第五讲 地球的运动公转一 黄赤交角及正午太阳高度的变化.docx

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第五讲地球的运动公转一黄赤交角及正午太阳高度的变化

第五讲

地球的运动——公转

（一）　黄赤交角及正午太阳高度的变化

一、公转特征

1．方向：

自西向东。

2．周期：

一恒星年：

365日6时9分10秒

3．速度

公转位置

时间

公转速度

A点

近日点

1月初

最快

B点

远日点

7月初

最慢

二、黄赤交角及其影响

1．含义

地球公转轨道平面（即黄道平面）同赤道平面的交角。

目前，其大小是23°26′。

2．影响

太阳直射点在南、北回归线之间往返移动，形成四季和五带。

三、正午太阳高度的变化

1．正午太阳高度的纬度变化规律

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

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

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

折线所示。

2．正午太阳高度的季节变化规律

北半球节气

达最大值的地区

达最小值的地区

夏至

北回归线及其以北各纬度

南半球各纬度

冬至

南回归线及其以南各纬度

北半球各纬度

春、秋分

赤道

南北两极点

[温馨提示]

同一纬线上正午太阳高度相等；同一日期，距直射点所在纬线纬度差相等的两条纬线上正午太阳高度相等；距离太阳直射点所在纬线越近的地点，正午太阳高度越大。

一、知识联系串一串

二、核心问题想一想

1．黄赤交角的存在对地理事象有什么影响？

2．正午太阳高度的纬度分布和季节变化呈现怎样的规律？

3．正午太阳高度变化规律在生产、生活中有怎样的应用？

以考纲为纲

地球运动的地理意义。

以真题为范

[考题精妙]

[典例]　（2014·全国卷Ⅰ·节选）太阳能光热电站（如图）通过数以十万计的反光板聚焦太阳能，给高塔顶端的锅炉加热，产生蒸汽，驱动发电机发电。

若在北回归线上建一太阳能光热电站，其高塔正午影长与塔高的比值为P，则（　　）

A.春、秋分日P＝0B．夏至日P＝1

C.全年P<1D．冬至日P>1

[解析]　由题干可知，塔身正午影长与塔高的比值为P，北回归线夏至日的正午太阳高度为90°，塔身影长为0，所以P＝0，而春、秋分日P值不可能为0；冬至日北回归线的正午太阳高度达一年中最小值，为43°08′，所以P大于1；当正午太阳高度大于45°时，P小于1。

[答案]　D

[命题出发点]　太阳能光热电站高塔正午影长与塔高比值的季节变化。

[命题落脚点]　考查正午太阳高度的计算。

[试题评价]

（1）突出理性思维：

本题考查正午太阳高度的计算，而且最简易的解法是借助图示来比较，是理性思维比较强的一道题目。

同时，也是“无图考图”，将正午太阳高度的纬度分布规律和季节变化规律高度浓缩和转化在一道题目中，对学生的抽象思维要求较高。

（2）关注学科素养：

地理学科的突出特点是“对生活有用的地理”学以致用，用所学的地理知识来分析和解释生活现象，服务于生产和生活，这是地理学科素养之一。

本题较好地把太阳能光热电站建设与正午太阳高度规律运用结合起来，引导学生关注地理、关注生活。

　　　　　考点

（一）　黄赤交角及其影响[学法：

练全悟透·快速通关]

1.（2014·江苏高考）在地球公转过程中，若以地球为参照系，可看到太阳在黄道上运行。

图1是天赤道与黄道的示意图，图2是太阳在黄道上的视运行轨迹图。

读图回答

（1）～

（2）题。

（1）6月初，太阳在黄道上的位置是（　　）

A．甲　　　　　　　　B．乙

C．丙D．丁

（2）太阳处于甲、乙位置时（　　）

A．地球公转速度相同

B．同一地点昼长变化趋势相同

C．日地距离相同

D．同一地点日出方位相同

解析：

（1）D　

（2）D　第

（1）题，6月初太阳位于春分日与夏至日之间，且接近夏至日，即图2中春分点与夏至点之间的丁位置，故选D项。

第

（2）题，由图2可知，太阳所处的甲、乙两位置关于冬至点对称。

乙位置的日期在冬至日之前，甲位置的日期在冬至日之后。

甲位置日期的地球公转速度较乙快，排除A项；乙位置日期之后昼长先变短后变长，甲位置日期之后昼长变长，排除B项；甲位置日期时的日地距离较乙位置日期短，排除C项；太阳处于甲、乙位置时，地球上同一地点日出方位相同，D项正确。

