從兩組例題來理解正午太陽高度

鄧國玉

地理學(xué)是研究自然環(huán)境及其與人類活動之間關(guān)系的科學(xué)。地理學(xué)的基本特點(diǎn)主要是區(qū)域性和綜合性，其核心是人地關(guān)系。除了區(qū)域性和綜合性的特點(diǎn)，其實(shí)地理學(xué)還有一個特點(diǎn)，那就是應(yīng)用性，即其與我們的生產(chǎn)、生活實(shí)際聯(lián)系比較緊密。如隨著農(nóng)民生活條件的改善，許多農(nóng)村家庭都安裝了太陽能熱水器。太陽能熱水器怎么安裝才能保證充分利用太陽能呢？近十幾年我國房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快，開發(fā)商為了多開發(fā)房子以賺取較多的利潤，盡可能地縮小樓間距，影響居民的采光。我們該怎么幫助這些居民算出樓與樓之間最小的距離呢？……以上這些其實(shí)都與一個地理知識有關(guān)，那就是正午太陽高度。可見學(xué)習(xí)和掌握這部分知識對生活是很有幫助的，同時(shí)正午太陽高度的計(jì)算與應(yīng)用也是高考考查的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，同學(xué)們必須熟練掌握。下面以例題的形式進(jìn)行深入剖析。

1.例題展示

例1.去年夏至日小明和小華到倫敦一所中學(xué)（51°N）進(jìn)行交流，到達(dá)該中學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)校旗桿的影子如下圖所示（此時(shí)影子在全天中最短）。據(jù)此完成下列各題。

（1）此時(shí)北京時(shí)間為（）

A.19時(shí)

B.13時(shí)

C.5時(shí)

D.20時(shí)

（2）該日正午太陽高度約是（）

A.90°

B.23.5°

C.52.5°

D.62.5°

【解析】該組題考查學(xué)生運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力，充分體現(xiàn)了“學(xué)習(xí)生活中的地理”這一新課程理念。

（1）根據(jù)題意和觀察圖可知，小明和小華到達(dá)題中所述中學(xué)時(shí)，學(xué)校旗桿的影子在全天中最短，故當(dāng)時(shí)是該地的正午時(shí)刻，即地方時(shí)為12時(shí)。因倫敦所屬的時(shí)區(qū)為中時(shí)區(qū)，北京時(shí)間是東八區(qū)的區(qū)時(shí)，二者（中時(shí)區(qū)與東八區(qū)）相差8小時(shí)，故此時(shí)北京時(shí)間為20時(shí)。故正確答案為選項(xiàng)D。

（2）由題意可知，該日為夏至日，太陽直射北回歸線，即太陽直射23°26′N。題中也給出了該學(xué)校的緯度，為51°N。這樣，根據(jù)公式H（正午太陽高度）=90°-直射點(diǎn)與所求地點(diǎn)緯度差（如直射點(diǎn)與所求地點(diǎn)在同一半球時(shí)，緯度差為大數(shù)減去小數(shù)；如二者分別屬于不同半球時(shí)，緯度差為緯度之和）。H=90°-（51°-23°26′）=90°-27°34′=62°26′。故正確答案為選項(xiàng)D。

例2.我國古代的人們在造字的時(shí)候充分利用了當(dāng)時(shí)的地理環(huán)境和發(fā)揮了聰明才智，某些漢字中蘊(yùn)含了豐富的地理知識，如“間”——“門里有日午間到”，午間即正午。據(jù)此回答下列各題。

（1）圖中門的朝向可能是（）

①正東

②正西

③正南

④正北

A.①②

B.②③

C.①③

D.③④

（2）下列有關(guān)正午房間內(nèi)地面光照面積的描述，正確的是（）

A.全年一樣

B.太陽直射北回歸線時(shí)，北半球中緯度地區(qū)達(dá)一年中最小

C.正午時(shí)的光照面積比上午時(shí)的大

D.冬至日各地一樣

【解析】（1）人類生活在自然環(huán)境中，自然環(huán)境地深深影響著人類。人類從環(huán)境中直接采摘或獵捕動植物、開采礦產(chǎn)資源，可以說人類因地制宜地充分利用著自然地理環(huán)境。為了獲得更多的陽光，北回歸線以北地區(qū)的人們建筑房屋時(shí)都把門的朝向設(shè)計(jì)為南方；南回歸線以南地區(qū)的人們建筑房屋時(shí)都把門的朝向設(shè)計(jì)為北方。這是很有道理的，因?yàn)?3°26′N以北的地區(qū)太陽高度最大時(shí)太陽位于正南方，23°26′S以南的地區(qū)太陽高度最大時(shí)太陽位于正北方。赤道與北回歸線之間的地區(qū)，正午時(shí)的太陽有時(shí)位于正北方，有時(shí)位于正南方。我國是位于北半球的國家。故正確答案為D。

