“正午太陽(yáng)高度”專題

丁夏男 趙淑文

一、核心考點(diǎn)（表1）

二、知能構(gòu)建

1.緯度變化規(guī)律

文字描述：由太陽(yáng)直射點(diǎn)所在緯線向南北兩側(cè)遞減。春秋二分日由赤道向南北兩側(cè)遞減；夏至日由北回歸線向南北兩側(cè)遞減；冬至日由南回歸線向南北兩側(cè)遞減。

圖形說(shuō)明：圖1。

2.季節(jié)變化規(guī)律

文字描述：太陽(yáng)直射點(diǎn)靠近時(shí)變大，遠(yuǎn)離時(shí)變小。北回歸線及其以北：夏至日達(dá)最大值，冬至日達(dá)最小值；南北回歸線之間：太陽(yáng)直射時(shí)達(dá)最大值，夏至日赤道與南回歸線之間達(dá)最小值，冬至日赤道與北回歸線之間達(dá)最小值；南回歸線及其以南：冬至日達(dá)最大值，夏至日達(dá)最小值。

圖形說(shuō)明：圖2。

3.計(jì)算方法

文字描述：正午太陽(yáng)高度H=90°-兩點(diǎn)緯度差δ?！皟牲c(diǎn)”指觀測(cè)點(diǎn)與太陽(yáng)直射點(diǎn)。若兩點(diǎn)同在北（南）半球，兩點(diǎn)緯度差為大數(shù)減去小數(shù)；若兩點(diǎn)分屬于南北不同半球，兩點(diǎn)緯度差為兩點(diǎn)緯度之和。

圖形說(shuō)明：如圖3，當(dāng)太陽(yáng)直射B點(diǎn)時(shí)，A點(diǎn)正午太陽(yáng)高度為90°-δ=90°-（40°-10°）=60°；C點(diǎn)正午太陽(yáng)高度為90°-δ=90°-（10°+23°26′）=56°34′。

4.實(shí)際運(yùn)用

（1）確定地方時(shí)。運(yùn)用正午太陽(yáng)高度確定地方時(shí)：當(dāng)某地太陽(yáng)高度達(dá)到一天中最大值時(shí)，就是一天的正午時(shí)刻，此時(shí)該地地方時(shí)為12時(shí)，“立竿無(wú)影”。

（2）確定當(dāng)?shù)氐乩砭暥?。緯度相差多少度，正午太?yáng)高度就相差多少度。根據(jù)某地某日（二分二至）正午太陽(yáng)高度，可判斷該地區(qū)緯度大小。

（3）確定房屋朝向。為獲得充足的太陽(yáng)光照，確定當(dāng)?shù)胤课莩蚺c正午太陽(yáng)所在位置有關(guān)。北回歸線以北地區(qū)，正午太陽(yáng)位于南方，房屋朝南；南回歸線以南地區(qū)，正午太陽(yáng)位于北方，房屋朝北。

（4）判斷日影長(zhǎng)短及方向。

文字描述：太陽(yáng)直射點(diǎn)上，物體影長(zhǎng)為0；正午太陽(yáng)高度越大，日影越短；反之，日影越長(zhǎng)。正午是一天中日影最短的時(shí)刻。

日影朝向永遠(yuǎn)背離太陽(yáng)的方向，北回歸線以北地區(qū)，正午日影全年朝北（北極點(diǎn)和北極圈及其以內(nèi)的極夜期除外），冬至日日影最長(zhǎng)，夏至日最短；南回歸線以南地區(qū)，正午日影全年朝南（南極點(diǎn)和南極圈及其以內(nèi)的極夜期除外），夏至日日影最長(zhǎng)，冬至日最短；南北回歸線之間的地區(qū)（不包括回歸線），一年中有兩次太陽(yáng)直射，正午日影有兩種情況：正午日影夏至日朝向正南，冬至日朝向正北，直射時(shí)日影最短（日影與物體本身重合，等于0）。

圖形說(shuō)明：圖4。

（5）確定樓間距、樓高。

文字描述：為保證各層樓都有良好的采光條件，樓與樓之間應(yīng)保持適當(dāng)距離。以我國(guó)為例，如圖5，南樓高度為h，該地冬至日正午太陽(yáng)高度為H，則最小樓間距L為：L=hcotH。

圖形說(shuō)明：圖5。

（6）太陽(yáng)能熱水器傾角調(diào)整。

文字描述：為更好利用太陽(yáng)能，應(yīng)不斷調(diào)整太陽(yáng)能熱水器與樓頂平面之間的傾角，使太陽(yáng)光與集熱板之間成直角。其傾角和正午太陽(yáng)高度角的關(guān)系為α+H=90°。

圖形說(shuō)明：圖6。

三、圖表剖析

1.基本圖形（圖7）

太陽(yáng)高度：太陽(yáng)高度角的簡(jiǎn)稱，表示太陽(yáng)光線與地平面的傾角，總是大于0°或者等于90°（正午太陽(yáng)高度角為90°）。

變化規(guī)律：日出時(shí)，太陽(yáng)高度為0°；日出以后，太陽(yáng)高度增大；正午（地方時(shí)12時(shí)），太陽(yáng)高度達(dá)最大。正午過(guò)后，太陽(yáng)高度減小；日落時(shí)，太陽(yáng)高度為0°。

