掌握對(duì)稱規(guī)律 玩轉(zhuǎn)地球運(yùn)動(dòng)

黃曉明

（九江市九江第一中學(xué), 江西 九江 332000）

掌握對(duì)稱規(guī)律 玩轉(zhuǎn)地球運(yùn)動(dòng)

一、地球自轉(zhuǎn)中的對(duì)稱性

黃曉明

（九江市九江第一中學(xué), 江西 九江 332000）

在中學(xué)階段大多數(shù)情況下，為簡(jiǎn)化起見，我們把地球假設(shè)為一個(gè)正球體，自轉(zhuǎn)角速度為勻速，由此產(chǎn)生了自轉(zhuǎn)意義中的對(duì)稱性。

1.同一日中日出、日落時(shí)刻關(guān)于正午時(shí)刻對(duì)稱

時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)要統(tǒng)一，三者同為地方時(shí)或區(qū)時(shí)，即上、下午時(shí)間等長(zhǎng)，或者正午經(jīng)線平分晝半球，子夜經(jīng)線平分夜半球。

【例1】①北京（116°E）某日日出地方時(shí)為5∶50，日落地方時(shí)為_____ ；②北京某日日出北京時(shí)間為5∶50，日落北京地方時(shí)為______ 。

【析1】時(shí)間有地方時(shí)和區(qū)時(shí)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，北京正午時(shí)刻為地方時(shí)12∶00時(shí)，區(qū)時(shí)（北京時(shí)間）為12∶16，①條件與所求均為地方時(shí)，對(duì)稱時(shí)刻取地方時(shí)12∶00即可；②已知時(shí)間為區(qū)時(shí)，所以對(duì)稱正午時(shí)刻取區(qū)時(shí)12∶16，得出日落區(qū)時(shí)為18∶42，再將其轉(zhuǎn)化為地方時(shí)得18∶26。

【答案】①18∶10 ②18∶26

2.同一日中的日出、日落方位關(guān)于經(jīng)線（南北向）對(duì)稱

推而廣之，關(guān)于正午對(duì)稱的兩個(gè)時(shí)刻太陽高度相等（日影等長(zhǎng)），且太陽方位（日影）關(guān)于經(jīng)線（南北向）對(duì)稱。

【例2】（2012年安徽卷)圖1為我省平原地區(qū)某中學(xué)的操場(chǎng)和行道樹示意圖（晴天8∶00前后，東操場(chǎng)大部分被行道樹的樹蔭覆蓋）。為充分利用樹蔭遮陽，6月某日16∶00～16∶45該校某班同學(xué)上體育課的最佳場(chǎng)地是（ ）

A.① B.② C.③ D.④

圖2

圖1

【析2】安徽某地6月的太陽視運(yùn)動(dòng)圖（圖2），由東操場(chǎng)樹蔭覆蓋推知太陽位于正東左右，即太陽位于E′，使得E′在地平面的射影落在OE即正東方?，F(xiàn)在我們作出E′在太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡中關(guān)于正午B點(diǎn)對(duì)稱的W′，當(dāng)太陽位于W′點(diǎn)（正西方向）時(shí)，此時(shí)時(shí)刻即為8∶00關(guān)于正午的對(duì)稱時(shí)刻。我國生活中用時(shí)標(biāo)準(zhǔn)為北京時(shí)間，所以8∶00為北京時(shí)間即區(qū)時(shí)，為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，正午也應(yīng)以北京時(shí)間計(jì)。安徽由東至西經(jīng)度跨119°37′E～114°54′E，所以其正午時(shí)刻（由東至西）約為12∶00～12∶20（北京時(shí)間）不等，然后作8∶00關(guān)于12∶00～12∶20的對(duì)稱時(shí)刻，可得16∶00～16∶40（北京時(shí)間），此即為安徽省各地太陽正西時(shí)刻。若取小值16∶00，則16∶00～16∶45這段時(shí)間太陽過了W′，位于西北，則②處庇蔭條件最好；若取大值16∶40，則16∶00～16∶40太陽位于西南，16∶40～16∶45太陽為西北，所以①、②均非完美庇蔭地，但總體①處庇蔭條件好。綜上①、②均可能成為最佳庇蔭地。另外，本題用語模糊（如左右、大部分等詞及時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不明確），對(duì)經(jīng)度識(shí)記嚴(yán)苛給考生帶來不便。本題與2013年高考四川卷所問6月8日中緯度地區(qū)15∶00太陽方位頗為相似，較多地體現(xiàn)了生活立意，而非能力。

