微专题3 太阳高度与方位
考试内容 考试要求
节次
考试内容
加试要求
地球的运动
(1)地球公转的方向、速度、周期
(2)地球公转的轨道、黄赤交角及图示
(3)正午太阳高度的时空分布规律
分析地球公转的地理意义
1．正午太阳高度的分布规律
(1)纬度变化规律
正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。
①夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减，如图中c折线所示。
②冬至日：正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减，如图中a折线所示。
③春秋分日：正午太阳高度由赤道向南北两侧递减，如图中b折线所示。
④同线相等规律：同一纬线上正午太阳高度相等。
⑤对称规律：以直射点所在纬线为对称轴南北对称的两条纬线，正午太阳高度相等。
(2)季节变化规律
①北半球夏至日
②北半球冬至日
③春、秋分日：赤道上达一年中最大值，其他地区介于最大值与最小值之间。
(3)正午太阳高度的变化幅度及分布特点
①南北回归线之间：纬度越高，正午太阳高度变化幅度越大(由23.5°增大到47°)，赤道上为23.5°，回归线上为47°。
②回归线至极圈之间：各纬度正午太阳高度变化幅度相同(均为47°)。
③极圈以内地区：纬度越高，正午太阳高度变化幅度越小(由47°减小到23.5°)，极圈上为47°，极点上为23.5°。
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2．正午太阳高度的计算
公式：H＝90°－|α±β|
观测点和太阳直射点同在北(南)半球，取减号；分属于南北不同半球，取加号。
例：当太阳直射B点(10°N)时，C点(23.5°S)正午太阳高度是
HC＝90°－＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°
当太阳直射B点(10°N时)，A点(40°N)正午太阳高度是
HA＝90°－＝90°－(40°－10°)＝60°
3．正午太阳高度的应用
(1)确定地方时
当某地太阳高度达一天中的最大值时，此时日影最短，当地的地方时是12时。
(2)确定房屋的朝向
为了获得更充足的太阳光照，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。
(3)判断日影长短及方向
①日影长短：太阳直射点上，物体的影子缩短为0；正午太阳高度越大，日影越短；反之，日影越长。正午是一天中日影最短的时刻。
②日影方向：日影永远朝向背离太阳的方向；北回归线以北的地区，正午的日影全年朝向正北(北极点除外)，冬至日日影最长，夏至日最短。
南回归线以南的地区，正午的日影全年朝向正南(南极点除外)，夏至日日影最长，冬至日最短。
南北回归线之间的地区，正午日影夏至日朝向正南，冬至日朝向正北；直射时日影最短(等于0)。
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(4)确定当地的地理纬度
同一半球，纬度差多少度，正午太阳高度就差多少度。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。
(5)确定楼距、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＝h·cotH。
(6)计算太阳能热水器的安装角度
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之间的倾角，使太阳光与集热板成直角。
集热板与地面之间的夹角(α)和当天的正午太阳高度(H)互余，即α＋H＝90°时效果最佳。如下图：
(7)判断山地自然带在南坡和北坡的分布高度
一般情况下，由于阳坡正午太阳高度大，得到的光热多，阴坡得到的太阳光热少；因此在相同高度，阳坡温度较高，阴坡温度较低，从而影响到自然带在阳坡和阴坡的分布高度。
4．太阳周日视运动与日出日落
地点
图示
总结
赤道及热带
①在二分日时，太阳直射赤道，全球各地太阳正东升，正西落(极点除外)；
②太阳直射点位于北半球，全球各地太阳东北升，西北落，而且纬度越高，太阳升落的方位越偏北(极点和出现极昼极夜的地方除外)；
③
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太阳直射南半球时，全球各地太阳东南升，西南落，纬度越高，太阳升落的方位越偏南(极点和出现极昼极夜的地方除外)；
④就某一地点而言，在太阳直射点向北运动期间，太阳升落的方位将日渐偏北；反之则日渐偏南；
