏线与纬线的交点：晨昏线把所在纬线分为昼弧和夜弧，两个交点的地方时分别是该纬线的日出、日落时间，由此可以计算该纬线的昼长或夜长。

晨昏线与经线的夹角：在二分日时，晨昏线与经线圈重合。其它日期晨昏线与经线斜交，其夹角与直射点的纬度值相等，由此可确定太阳直射点的位置，进而推算发生极昼、极夜现象的最低纬度。

太阳光线与晨昏圈的夹角：太阳光线与晨昏圈平面始终垂直。利用这一特点可判断日出、日落方位及日影朝向。

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（3）光照图还原法：将陌生的局部图、变式图向常规的基本图形回归是光照图判读的常用思路。对于各种变式图，选准角度画一张常规图寻找对应的点、线、面，可以化解难点、降低难度，问题也就迎刃而解。如纠错笔记中的例2。

五、诊断纠错笔记

例1：（2012年天津文综卷）第30届奥运会将于2012年7月27日19时12分（零时区区时）在伦敦开幕。各国学生若计算在本地观看奥运会开幕式现场直播的日期、时刻，可依据图16中的：

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[参考答案] A

[错因分析]本题考查的实质是选择正确表达奥运会开幕时伦敦时间的图示。

AB为日期分布示意图。答题思维障碍：不明白已知信息与图示间的关系，即根据已知信息推断0：00经线的度数及全球日期分布状况。思路点拨：根据伦敦时间为2012年7月27日19时12分，可计算72°E地方时为0：00。故此时全球以72°E和180°经线为界分为27日和28日两个日期。

CD是以极地为中心的光照图。答题误区：不能根据日期判断极昼、极夜的范围是否合理；不知判断图中伦敦时间是否符合。思路点拨：C项中标示的伦敦时间与19：12相去甚远；D项中北极附近出现极夜现象，与7月27日不符。

[纠错行动]解答本题需具备的基本知识和原理有时差计算、日期分界线、昼夜长短的分布规律等。解答问题的突破口：图示表达的日期（日期分界、昼夜长短）、时刻与“伦敦时间为7月27日19时12分”相符，因此理解题目的考查意图是解答问题的关键所在。

例2：（2012年福建文综卷）图17中N为北极点，A、M、B位于地球表面，NP为经线，NM的球面最短距离为2 553千米。读图完成（1）～（3）题。

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（1）若AM为昏线，则此时节：

A.巴黎香榭丽舍大道落叶遍地

B.日本富士山樱花烂漫

C.阿根廷潘帕斯草原牧草枯黄

D.北京颐和园雪飞冰封

（2）若观测到M地日影最短的时刻是北京时间12时40分，则M地大致位于：

A.66°N，110°E B.67°N，110°E

C.66°N，130°E D.67°N，130°E

（3）若在M地垂直立竿，则图18中MM′所示日照竿影朝向正确的是：

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A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

[参考答案]（1）D （2）B （3）D

[错因分析]不能理解题意、读懂图示，把局部图还原为完整的极地附近光照图（如图19所示）。第（1）题不能根据北极点确定地球自转方向，进而结合AM为昏线推断AMB以内为极夜区。第（2）题不理解“M地日影最短”为当地正午时刻，也就无从确定当地经度。第（3）题不能正确理解昼夜长短、特殊时刻（极昼期0点等）与日影朝向的关系。

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[纠错行动]解答本题需调用的基本知识和原理有根据球面距离计算纬度、地方时、昼夜长短的变化、日影朝向等。根据题目条件将变式光照图还原为常规光照图是解答该题的关键，熟练的计算技能、灵活的原理应用能力是正确解答问题的保障。

六、考前试题预测

我国某校地理兴趣小组对教学大楼四周日照情况进行观测。图20示意某日教学大楼日出、日落楼影分布，读图回答1～2题。

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1.该日接受日照时间最长的地点是：

A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

2.该日当地的昼长约为：

A.3小时 B.15小时 C.9小时 D.18小时

[解析]第1题根据图中日出、日落楼影分布及各点位置判断日照时间长短。第2题由图示日影分布判断该地此日日出东南、日落西南，且从日出到日落楼影大致转过135°，由此判断9小时最为符合。若昼长为3小时，从日出到日落楼影大约转过45°。

读某地一年内某时段正午太阳高度变化图21（其中A对应的日期为6月22日），回答3～4题。

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3.该地的纬度可能是：

A.0° B.10°N

C.10°S D.23°26′N

4.在AB区间内：

A.该地一直昼长夜短

B.地球的公转速度一直在变快

C.太阳直射点在南半球

D.太阳直射点正向北移动

[解析]第3题该地年内有两次直射，地处南北回归线之间。若地处赤道或南半球，6月22日正午太阳高度应达一年中最小。第4题AB区间太阳直射点由北回归线向南移至10°N的时段。此时段地球公转速度先变慢后加快。

5.图22中阴影部分表示夜半球，非阴影部分表示昼半球，读图回答下列问题。

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（1）比较甲、乙、丙三地随地球自转角速度和线速度的大小。

（2）说出该日乙、丙两地日出时间。

（3）该日北京一竖直旗杆顶端的日影轨迹是图23中的________，这是________的反映。

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（4）把此刻的昼夜半球分布情况转绘到图24中。

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参考答案：

1.D 2.C 3.B 4.A

5.（1）角速度：甲=乙>丙；线速度：甲>乙>丙（2）日出时间：乙地8时，丙地6时（3）A 地球自转（4）略。▲

（本文由山东省临沂一中李慎中、山东省临沂市教科研中心相炜撰稿）