【答案】A、B

3.同一日中，同緯度、不同南北半球的兩地晝（夜）長(zhǎng)關(guān)于赤道的晝（夜）長(zhǎng)12小時(shí)對(duì)稱

即北半球某地的晝長(zhǎng)等于南半球同緯地區(qū)的夜長(zhǎng)。例如，6月22日時(shí)，40°N的晝長(zhǎng)14h51min，則40°S的晝長(zhǎng)約為9h9min。

【小結(jié)】：一日中時(shí)刻計(jì)算多涉及正午（子夜）的對(duì)稱，方位判斷則多關(guān)于經(jīng)線東西對(duì)稱，或關(guān)于赤道南北對(duì)稱。

在運(yùn)用對(duì)稱原則時(shí)應(yīng)注意赤道半徑＞極半徑、赤道周長(zhǎng)＞經(jīng)線圈、赤道周長(zhǎng)＜60°N(S)晝長(zhǎng)×2等，當(dāng)然在模糊計(jì)算中我們可取等號(hào)。

【例3】（2013年山東卷）氣溫的日變化一般表現(xiàn)為最高值出現(xiàn)在14時(shí)左右，最低值出現(xiàn)在日出前后。圖3示意某區(qū)域某日某時(shí)刻的等溫線分布，該日丙地的正午太陽高度達(dá)一年中最大值。下列時(shí)刻中，最有可能出現(xiàn)該等溫線分布狀況的是

圖3

A.6時(shí) B.9時(shí) C.12時(shí) D.14時(shí)

【析3】由題意知，該地處于北半球，一日中14時(shí)和日出時(shí)該區(qū)海陸溫差最大，海陸間等溫線傾斜最厲害且彎曲方向相反，日出時(shí)海陸間等溫線大體呈“/”狀，14時(shí)呈“”狀，由此我們可推測(cè)等溫線呈圖中所示的“—”狀為日出時(shí)刻與14時(shí)的中間時(shí)刻，也即對(duì)稱時(shí)刻。又由于太陽直射丙地（約20°N），該地晝長(zhǎng)約為13h，日出時(shí)刻為5∶30，（5∶30+14∶00）/2即為理想答案。

【答案】B

二、地球公轉(zhuǎn)中的對(duì)稱性

公轉(zhuǎn)中的對(duì)稱性的假設(shè)條件除自轉(zhuǎn)的假設(shè)條件外，還假設(shè)太陽直射點(diǎn)在南北回歸線之間的回歸運(yùn)動(dòng)是勻速的，為4天/1緯度。

圖4

1． 同一年中，除赤道外，某地日出、日落時(shí)間相同的A、B兩日，關(guān)于冬（或夏）至日對(duì)稱，太陽直射同一緯線。也即除赤道和寒帶地區(qū)外，一地晝長(zhǎng)相等的兩日期關(guān)于冬（或夏）至日對(duì)稱。

2． 同一年中，某地日出、日落方向相同的A、B兩日關(guān)于冬（或夏）至日對(duì)稱，兩日太陽直射同一緯線。

3． 相異兩地同時(shí)日出（或日落）的，A、B兩日（也就是晨昏線重合的兩日）關(guān)于夏至（或冬至）對(duì)稱。

4． 同一年中，（除赤道和寒帶外）某地A、B兩日，若A日晝（夜）長(zhǎng)等于B日夜（晝）長(zhǎng)，那么A、B兩日關(guān)于春分（或秋分）對(duì)稱。或者說A、B兩日太陽直射的緯線關(guān)于赤道對(duì)稱。

5． 寒帶地區(qū)某地極晝（或極夜）開始日期A日和結(jié)束日期B日關(guān)于冬（或夏）至對(duì)稱。

寒帶地區(qū)極晝開始日期A日與極夜結(jié)束日期B日關(guān)于春（或秋）分對(duì)稱；寒帶地區(qū)極晝結(jié)束日期A日與極夜開始日期B日關(guān)于春（或秋）分對(duì)稱。

【例4】（2013年江蘇卷）一艘海輪從上海出發(fā)駛向美國舊金山。當(dāng)海輪途經(jīng)圖5中P點(diǎn)時(shí)正值日出，圖中EF線表示晨昏線。讀圖回答1～2題。

圖5

1. 此時(shí)太陽直射點(diǎn)的位置最接近

A. 15°N，135°E B. 15°S，135°W

C. 23°26′N，0° D. 23°26′S，180°

2.下列現(xiàn)象發(fā)生時(shí)間與海輪途經(jīng)P點(diǎn)的日期相近的是

A.江淮平原地區(qū)正播種冬小麥

B.長(zhǎng)江中下游地區(qū)正值梅雨季節(jié)