⑤南北极点上，太阳高度在一天中不变即太阳周日视运动轨迹总是与极点的地平圈平行
北(南)温带
北(南)极圈内
北(南)极点
5.等太阳高度线图的判读
等太阳高度线图可以看作是以太阳直射点为中心的俯视图，判读的基本内容有：太阳直射点的地理坐标；太阳高度的分布规律、正午太阳高度的分布规律；地方时、北京时间的计算；正午太阳高度大小的计算；昼夜长短的变化；推断与图示时间相关的日期(节气)、季节及地理现象等。
掌握以下方法，有助于正确解答问题
(1)图的中心＝太阳直射点＝12点＝90度
(2)在太阳直射的经线上，太阳高度差等于纬度差
(3)最外的大圆圈＝0°等太阳高度线＝晨昏线＝左晨右昏(有北极的情况)
(4)太阳直射北半球可见北极点，直射南半球可见南极点
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例题 (2017·4月浙江选考)阅读材料，完成下题。
材料一 图1为赤峰市及附近区域略图。
材料二 某地理兴趣小组在图1中某地进行天文观测。图2为地轴与北极星关系示意图。图3为该地测得的北极星高度。在北京时间12时16分测得当地正午太阳高度。
据图用实线绘出观测春分日的正午太阳高度，说出观测地相对于赤峰市的方位。
答案 如下图。 西北。
解析 首先，根据图2“地轴与北极星关系示意图”，推导出北极星的仰角就是当地纬度数值，计算出当地的纬度值是北纬45°。然后根据“北京时间12时16
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分测得当地正午太阳高度”，计算出当地的经度值是东经116°，求算出春分日的正午太阳高度是45°。根据求算出的观察地经纬度(45°N,116°E)，判断出当地位于赤峰的西北方向。
1．下图为采用东一区区时的某城市6月22日太阳高度日变化曲线。读图回答下列问题。
(1)该城市当日的正午太阳高度为________度。该城市的经度约为________。
(2)该市当日昼长约________小时。
答案 (1)60 2.5°E (2)16
2．日影末端的方向与太阳光的来向相反，其长短与太阳高度成______(正/反)比。一天中“日影”最短的时刻为地方时________，一年天中正午“日影”长短随________的移动而变化。
答案 反 12：00 太阳直射点
3．如图，北半球某地有一幢楼，冬至日正午影长s与楼房高度h相同，该地冬至日正午太阳高度是________，该地的纬度是______。
答案 45° 21.5°N
4．某学校(110°E)地理兴趣小组在平地上用立竿测影的方法，逐日测算正午太阳高度。如图，垂直竖立一根2 m长的竿OP，正午时测得竿影长OP′，通过tan α＝OP/OP′算出正午太阳高度α。
(1)该小组每天测量影长时，北京时间应为________。
(2)下图是该小组绘制的连续一年多的竿影长度变化图。图中反映3月21日竿影长度的点是__________。
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(3)该学校冬至日的太阳高度约为________，该学校纬度大约为________。
答案 (1)12：40
(2)④
(3)45° 21.5°N
5．图中H为正午太阳高度，应取当地的最________(大/小)值。故一般地北半球取________日的正午太阳高度，南半球取________日的正午太阳高度。
答案 小 12月22 6月22
6．位于北纬36.5°的某疗养院，计划在一幢20米高的楼房北面新建一幢楼房。因为疗养的需要，要求高楼的每一层一年四季都能晒到太阳。回答下列问题。
(1)新楼至少要距原楼多少米？
(2)若黄赤交角变为24.5°，两楼之间的距离将应如何变化，才能保证各楼层均有较好的采光？
答案 (1)34.7 m。
(2)间隔应增大。
7．一般地，太阳高度越大，单位面积太阳光热越________，所以，为了更好地利用太阳能，应不断的调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角，使太阳光线与受热板之间成________角。如图，图中α代表太阳能热水器倾角，H代表______________。α＋H＝________。因为H＝90°－当地与太阳直射点的纬度差，所以α＝________________________。
答案 多 直 正午太阳高度 90° 当地与太阳直射点的纬度差
8．某中学(36°N,113°E)一学生对太阳能热水器进行改造如图所示，将热水器装在一个大玻璃箱中，并将支架改造成活动方式。当南极圈上出现极昼时，这位同学为使热水器有最好的效果，调节活动支架，使热水器吸热面与地面的夹角为________。
