“高層住宅采光”考向分析及教學(xué)啟示

廣西 侯劉起 李 帥

“高層住宅采光”問題是正午太陽高度及其變化等地球運動知識在生活中的應(yīng)用，是高考考查的重點內(nèi)容。本文從課程標準、內(nèi)容、試題等角度分析高層住宅采光的考向，并從中得出教學(xué)啟示。

一、課標分析

《高中地理課程標準(2017版)》要求“結(jié)合實例，說明地球運動的地理意義”。課標中的行為動詞是“說明”，這個詞語對應(yīng)很高的核心素養(yǎng)，要求我們能夠?qū)Φ乩硎孪筮M行剖析，對地理原理、規(guī)律進行解釋。在學(xué)習(xí)方式方面，課標要求“結(jié)合實例”“從具體的地理事物和現(xiàn)象出發(fā)，分析現(xiàn)實問題”；在學(xué)習(xí)結(jié)果方面，課標要求“形成系統(tǒng)、全面、動態(tài)地分析地理問題的方法”。

二、內(nèi)容分析

“高層住宅采光”是生活實例，是正午太陽高度及其變化等地球運動知識在生活中的應(yīng)用?！吨腥A人民共和國國家標準城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》規(guī)定“冬至日日照時間不少于1小時”。因此，借助高層住宅采光這一實例可以“從具體的地理事物和現(xiàn)象出發(fā)，分析現(xiàn)實問題”，進而達到“結(jié)合實例，說明地球運動的地理意義”的目的。

住宅的光照主要來自太陽輻射，因此，高層住宅采光主要考查太陽直射點的回歸運動、正午太陽高度及其變化、正午太陽高度與影長的關(guān)系、影長與樓房遮擋的關(guān)系等知識。

三、典例展示

(一)正午太陽高度與影長

【例1】下圖示意我國某地的一幢樓，冬至日正午該樓的影長與樓高相等，該地的緯度是

( )

A.23°26′N B.21°34′N

C.25°26′N D.23°34′N

【解析】該題以我國某地一幢樓影長與樓高的關(guān)系為背景，考查正午太陽高度與影長的關(guān)系、正午太陽高度角的計算等知識。因為正午該樓的影長與樓高相等，所以此地冬至日的正午太陽高度為45°。冬至日時太陽直射23°26′S，根據(jù)正午太陽高度角的計算公式H=90°-|Φ-δ|(Φ為當?shù)鼐暥?；δ為太陽直射點的緯度)可知，H=90°-|Φ-(-23°26′)|。經(jīng)計算可知當?shù)鼐暥圈禐?1°34′N，B選項正確。

(二)影長與樓房遮擋

【例2】11月22日，某地理研究性學(xué)習(xí)小組在觀測房屋采光狀況時，發(fā)現(xiàn)甲樓陰影恰好遮住乙樓三層中部(如下圖所示)，在甲樓頂層GPS測得緯度為31.836 6°N、經(jīng)度為117.217 9°E、高程為96 m。

隔25小時再次觀測時，甲樓的陰影可遮擋乙樓

( )

A.二層西部 B.四層?xùn)|部

C.五層西部 D.七層?xùn)|部

【解析】該題以某地理研究性學(xué)習(xí)小組對房屋采光狀況的觀測為背景，考查太陽直射點的移動與正午太陽高度的變化、正午太陽高度與影長的關(guān)系、影長與樓房遮擋的關(guān)系、光照方向與物影方向的關(guān)系等知識。該地的緯度為31.836 6°N，位于北回歸線以北地區(qū)，11月22日太陽直射點位于南半球且向南移動，因此，未來一段時間內(nèi)該地的正午太陽高度逐漸變小，影長逐漸變長。從材料及圖中可知，此時為正午且陰影正好到三樓頂部，隔25小時再次觀測時，該地影長變長且處于下午。影長越長，可以遮擋的樓層越高，因此甲樓的陰影可遮擋到乙樓的四層。下午太陽光來自西邊，物影位于東邊，因此，隔25小時再次觀測時，甲樓的陰影可遮擋乙樓的四層?xùn)|部，B選項正確。

【例3】近年來，我國房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的居民喬遷新居，居住條件和環(huán)境顯著改善。請讀下圖，運用以下公式及相關(guān)知識回答問題。

①H=90°-|Φ-δ|公式中H為正午太陽高度；Φ為當?shù)鼐暥?，取正值；δ為太陽直射點的緯度，當?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取負值?/p>