2．登封观星台位于河南省登封市（约34°N,113°E），是中国现存最早的古天文台建筑。

观星台上有两间小屋，小屋之间有一横梁，台下正北方有一“长堤”（见图1），每天正午，横梁的影子会投在“长堤”上，利用它可以了解四季变化。

据此完成

（1）～

（2）题。

（1）当地球由丙处向乙处运动期间，正午时横梁在“长堤”上的投影逐日移动方向为（　　）

A．东B．西

C．南D．北

（2）若黄赤交角变小，则夏至日该地正午时横梁在“长堤”上投影的位置有何变化（　　）

A．变远B．变近

C．向东北移动D．向西北移动

解析：

（1）D　

（2）A　第

（1）题，正午太阳高度角越大，投影越短，投影距离南方近。

当地球由丙处向乙处运动期间，太阳直射点由赤道向南回归线移动，北半球正午太阳高度角变小，投影往北移动。

第

（2）题，若黄赤交角变小，北回归线的纬度变低，该地最大的正午太阳高度变小，投影变长，所以向北变长。

1．黄赤交角的形成及其影响

黄赤交角是指黄道平面（地球公转轨道平面）与赤道平面的夹角。

其主要影响是黄赤交角→太阳直射点移动→昼夜长短、正午太阳高度的变化→季节变化和五带分布。

2．黄赤交角及其变化带来的影响

黄赤交角的存在是导致地球运动产生地理意义的关键要素之一，对其理解应重点关注以下内容：

（1）与黄赤交角相关的角度及其关系：

黄赤交角＝回归线的度数；黄赤交角与极圈度数互余；黄赤交角＝晨昏线与地轴的最大夹角。

（2）黄赤交角变化带来的影响：

黄赤交角

回归线

极圈

直射点

热量带

变大

度数变大，

向两极移动

度数变小，向赤道移动

南北移动的范围增大　

热带、寒带范围变大，温带范围变小

变小

度数变小，向赤道移动

度数变大，向两极移动

南北移动的范围减小

热带、寒带范围变小，温带范围变大

为零

黄道面与赤道面重合，太阳终年直射赤道，地球上无季节变化和昼夜长短变化，以及正午太阳高度的年变化

考点

（二）　正午太阳高度的变化规律[学法：

练全悟透·快速通关]

题点1　正午太阳高度的变化规律

1．（2016·上海高考·节选）北京（40°N）某中学高中生开展地理课外活动，在连续三个月内三次测量正午太阳高度角，获得测量的数据（见下表）。

三次测量中，其中一次测量的当天，正值（　　）

第一次

第二次

第三次

60°

50°

40°

A．春分日　　　　　　　B．夏至日

C．秋分日D．冬至日

解析：

选C　由北京所在纬度和三次测量的正午太阳高度角可知，第一次测量时，太阳直射北半球，第二次测量时太阳直射赤道，第三次测量时太阳直射点在南半球，说明第二次测量时正值秋分日。

2．（2018·大连联考）如图为6月22日与12月22日地球表面四地正午太阳高度。

四地自北向南排列，依次是（　　）

A．甲、乙、丙、丁B．甲、丙、丁、乙

C．丁、乙、丙、甲D．甲、丙、乙、丁

解析：

选D　图中丙地夏至日的正午太阳高度为90°，说明丙地在23°26′N上；乙地冬至日正午太阳高度大于夏至日，且冬至日正午太阳高度接近90°，推断出乙地在0°～23°26′S之间且接近23°26′S；甲地夏至日正午太阳高度大于冬至日，且冬至日正午太阳高度很小（低于10°），得出甲地在23°26′N～66°34′N之间；同理推出丁地在23°26′S～66°34′S之间。

所以四地自北向南依次为：

甲、丙、乙、丁。

题点2　正午太阳高度的年变化幅度

3.读正午太阳高度年变化幅度图（极夜期不考虑负值），回答

（1）～

（2）题。

（1）满足①至②区间变化幅度的最大纬度范围为（　　）

A．23°26′～66°34′

B．0°～23°26′

C．66°34′～90°

D．0°～90°

（2）①处不可能（　　）

A．四季分明B．二至日正午太阳高度相同

C．半年极昼，半年极夜D．全年昼夜平分

解析：

（1）D　

（2）A　第

（1）题，若极夜期不考虑负值，赤道上与极点上的正午太阳高度年变化幅度均为23°26′，回归线至极圈变化幅度为46°52′，其他纬度均为23°26′至46°52′。

