“正午太阳高度的分布规律及其应用”高考复习方法

福建省漳州市长泰第一中学（363900） 姚秀元

“正午太阳高度的分布规律及其应用”高考复习方法

福建省漳州市长泰第一中学（363900） 姚秀元

正午太阳高度的分布规律及应用是历年地理高考最重要的考点之一，也是地理高考复习中最重要的教学难点之一。下面介绍几种能够较快突破这一教学难点的最佳教学方法。

一、正午太阳高度分布规律的教学方法

1. 自制简易教具演示法

利用如下简易教具一边演示一边讲解：

甲图

乙图

使用说明：首先在两张一样大小的硬纸板上分别画出甲图和乙图，并将甲图中空白的半圆部分挖空（注意圆心附近的小半圆部分要保留）。然后以甲为上盘，乙为下盘，圆心对圆心钻孔并用铆钉（可用塑料棒烧软制做）固定住。即可以演示太阳直射点在南北回归线之间来回移动而引起的地球上各纬度正午太阳高度变化与昼夜长短变化过程。

2. 直观图示法

3. 公式计算法

（1）一般：各地正午太阳高度等于90。减去该地地理纬度与太阳直射点地理纬度的纬度差：

公式：H＝90。-|φ-δ| 或 H＝90。-φ±δ

说明：H：为正午太阳高度角，φ：为所求纬度，δ：为所求之日太阳直射点纬度

地球上任意两地的正午太阳高度差，都等于两地之间的纬度差。计算时一般以太阳直射点为参照来计算另一地点的太阳高度：当所求纬度与太阳直射点同半球时用H＝90。-φ+δ计算，当所求纬度与太阳直射点不同半球时用H＝90。-φ-δ计算。

【例题1】2011年高考重庆文综卷：本地北京时间6月22日6时左右日出，13时太阳高度角达到最大约83°，回答10～11题。

10． 该地最可能是

A． 北京、B． 沈阳、C． 成都、D． 海口。

【解题】根据已知条件可得83°=90°-φ+23°26′，求出φ＝30°26′，便可判断该地可能是成都，C选项正确。

（2）特殊：处于极昼地区子夜（0时）太阳高度计算：子夜（0时）太阳高度＝（所求地点纬度＋太阳直射点纬度）-90°

二、正午太阳高度分布规律的应用精解

1. 利用太阳高度确定地方时（或区时）

（1）当某地太阳高度达一天中的最大值时，此时日影最短，而且当地的地方时是12时。根据这一特点，知道正午太阳高度角再配合当地当天的昼长条件，便可以计算出当地当天各个时段的太阳高度角。即某时刻太阳高度＝正午太阳高÷昼长×（该时刻地方时-日出地方时）。

【例题2】如2011年高考重庆文综卷：本地北京时间6月22日6时左右日出，13时太阳高度角达到最大约83°，回答10～11题。

11． 该地当天太阳高度角达到36。时，布宜诺斯艾利斯（西四区）的区时约为

A． 6月21日9时 B． 6月21日21时

C． 6月22日9时 D． 6月22日21时

【解题】根据已知该地当天6时左右日出，13时太阳高度角达到最大约83°，利用上述关系式便可以计算出该地当天太阳高度角达到36°时是北京时间（东八区）9点，便可以进一步算出西四区区时是6月21日21时，即选项B正确。

2. 利用太阳高度确定当地的地理纬度

各地正午太阳高度等于90°减去该地地理纬度与太阳直射点地理纬度的纬度差，两地纬度差多少度，正午太阳高度就差多少度。所以，（1）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。（2）全球一年中正午太阳高度变化幅度分布规律是：①从赤道至回归线地区由23°26′逐渐增大到46°52′；②回归线至极圈地区全部是46°52′；③从极圈至极点由46°52′逐渐减小到23°26′。