②tan35°≈0.7 tan45°=1 tan60°≈1.732

房地產(chǎn)開發(fā)商在某城市(30°N)建造了兩幢商品住宅樓(上圖)，某戶居民買到了北樓一層的一套房子，于春節(jié)前住進去后發(fā)現(xiàn)正午前后太陽光線被南樓擋住。請問，該房子一年中正午太陽光線被南樓擋住的時間大約是

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A.1個月 B.3個月 C.6個月 D.9個月

【解析】該題以某城市的兩幢商品住宅樓為背景，考查太陽直射點的移動、正午太陽高度角的計算等知識。從圖中可知，南樓與樓間距的比值為69 m/40 m=1.725，即南樓與樓間距比值所成角的正切值為1.725。因為tan60°≈1.732，所以南樓與樓間距比值所成的角約等于60°。根據(jù)正午太陽高度與影長的關(guān)系可知，正午太陽高度角越小，影長越長。根據(jù)影長與樓房遮擋的關(guān)系可知，影長越長，樓房越容易被遮擋。因此，當正午太陽高度角H≤60°時，南樓就會遮擋北樓。該城市的緯度為30°N，所以春秋分的正午太陽高度H=90°-|30°-0°|=60°。根據(jù)正午太陽高度的季節(jié)變化規(guī)律可知，該城市的正午太陽高度角夏半年大于60°，冬半年小于60°。因此，該房子一年中正午太陽光線被南樓擋住的時間大約是6個月，C選項正確。

(三)樓房遮擋與對策

【例4】閱讀材料，完成下列各題。

材料一下圖為南京市(約32°N)某兩棟居民樓示意圖。

材料二據(jù)報道：南京高樓“紫峰大廈”建成后，居住在北樓南側(cè)的陳先生發(fā)現(xiàn)居室日照時間變短，不足1小時。依據(jù)我國相關(guān)法規(guī)的規(guī)定，一年中，住宅建筑白晝最短日的日照時間應(yīng)滿足大于或等于1小時的標準。

為使已建北樓住宅的日照達到法規(guī)要求，假設(shè)在北樓南方重新規(guī)劃建設(shè)紫峰大廈，請你簡單說出兩種合理的設(shè)計方案。

【解析】該題以南京高樓“紫峰大廈”的建設(shè)為背景，考查樓房遮擋與對策等知識。根據(jù)樓房遮擋與影長的關(guān)系可知，當影長小于樓間距時，則樓房不會被遮擋，而影長又和正午太陽高度角、南樓(紫峰大廈)的高度有關(guān)系。因此，可以從南北樓的間距、南樓的高度等方面提出合理的設(shè)計方案。

【答案】保持紫峰大廈的高度，加大兩樓的間距以達到要求；保持兩樓間距，降低紫峰大廈的設(shè)計高度以達到要求。

四、教學(xué)啟示

結(jié)合對課程標準、內(nèi)容、試題等的分析，提出“高層住宅采光”的考向，并從中得到以下教學(xué)啟示。

(一)在復(fù)習(xí)舊知中構(gòu)建知識體系

在解答“高層住宅采光”相關(guān)試題時，需要學(xué)生在復(fù)習(xí)舊知識中構(gòu)建知識體系，特別是要牢牢掌握正午太陽高度的計算、太陽直射點的回歸運動、正午太陽高度的變化、正切函數(shù)的概念及性質(zhì)等知識。比如，例1需要利用正切函數(shù)的概念、正午太陽高度的計算等知識；例2需要利用太陽直射點的回歸運動、正午太陽高度變化等知識。

(二)在理清關(guān)系中明確分析思路

“高層住宅采光”相關(guān)試題中的地理要素比較復(fù)雜，因此，在解答“高層住宅采光”相關(guān)試題時，需要學(xué)生理清各種關(guān)系。比如例1需要學(xué)生理清影長與樓高的關(guān)系；例2需要學(xué)生理清太陽直射點移動與影長的變化關(guān)系、影長與樓房遮擋的關(guān)系、光照方向與物影方向的關(guān)系。

(三)在梳理方法中突破學(xué)習(xí)難點

“高層住宅采光”對數(shù)學(xué)計算方法的要求較高。比如正午太陽高度角的計算中隱含了絕對值函數(shù)的思想；樓高與樓間距的比值蘊含了正切函數(shù)的概念及其性質(zhì)。因此，在解答相關(guān)試題時，需要學(xué)生梳理相應(yīng)的計算方法。比如例1和例3需要學(xué)生梳理正午太陽高度的計算公式；例1需要學(xué)生梳理正切函數(shù)的概念；例3需要學(xué)生梳理正切函數(shù)的性質(zhì)。

(四)在關(guān)注生活中提升應(yīng)用能力