2.常見(jiàn)變式圖

（1）正午太陽(yáng)高度隨緯度的變化規(guī)律。

文字描述：赤道正午太陽(yáng)高度年變化在66°34′至90°之間，每年春分日與秋分日有直射現(xiàn)象。冬至日和夏至日時(shí)正午太陽(yáng)高度最小，為66°34′。

圖形說(shuō)明：圖8。

（2）正午太陽(yáng)高度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

文字描述：北極點(diǎn)春分至秋分正午太陽(yáng)高度大于0°，出現(xiàn)極晝，其中夏至正午太陽(yáng)高度達(dá)一年中最大，并且極晝范圍擴(kuò)大到整個(gè)北極圈以內(nèi)；秋分至春分正午太陽(yáng)高度小于0°，出現(xiàn)極夜，其中冬至極夜范圍擴(kuò)大到整個(gè)北極圈以內(nèi)，南極點(diǎn)相反?；貧w線與赤道之間由于有兩次直射現(xiàn)象，因此正午太陽(yáng)高度最大值有兩次達(dá)90°，并且最小值不低于43°08′。

圖形說(shuō)明：圖9。

四、技巧點(diǎn)撥

正午太陽(yáng)高度計(jì)算與應(yīng)用，是高考考查的重點(diǎn)，這部分內(nèi)容很容易與日常生產(chǎn)生活相聯(lián)系，從而取源于我們的生產(chǎn)生活，因此復(fù)習(xí)備考中應(yīng)高度重視以下考查層面。

規(guī)律：從太陽(yáng)直射點(diǎn)往南北兩側(cè)遞減；離直射點(diǎn)距離越近（緯度差越?。缣?yáng)高度越大。

最值：太陽(yáng)直射北回歸線，北回歸線以北地區(qū)達(dá)一年中最大值，整個(gè)南半球達(dá)一年中最小值；相反，太陽(yáng)直射南回歸線時(shí)，南回歸線以南地區(qū)達(dá)一年中最大值；整個(gè)北半球達(dá)一年中最小值。

公式：H=90°-兩點(diǎn)緯度差，此外，兩點(diǎn)間的正午太陽(yáng)高度差等于緯度差。

影子的長(zhǎng)短變化與方向：正午太陽(yáng)高度角變大，影子變短；方向由太陽(yáng)的位置確定。

地方時(shí)：一天之中太陽(yáng)高度最大時(shí)地方時(shí)為12時(shí)。

樓間距：抓住關(guān)鍵點(diǎn)正午太陽(yáng)高度角大小。

五、典題精練

例1：（2013年福建卷）福建某中學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組，設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)窗戶遮陽(yáng)板，實(shí)現(xiàn)教室良好的遮陽(yáng)與采光。圖10示意遮陽(yáng)板設(shè)計(jì)原理，據(jù)此回答問(wèn)題。

1.遮陽(yáng)板收起，室內(nèi)正午太陽(yáng)光照面積達(dá)一年最大值時(shí)：

A.全球晝夜平分 B.南極圈以南地區(qū)出現(xiàn)極晝

C.太陽(yáng)直射20°S D.北半球?yàn)橄募?/p>

2.濟(jì)南某中學(xué)生借鑒這一設(shè)計(jì)，若兩地窗戶大小形狀相同，則應(yīng)做的調(diào)整是：

①安裝高度不變，加長(zhǎng)遮陽(yáng)板 ②安裝高度不變，縮短遮陽(yáng)板 ③遮陽(yáng)板長(zhǎng)度不變，降低安裝高度 ④遮陽(yáng)板長(zhǎng)度不變，升高安裝高度

A.①④ B.①③ C.②③ D.②④

解析：

第一步：讀材料，明圖示（如圖11）。

第二步：建聯(lián)系，調(diào)知識(shí)。

福建位于北回歸線以北，太陽(yáng)直射南回歸線，正午太陽(yáng)高度最?。浑S太陽(yáng)直射點(diǎn)的北移，正午太陽(yáng)高度角逐漸增大，直到直射北回歸線時(shí)達(dá)到一年中最大值。

第三步：析選項(xiàng)，慎選擇。

第1題，“遮陽(yáng)板收起，室內(nèi)正午太陽(yáng)光照面積達(dá)一年最大值時(shí)”即為一年的正午太陽(yáng)高度最小時(shí)。該地正午太陽(yáng)高度達(dá)一年中最小值是冬至日，太陽(yáng)直射南回歸線，此時(shí)南極圈及其以南地區(qū)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，因此選B。第2題，濟(jì)南的緯度比福建更高，一年中正午太陽(yáng)高度角的最大值和最小值都比福建小，正午太陽(yáng)照射室內(nèi)面積的最大值會(huì)更大，因此為了讓遮陽(yáng)板達(dá)到更好效果，如果安裝高度不變，正午太陽(yáng)高度變小，太陽(yáng)光線更斜，則遮陽(yáng)板必須加長(zhǎng)，如圖12虛線所示；如果遮陽(yáng)板長(zhǎng)度不變，則安裝高度應(yīng)降低，如圖13虛線所示，因此選B。