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答案 59.5°
9．汕头市太阳高度直射井底时，杭州的昼长达到一年中的________(最大值或最小值)
答案 最大值
10．北半球冬至日，正午太阳高度达一年中最大值的范围是__________________。
答案 23.5°S～90°S
1．我国北京住宅区的楼房间距理论上应该比南方宽，理由是北方正午太阳高度比南方______。
答案 小
2．北京市某学校的操场上有一根旗杆，在一年当中该旗杆正午影子最长的节气是________。
答案 冬至
3．下图示意太阳能热水器的安装倾角，回答下列问题。
(1)苏州(31°N)夏至日太阳能热水器集热板与地面的倾角β是________度。
(2)要保证太阳能热水器在全年都有较好的集热效果，太阳能热水器与地面的倾角β应保持在几度之间？
答案 (1)7.5 (2)7.5°～54.5°。
4．下图中PQ表示晨线，该日P点的正午太阳高度为30°，据此回答下列问题。
(1)这一天北极点的太阳高度为________。
(2)这一天北极附近的极昼范围可能扩大，也可能________，但赤道地区昼夜一定________。
答案 (1)15°
(2)缩小 等长
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5．下图为“北京时间2时的全球太阳高度等值线图”，图中15°N纬线与经线圈BAC垂直相交于A点。读图回答下列问题。
(1)在图中用实心点标出北极点所在的大致位置。
(2)B地的地理坐标是________，________。
该日B地昼长为________小时。
(3)从图中可以看出此刻太阳高度分布规律是__________________。
(4)此时北半球昼夜长短状况是__________。
(5)A、E、C三点影子由长到短顺序为____________。
答案 (1)略(在AB线上，距B点15°)。
(2)75°N 90°W 24
(3)从A点向四周递减
(4)昼长夜短
(5)C、E、A
6．读“我国某地二分二至日太阳视运动曲线图”，回答有关问题。
(1)图中太阳东升西落实质上是________运动的体现。
(2)据图该地的地理纬度是________，判断依据是____________________________。
(3)①②③三条表示太阳视运动的曲线中，表示冬至日的是________，这一天该地正午太阳高度是________。
(4)当该地太阳视运动曲线如图中③所示时，该地昼长约________小时。
(5)当该地太阳视运动曲线如图②所示时，哈尔滨的昼夜长短状况是________，原因是______________________________________。
答案 (1)地球自转
(2)40°N 北极星与该地地平面交角为40°
(3)③ 26.5°
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(4)9
(5)昼夜等长 此时为春分日或秋分日，全球各地昼夜平分
7．下图甲为某国轮廓图。读图回答下列问题。
(1)当图甲中A旗杆正午的影子如图乙所示时，且影子处于一年中最短，图甲中①②③④四地的旗杆无影子的是__________
(2)若此时A旗杆的正午影子处于一年中最长，那么该国是________(季节)。
答案 (1)② (2)冬季
解析 (1)A旗杆正午日影朝南且处于一年中最短时，太阳直射南回归线，且直射点与A点在同一经线上，为②。(2)太阳直射北回归线时，A旗杆正午影子达一年中最长，该国为冬季。
8．图甲为“6月22日四地日出时刻与正午太阳高度示意图”。读图回答下列问题。
(1)据图甲判断，四地中昼夜长短变化幅度最大的是________。
(2)图乙为某地二至日影子的日变化示意图，最有可能对应图甲中的点是( )
A．① B．② C．③ D．④
答案 (1)③ (2)B
解析 (1)6月22日，①位于北回归线，②位于赤道，③位于北极圈，④位于赤道到南极圈之间。(2)图乙中，二至日时正午影子方向相反，且对称，故为赤道。
9．下图是赤道及其以北地区三地夏半年某日的太阳高度日变化过程(h是已知数)。读图回答以下问题。
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(1)A地的地理纬度是________。
(2)这一天B地的正午太阳高度H为________。
(3)C地昼夜长短年变化情况是________。
(4)这一天地球上出现极昼现象的地区是______________________。