所以，满足①至②区间变化幅度的最大纬度范围为0°～90°。

第

（2）题，根据正午太阳高度年变化幅度值可知，①处可能为赤道或者极点。

如果是赤道，则会昼夜平分，二至日正午太阳高度相同；若为极点，则会半年极昼、半年极夜。

但都不可能四季分明。

1．正午太阳高度的空间变化规律

从太阳直射点所在纬线分别向南、北两侧递减；离直射点距离越近（纬度差越小），正午太阳高度越大。

2．正午太阳高度的时间变化规律

（1）太阳高度日变化

极点上

在极昼期间，极点上见到的太阳高度在一天之内是没有变化的，其太阳高度始终等于太阳直射点的纬度

非极点地区

太阳高度在一日之内是有变化的，一天之内有一个最大值（地方时12点时），即当地的正午太阳高度

（2）正午太阳高度年变化规律

回归线之间

正午太阳高度最大值为90°，每年有两次太阳直射现象，即一年中有两个正午太阳高度最大值，一次最小值（南半球出现在6月22日前后，北半球出现在12月22日前后）

回归线上

正午太阳高度最大值为90°，一年中只有一次太阳直射现象，即一年中只有一个正午太阳高度最大值

回归线至极点之间

正午太阳高度最大值小于90°，一年中只有一个正午太阳高度最大值

3.正午太阳高度的年变化幅度

（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°26′增大至46°52′），赤道上为23°26′，回归线上为46°52′。

（2）南回归线至南极圈之间和北回归线至北极圈之间：

各纬度正午太阳高度变化幅度相同（均为46°52′）。

（3）南极圈以南和北极圈以北：

纬度越高，正午太阳高度变化幅度越小（由46°52′减小至23°26′），极圈上为46°52′，极点上为23°26′。

考点（三）　正午太阳高度的计算与应用[学法：

通知识·提能力·融会贯通]

1．正午太阳高度的计算

公式：

H＝90°－两点纬度差

说明：

“两点”是指所求地点与太阳直射点。

两点纬度差的计算遵循“同减异加”原则，即两点同在北（南）半球，则两点纬度“大数减小数”；两点分属南北不同半球，则两点纬度相加。

如图所示：

当太阳直射B点（10°N）时：

A点（40°N）正午太阳高度：

H＝90°－AB纬度差＝90°－（40°－10°）＝60°。

C点（23°26′S）正午太阳高度：

H＝90°－BC纬度差＝90°－（10°＋23°26′）＝56°34′。

2．正午太阳高度规律在生产、生活中的应用

（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

确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。

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，因此房屋坐北朝南；在南回归线以南地区正午太阳位于北方，因此房屋坐南朝北。

（3）确定当地的地理纬度

当太阳直射点位置一定时，可根据两地纬度差多少度，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。

（4）判断日影长短及方向

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。

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）。

（5）确定楼间距、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，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＝hcotH。

如下图：

（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角（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。

（2015·重庆高考·节选）马尔代夫是以旅游业为支柱产业的著名岛国。

2014年12月4日，马累海水淡化厂设备损毁导致该岛淡水供应中断。

应马尔代夫政府请求，中国政府及时向其提供了饮用水等物资和资金援助。

如图是马尔代夫部分区域示意图。

读图，回答下题。

中国一架满载饮用水的飞机紧急从广州飞往马累，若北京时间12：

00出发，经4小时到达马累。

机长身高为1.8m，到达时其在机场地面的身高影长接近于（tan55°≈1.43；tan65°≈2.14）（　　）

A．0.6m　　　　　　　B．1.2m

C．1.8mD．2.4m

[学审题析题]　（在“____”上填关键点）

题干解读

限定词是“到达时”，关键词是“身高影长”