（2）正午太陽高度在太陽光直射的緯線上最大，向南、向北兩側(cè)逐漸降低。故A、D錯。夏至日太陽直射北回歸線，北半球中緯度地區(qū)正午太陽高度達(dá)到全年中最大，房間內(nèi)地面光照面積達(dá)到全年中最小，故B正確。正午太陽高度在全天中最大，而此時(shí)房間內(nèi)地面光照面積最小，故C錯。

這兩組試題都考查了正午太陽高度知識。例1中的第（1）題通過旗桿影子間接考查正午太陽高度知識。例1中的第（2）題直接考查正午太陽高度。解答的關(guān)鍵是得先知道或熟悉正午太陽高度的計(jì)算公式：H（正午太陽高度）=90°-直射點(diǎn)與所求地點(diǎn)緯度差。如果學(xué)生非常熟悉這個公式，那么解答起來將會得心應(yīng)手。

例2中的第（1）題考查生活中的房子朝向問題，從實(shí)際生活中設(shè)計(jì)問題來考查學(xué)生對正文太陽高度的掌握情況。解答的關(guān)鍵是熟悉生活中的地理現(xiàn)象。如果學(xué)生的生活閱歷非常豐富，解答起來也會十分容易。例2中第（2）題考查正午太陽高度理論的分布規(guī)律。解答的關(guān)鍵是熟悉這些規(guī)律。

2.正午太陽高度理論

各地太陽高度在地方時(shí)為12時(shí)的時(shí)候是最大的，這時(shí)的太陽高度稱為正午太陽高度。正午太陽高度在太陽光直射的緯線上最大，向南、向北兩側(cè)逐漸降低。正午太陽高度理論主要涉及以下幾個方面。

①從直射點(diǎn)往南、北兩側(cè)遞減。

②夏至日，23°26′N以北地區(qū)的正午太陽高度達(dá)一年中最大值；冬至日，23°26′S以南地區(qū)的正午太陽高度達(dá)一年中最大值。

③正午太陽高度的公式：H=90°-直射點(diǎn)與所求地點(diǎn)緯度差。當(dāng)直射點(diǎn)與所求地點(diǎn)位于不同的半球時(shí)，兩地緯度差為兩緯度之和；當(dāng)直射點(diǎn)與所求地點(diǎn)位于相同的半球時(shí)，兩地緯度差為大數(shù)減去小數(shù)。

④影子隨著正午太陽高度的變大而變短，太陽的位置決定影子的方向。

⑤一天之中太陽高度最大的時(shí)候，地方時(shí)為12時(shí)。

⑥計(jì)算樓間距離時(shí)要弄清楚正午太陽高度的大小。

3.正午太陽高度的應(yīng)用

確定地方時(shí)：當(dāng)某地太陽高度達(dá)到一天中的最大值時(shí)，此時(shí)地方時(shí)為12時(shí)。

確定房屋朝向：在北回歸線以北的地區(qū)，正午時(shí)太陽位于南方，人們?yōu)榱嗽谖輧?nèi)獲得更多的太陽光，一般在建房屋的時(shí)候使房屋面朝南方；在南回歸線以南地區(qū)，正午時(shí)太陽位于北方，人們?yōu)榱嗽谖輧?nèi)獲得更多的太陽光，一般在建房屋的時(shí)候使房屋面朝北方。

判斷日影長短及方向：影子隨著正午太陽高度的變大而變短，日影方向與太陽所在的方向是相反的。

計(jì)算樓距：以北半球?yàn)槔瑯蔷嗯c冬至日的正午太陽高度相關(guān)，一般在緯度較低的地區(qū)，樓距較??；在緯度較高的地區(qū)，樓距較大。

太陽能熱水器的安裝：太陽光線垂直照射的地方，地面吸收的熱量最多。正午時(shí)，太陽高度最大，太陽輻射最強(qiáng)，太陽能熱水器的集熱板要調(diào)整到與太陽光線垂直才能獲得更多熱量。

房間采光：一般情況下，正午太陽高度越大，照射到房間里的面積就越小，即夏季照射到房間里的面積小，冬季照射到房間里的面積大。在北回歸線以北的地區(qū)，正午時(shí)太陽位于南方，光線從南邊的窗戶進(jìn)入到屋內(nèi)；在南回歸線以南的地區(qū)，正午時(shí)太陽位于北方，太陽光線從北邊的窗戶進(jìn)入到屋內(nèi)。

正午太陽高度的變化對人類生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了重大影響。高考注重考查生活中的地理現(xiàn)象，因此正午太陽高度成為高考考查的重點(diǎn)。近幾年，高考地理試題中越來越多地出現(xiàn)以能力立意為主的試題，無論是客觀題還是主觀題，試題多圍繞某一主題創(chuàng)設(shè)一些情境，并從不同層次設(shè)計(jì)問題，形成有聯(lián)系的一組題。這些組題對考生而言一般都是陌生的，考生要在對設(shè)問理解透徹的基礎(chǔ)上，聯(lián)系所學(xué)知識，正確進(jìn)行遷移，寫出符合題意的答案。