例如上述【例题1】根据当天正午高度可计算出当地地理纬度。又如

【例题3】2011年高考安徽文综卷：下图为某地住宅建筑冬夏正午日照示意图。完成29～30题。

29． 该地可能是

A． 刚果盆地 B． 撒哈拉沙漠南缘

C． 巴西高原 D． 北美洲五大湖地区

【解题】从图上看出该地一年中正午太阳高度变化幅度是46°52′，可推知该地位于北温带地区，进而便可以判定只有D选项正确。

3. 利用太阳高度角判断日影长短及方向

（1）正午太阳高度越大日影越短，正午太阳高度越小日影越长，而且日影方向始终背向太阳。如下图中各点旗杆日影长短及日影所在方向（图中是6月22日,经线和纬线的交点是直射点）。

（2）地球上各地都是一天中太阳高度角最大时为地方时12点，日影是一天中最短并且朝向正北或正南。

（3）极圈以内地区出现极昼时，一天中太阳高度角最大时为12时，最小时为0时，12时与0时日影朝向相反，而且0时影长大于12时的影长。

（4）6月22日北回归线以北地区是一年中正午太阳高度角最大和日影最短的一天，而赤道以南至南极圈地区是一年中正午太阳高度角最小和日影最长的一天。12月22日则相反，南回归线以南地区是一年中正午太阳高度角最大和日影最短的一天，而赤道以北至北极圈地区是一年中正午太阳高度角最小和日影最长的一天。

【例题4】2012年高考福建文综卷：下图中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。读图回答10～12题。

12． 若在M地垂直立竿，则下图中MM′所示日照竿影朝向正确的是（ ）

【解题】甲图为夏至日0时日影，应当朝南才对；乙为5月1日的日出时日影，应当朝西南才对；丙图和丁图都是指当地正午时日影，必须朝正北才对，所以四图中只有丁图正确。

4. 利用冬至日太阳高度角确定楼距或楼高

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，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＝hcotH。

【例题5】2002年高考江苏河南大综卷：近年来，我国房地产业发展迅速，越来越多的居民乔迁新居，居住条件和环境得到显著改善。请读下图，运用以下公式及相关知识回答4～7题。

①某地正午太阳高度的大小：H=90°-|Φ-δ|式中H为正午太阳高度；Φ为当地纬度，取正值；δ为太阳直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。

②tan35°≈0．7 tan45°＝1 tan60°≈1．732

4． 房地产开发商在某城市（北纬30度）建造了两幢商品住宅楼（如下图），某户居民买到了北楼一层的一套房子，于春节前住进后发现正午前后太阳光线被南楼挡住。请问，该房子一年中正午太阳光线被南楼挡住的时间大约是

A． 1个月 B． 3个月 C． 6个月 D． 9个月

6． 为避免这种纠纷，房地产开发商在建楼时，应该使北楼所有朝南房屋在正午时终年都能被太阳照射。那么在两幢楼间距不变的情况下，南楼的高度最高约为

A． 20米 B． 30米 C． 40米 D． 50米

【解题】第4题，据图中给出的南楼楼高、南北楼楼距之比为1．725，可推断该城市正午太阳高度角必须等于或大于60°时（tg60°≈1．732），北楼的一楼才能全年正午时晒到太阳。该城位于30°N，当太阳直射南半球时，该城市正午太阳高度均小于60°，即从秋分至次年春分共计6个月，故选项C正确。第6题，全年正午太阳高度最低时（12月22日），假设两楼距不变，求南楼不挡住北楼时最大高度。据公式求得30°N冬至日时正午太阳高度角为36．5°，即南楼高与北楼距之比h/L＞0．7（tg35°≈0．7），根据L＝40米，得楼高h＞40×0．7可推知B选项正确。

5. 根据正午太阳高度角调整太阳能热水器的倾角

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（或墙面）之间的夹角，使太阳光与受热板成直角。其夹角α和正午太阳高度角H的关系为α+h＝90°（如下图）。

【例题6】下图为某日部分地区昼夜示意图，阴影部分表示黑夜，其余部分表示白昼。读图回答下列问题。

（1）如果晨昏线与甲地所在经线的夹角为12°，则该日正午时分杭州（30°N）体育场馆的太阳能电池板与建筑物外墙（墙面与地面垂直）之间最合适的夹角约为_________。