知识迁移

1.区时的计算。

2.正午太阳高度的计算

信息获取

文字信息

信息1：

“12月4日”→太阳直射点在赤道和南回归线之间，且靠近南回归线，大致为20°S。

信息2：

北京时间12：

00飞机出发→4小时后北京时间为16时

图中信息

信息1：

马累所在经度靠近74°E→应属于东

区→北京时间16时时，马累当地为

时。

信息2：

马累所在纬度靠近5°N→该日正午太阳高度为

。

纬度低，昼长为12小时

综合分析

从正午太阳高度最大值→日落时最小值（0°），经历约6小时，每小时太阳高度约降低10°，13时太阳高度约为

→此时其身高影长为

m

[答案]　B

题点1　正午太阳高度的计算

1.如图所示的是北半球的一段纬线，M、N分别是X日的晨线、昏线与该纬线的交点。

X日M、N两点的经度差为90°，一年中M、N两点有重合于O点的现象。

读图，回答

（1）～

（2）题。

（1）一年中，O点的太阳高度最大值约为（　　）

A．23°B．43°

C．47°D．57°

（2）X日M地的当地日出时间为（　　）

A．3时B．6时

C．9时D．11时

解析：

（1）C　

（2）C　第

（1）题，M、N分别是X日的晨线、昏线与该纬线的交点，且一年中M、N两点有重合于O点的现象，两点重合时该纬线与晨昏线相切。

所以O点的纬度最低为66°34′N，该地太阳高度的最大值为46°52′。

第

（2）题，M、N分别是X日的晨线、昏线与该纬线的交点，可知M点日出、N点日落。

根据M、N两点的经度差为90°，即昼弧的弧度为90°，可知该日白昼时间为6小时，日出为9：

00。

所以选择C。

2.如图为某日地球光照图，读图回答

（1）～

（2）题。

（1）该图太阳直射点的地理坐标为（　　）

A．（23°26′S,90°E）

B．（23°26′N,90°E）

C．（23°26′S,90°W）

D．（23°26′N,90°W）

（2）该日，重庆（29°30′N,106°30′E）的正午太阳高度约为（　　）

A．84°B．37°

C．47°D．53°

解析：

（1）A　

（2）B　第

（1）题，读图，根据自转方向是逆时针方向，则该地为北极俯视图。

北极圈有极夜现象，应是冬至日，该图太阳直射点位于南回归线。

图中90°E经线位于昼半球的中间，时刻是正午12点，即是直射经线。

该图太阳直射点的地理坐标为（23°26′S,90°E），A对。

第

（2）题，该日，太阳直射23°26′S，根据正午太阳高度公式，H＝90°－|所求地点纬度±直射点纬度|，结合重庆坐标（29°30′N,106°30′E），计算出重庆的正午太阳高度约为37°，B对。

题点2　正午太阳高度的应用

3．如图为某小区甲、乙两楼的位置示意图，读图回答

（1）～

（2）题。

（1）若该图为南京某小区的楼房分布，为了使住宅楼一楼正午也始终有阳光照射，最好的观察日期是（　　）

A．春分日B．夏至日

C．秋分日D．冬至日

（2）甲楼房位于北纬21°34′，欲在乙处建一新楼，如保证乙楼房全年采光充分，甲、乙楼距X最少应是（　　）

A．10mB．15m

C．20mD．25m

解析：

（1）D　

（2）C　第

（1）题，一年中正午都有太阳光照射，只需保证正午太阳高度最小时有太阳照射就好，南京位于北半球，冬至日正午太阳高度最小。

第

（2）题，保证乙楼全年采光充分即正午太阳高度最小时（冬至日）可以采光，冬至日当地正午太阳高度＝90°－|21°34′＋23°26′|＝45°，由图可知甲楼高20m，故甲、乙楼距X最少应是20m。

太阳能与建筑一体化是未来太阳能利用的方向之一。

如图是太阳能集热器装置结构示意图。

读图回答下题。

4．关于使用壁挂太阳能集热器的叙述，可信的是（　　）

①该装置的“可调节型支架”的长度随楼层不同不发生变化

②所安装的墙壁朝向南、北半球相同

③将该装置从天津移至上海地区使用，集热器冬季集热时间会缩短

④将该装置从天津移至上海地区使用，“可调节型支架”的长度应该拉长

A．①③B．①④

C．③④D．②③

解析：

选B　可调节型支架长短主要是为了调节集热器与地面的夹角，该夹角与正午太阳高度互余，而一个地区的正午太阳高度与楼层无关，故①正确；集热器应朝向正午时太阳照射的方位，故南、北半球朝向不同，则②错误；冬季上海昼长大于天津，则上海集热时间长于天津，则③错误；上海的正午太阳高度大于天津，则在上海使用时集热器与地面夹角要小于天津，可调节型支架长度应拉长，故④正确。