(5)A地的正午太阳高度h的取值范围是___________。
答案 (1)90°N
(2)2h
(3)全年昼夜平分
(4)北纬(90－h)°及其以北的区域
(5)0°～23.5°
10．你观察过太阳的运动吗？注意到一年中太阳的轨迹变化了吗？在太阳轨迹图中可以直观地感受到正午太阳高度、昼长的相关信息。读“我国某地二至日太阳视运动轨迹示意图”，其中O点为观测者位置，平面ABCD为地平面，回答下列问题。
(1)地平面上，ABCD四个方位中，代表南方的是___________________________________，
该地夏至日日出方向为________，O点的纬度是________，F时刻的太阳高度为________。
(2)若位于O点的观察者在某日测得正午太阳高度为66.5°，日出时手表显示为6：20，据此推算观察者所在的经度为________，当地日落的北京时间为__________，该日全球正午太阳高度的分布规律是_____________________________________。
(3)在图中画出二分日的太阳轨迹，并用箭头标出15：00时O点观测者影子的大致朝向。
答案 (1)A 东北 23.5°N 43°
(2)115°E 18：20 从赤道向南北两侧递减
(3)画图略。(注意日出日落方位为正东正西，正午位于EF中间；日影位于∠BOC的平分线上。)
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解析 第(1)题，图示为我国某地，则观测者所在位置O点在北半球，且二至日太阳视运动轨迹中北半球夏至日正午太阳高度大于冬至日，故E点所在太阳视运动轨迹为北半球夏至日，反之F点所在运动轨迹为冬至日的轨迹，夏至日时日出东北，日落西北，冬至日时日出东南，日落西南，故可推断观测者所在地平面四个基本方位C为正北，A为正南。第(2)题，已知O点纬度为23.5°N，测得O点的正午太阳高度为66.5°N，可知此时太阳直射点位于赤道为二分日，全球昼夜等长。我国各地方时6时日出，O点处日出时间为北京时间6：20，所以O点位于北京西边，根据经度差1°，时间差4分知O点经度为115°E，当地日落时间为北京时间18：20，该日全球正午太阳高度由赤道向南北两侧递减。第(3)题，冬至日下午15：00时，太阳位于观测者的西南方位，影子应朝向东北方向，O点观察者的影子大致向东北延伸，也就是B、C间的方向。
11．(2016·9月学军中学月考)分析下列材料，回答问题。
材料一 设北半球一点P在北纬φ度(66.5°≤φ≤90°)，太阳直射点在北纬δ度(0°≤δ≤23.5°)，此时P点出现极昼现象。
材料二 图解法求午夜太阳高度角示意图(见下图)。
(备注：在上图中太阳光线是平行照射地球的，MR为P点的地平圈，PK为P点所在纬线的延长线，MO为赤道的延长线，N、S为两极点，H0为P点0(或24)时太阳高度，即∠LPR。)
材料三 极昼地区某地正午太阳高度与午夜太阳高度示意图(见下图)。
(1)根据材料一和材料二，推导出P点午夜太阳高度计算公式为____________________。
(2)根据材料三判断，图中的某地在________半球。该日某地的太阳升落方位可以表述为：南升________落。
(3)如果H0＝5°，H＝35°，则该地的纬度位置是__________，这一天，太阳直射点的纬度位置是________。
答案 (1)H0＝δ＋φ－90°或H0＝∠LPR＝δ－(90°－φ)
(2)南 南
(3)75°S 20°S
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解析 第(1)题，根据材料二午夜太阳高度示意图可以推导出P点午夜太阳高度计算公式。第(2)题，根据材料三太阳视运动轨迹在南方的天空，判断图中的某地在南半球，该日某地的太阳升落方位可以表述为南升南落。第(3)题，利用第(1)题的公式，即可计算出该地的纬度位置是75°S，这一天，太阳直射点的纬度位置是20°S。
12．(2016·4月浙江选考)图1为美国西部略图，图2为85号州际公路在洛杉矶市(34°N,118°W)的一块标志碑(南北朝向)。6月22日，某观测者测得图2中标志碑影子的最小面积是0.3平方米；另于该日某时(北京时间10：30)观测到该碑影子朝向东南。判断上述两种观测结果是否正确，并分别说明理由。
答案 面积错误。6月22日，洛杉矶正午太阳高度为79.5°(大于45°)，影子长度小于0.5米，面积小于0.3平方米。朝向正确。6月22日北京时间10：30时，当地地方时为18：38，接近日落，太阳位于西北方，影子朝向东南。
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