【解题】晨昏线与经线的夹角与直射点的纬度值相等，由图可知，北半球昼长夜短，太阳直射12°N。根据右图所示，太阳能电池板与建筑物外墙的夹角应与当地该日的正午太阳高度相等，即：90°-(30°-12°)＝72°。

6. 根据正午太阳位置确定房屋的朝向

为了获得更充足的太阳光照，确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。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。在进行城镇规划和建筑设计时，为了使街道两边房子能够获得更充足的太阳光照，街道走向宜与子午线（经线）成30°～60°夹角。

三、正午太阳高度的分布规律及应用解题技巧

正午太阳高度的分布规律及应用的题目设计，多数以光照图的判读为切入点。因此解题时要特别关注“南北半球及其地球自转方向、晨昏线、点线面角关系和五个特殊点”的判读。

1. 南北半球图的判读

①图上标有自转方向，逆时针为北半球，顺时针为南半球；②极点标N为北半球，S为南半球；③图中有海陆轮廓的可以直接根据海陆分布情况判断；④标有两条经线度数便可根据东经顺自转方向递增，西经逆自转方向递增进一步判断。

2. 晨线和昏线的判读

（1）晨昏线：昼半球与夜半球的分界线。晨昏线是球面大圆，与太阳光线垂直。晨昏线上各地太阳高度为0°。

（2）晨线：自西向东，由夜半球进入昼半球的界线，如图1中。

图1

（3）昏线：自西向东，由昼半球进入夜半球的界线，如图1中。

3. 点、线、面、角关系的判读

（1）点线之间的关系

①晨昏线与纬线相切于晨昏北(南)点。晨昏线与赤道相交并相互平分。

②只在春分日和秋分日时，晨昏线为南北走向，即晨昏线与经线圈重合(如图2)；太阳直射北半球时，晨线为西北—东南走向(如图3中AB)，昏线为东北—西南走向；太阳直射南半球时，晨线为东北—西南走向，昏线为西北—东南走向。

图2

图3

③晨昏北点到北极点的纬度差＝晨昏南点到南极点的纬度差＝直射点到赤道的纬度差＝直射点的纬度度数。

④太阳直射点的纬度与切点的纬度之和始终等于90°(互余)。

（2）面面之间关系

①二至日时晨昏圈平面与赤道面的夹角为66°34′。

②二分日时晨昏圈平面与赤道面的夹角为90°，晨昏圈平面与某一经线圈所在平面重合。

③地球公转轨道面始终与赤道面呈23°26′的夹角。

（3）角度关系

①二至日，晨昏圈与地轴夹角为23°26′。

②二分日晨昏圈与地轴夹角为0°。

4. 五个特殊点：晨赤点、昏赤点、晨昏北点、晨昏南点、太阳直射点的判读

（1）晨赤点：晨线与赤道的交点，地方时为6∶00。如图4中C点。

图4

（2）昏赤点：昏线与赤道的交点，地方时为18∶00。如图4中A点。

（3）晨昏北点：晨线与昏线在北半球的交点，也是晨(昏)线上最北的点。晨昏北点（图4中D点）0时北昼，晨昏北点12时北夜（即当晨昏北点为0∶00时，其北方为极昼；当晨昏北点为12∶00时，其北方为极夜）。

（4）晨昏南点：晨线与昏线在南半球的交点，也是晨(昏)线上最南的点。晨昏南点0时南昼，晨昏南点12时南夜（即当晨昏南点为0∶00时，其南方为极昼；当晨昏南点为12∶00时，其南方为极夜）。

（5）太阳直射点：即日心和地心的连线与地球表面的交点（如图4中B点）。太阳高度为90°。地方时为12∶00。它与晨赤点、昏赤点的经度差为90°。直射点向北90°为晨昏北点，直射点向南90°为晨昏南点，直射点向东90°为昏赤点（在赤道上）；直射点向西90°为晨赤点（在赤道上）。

5. 综合分析：

如下图进行综合分析：