C.北京一年中晝長(zhǎng)最短

D.塔里木河一年中流量最大

【析4】由圖5可大致判斷晨線與赤道相交于與135°E，75°S為出現(xiàn)極晝的最小緯度，較易做出第1題。結(jié)合圖4，太陽直射15°S的兩個(gè)日期關(guān)于北半球的冬至日對(duì)稱，15°S與南回歸線相隔8°26′，根據(jù)回歸運(yùn)動(dòng)中4天/1緯度，得出該日大致是12月22日前、后34天的兩日，即11月19日或1月25日左右。A為秋季（9～11月），江淮地區(qū)且多為深秋或初冬；B為6月上旬到7月上旬，主要集中在6月；C為北半球的冬至日當(dāng)天，12月22日前后一天內(nèi)；D為夏季，主要是8月。當(dāng)光照?qǐng)D表示11月19日時(shí)，A項(xiàng)可選。

【答案】1．B 2．A

【例5】在廣東肇慶美麗的七星巖仙女湖畔，有一座長(zhǎng)達(dá)1000多米酷似臥佛的天然石山。臥佛頭北腳南，頭部的五官和螺髻極易分辨。每年都有幾天，可見一輪紅日從臥佛口中徐徐落下，形成“臥佛含丹”的地理奇觀。該地主管部門據(jù)此將每年的10月3日定為“臥佛含丹”節(jié)。讀圖6，回答1～2題。

圖6

1.游客若想看“臥佛含丹”景觀，最佳方位是該山的

A.西南 B.東南 C.西北 D.東北

2.下列哪一中國節(jié)，最有可能觀賞到“臥佛含丹”景觀

A.植樹節(jié) B.勞動(dòng)節(jié) C.教師節(jié) D.元旦節(jié)

【析5】10月3日太陽直射點(diǎn)位于南半球，除有極晝、極夜現(xiàn)象地區(qū)外，全球日落西南，所以游客最佳方位是該山主體的東北；根據(jù)前述對(duì)稱規(guī)律日落同一方位的兩日應(yīng)關(guān)于夏至（或冬至）對(duì)稱，10月3日關(guān)于6月22日（或12月22日）對(duì)稱的時(shí)間大約是3月12日，所以選植樹節(jié)。

【答案】1．D 2．A

【小結(jié)】在涉及公轉(zhuǎn)意義（如正午太陽高度、晝長(zhǎng)時(shí)間和日落方向、日期）的題目，多需利用關(guān)于冬至（或夏至）對(duì)稱的兩日期太陽直射點(diǎn)的緯度相同的規(guī)律來解答。

利用對(duì)稱關(guān)系的實(shí)質(zhì)，是利用物體在兩個(gè)極值之間變化是漸變或勻速的。由此我們還可推論比較北半球海洋A、B兩日哪個(gè)氣溫高，就看哪個(gè)月份更接近8月，其它類推；比較地球在公轉(zhuǎn)中A、B兩日哪個(gè)公轉(zhuǎn)速度快，就看哪個(gè)更接近1月初。南北半球的節(jié)氣、季節(jié)相隔半年，如12月22日約為北半球的冬至節(jié)氣，冬季，南半球的夏季，夏至。利用這點(diǎn)我們可以巧解題6。當(dāng)然，在公轉(zhuǎn)的意義中運(yùn)用對(duì)稱規(guī)律，要注意北半球的夏半年略長(zhǎng)于冬半年，北極點(diǎn)極晝天數(shù)略長(zhǎng)于極夜天數(shù)這些特殊點(diǎn)。

【例6】(2012年天津卷)讀亞洲部分地區(qū)四個(gè)季度平均氣溫分布圖，回答下題。

圖7

據(jù)圖7氣溫分布狀況判斷，四幅圖由第一季度到第四季度的正確排序是

A.①→②→③→④ B.①→②→④→③

C.③→④→②→① D.③→①→②→④

【析6】首先季度不同于季節(jié)，第一季度為1～3月，依次類推。由于溫帶內(nèi)陸地區(qū)大陸性強(qiáng)，氣溫年變化明顯，7月溫度最高，1月溫度最低，從而得出7月所屬第三季度溫度最高（對(duì)應(yīng)②），1月所屬第一季度溫度最低（對(duì)應(yīng)③），這樣只剩下①、④與第二季度、第四季度對(duì)應(yīng)關(guān)系待定。圖中①氣溫低于④，第二季度與第四季度氣溫的比較，時(shí)間跨度較大，我們?nèi)≈虚g月代表季度來比較，即只需比較5月與11月的冷熱關(guān)系。由于陸地最高氣溫為7月，以7月的對(duì)稱點(diǎn)，易知5月氣溫高于11月，即第二季度氣溫高于第四季度。 第二季度對(duì)應(yīng)④，第四季度對(duì)應(yīng)①。