[锁定命题热点——备考超人一步]

[热点关注]

1．以我国古代天文成就资料为背景，如二十四节气、日圭等。

从地球公转规律入手，考查地球运动的意义，同时也是弘扬中华优秀传统文化的良好切入口。

2．以太阳光热能的合理开发和有效利用为目的，借助住宅设计、太阳能安装等现实生活中的真实素材，创设新颖的命题背景，考查正午太阳高度的变化规律及在生活实际中的应用。

[热点押题]

1．周朝时期周公曾在河南登封“垒土为圭，立木为表，测日影，定四时”，可通过观测一年中每天正午投在地上的影子长度变化来测量二十四节气，其观测结果正确的是（　　）

A．一年中冬至日杆影最短

B．春分日杆影与杆高相等

C．每个节气影长跨度相等

D．杆影最长期间当地昼最短

解析：

选D　由图可知，正午太阳高度角越小杆影越长，则杆影最长是在冬至日，此日该地昼最短，据此可判断A错误、D正确。

春分日太阳直射赤道，此日位于南北纬45°的地区，正午太阳高度为45°，当日杆影与杆高相等，而河南登封纬度位置小于40°，则B错误。

一年约为365天，共有24个节气，并不是每个节气长度都一样、影长跨度都一样，故C错误。

2．（2016·江苏高考）住宅的环境设计特别关注树种的选择与布局，不同树种对光照与风有不同影响。

如图为华北某低碳社区（40°N）住宅景观设计示意图。

读图，回答

（1）～

（2）题。

（1）仅考虑阳光与风两种因素，树种与房屋组合最好的设计是（　　）

A．①　　　　　　　　　B．②

C．③D．④

（2）为保证冬季太阳能最佳利用效果，图中热水器安装角度合理的是（　　）

A．①B．②

C．③D．④

解析：

（1）C　

（2）D　第

（1）题，读图可知，太阳能热水器朝向的一侧，应为向阳的一侧，即南面。

我国华北地区，冬季气候寒冷，盛行偏北风，为更好地采光，其南面应种植落叶阔叶树，为更好地挡风，北面应种植常绿针叶树。

①②④南面均有常绿针叶树，影响采光，排除；③南面种植的是落叶阔叶树，北面种植的是常绿针叶树，符合要求。

故选C项。

第

（2）题，太阳能利用效果最佳时，热水器集热板应与太阳光线垂直。

根据图中太阳能热水器安装的角度判读可知，①③图太阳能热水器使用效果最佳时，太阳直射北半球，为华北地区的夏半年；②图使用效果最佳时，太阳直射赤道，为华北地区的春季或秋季；④图使用效果最佳时，太阳直射南半球，为华北地区的冬季。

故选D项。

[解读热点素材——认知多人一点]

1．日晷

日晷是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，一般由晷针和晷盘组成。

晷针垂直于太阳视运动的轨道平面，上端指向北极星方向。

在晷盘面上刻画出12个大格，每个大格代表两个小时，当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷盘面，以此来显示时刻。

2．低碳社区

（1）从减少碳排放的角度定义，认为低碳社区指在社区内除了将所有活动所产生的碳排放降到最低外，也希望透过生态绿化等措施，达到零碳排放的目标。

（2）从可持续发展的概念出发，从可持续社区和一个地球生活社区模式的倡导下提出低碳社区建设模式，以低碳或可持续的概念来改变民众的行为模式，来降低能源消耗和减少CO2的排放。

低碳城市的建设呼唤低碳社区的出现。

[课时跟踪检测]

一、选择题

（2018·浙江衢州质检）读图，图中A平面为黄道平面，B平面为赤道平面，回答1～2题。

1．当太阳直射点位于图中P点时，北半球的节气应是（　　）

A．春分　　　　　　B．夏至

C．秋分D．冬至

2．若图中②角比现在增大2°，则（　　）

A．黄赤交角变为25°26′

B．回归线的度数将变为24°26′

C．太阳直射的范围将缩小4个纬度

D．地球上出现极昼极夜的范围将扩大2个纬度

解析：

1.B　2.C　第1题，图中①为黄赤交角，则P点位于北回归线。

当太阳直射P点时，北半球的节气应是夏至。

第2题，若图中②角比现在增大2°，即黄赤交角比现在减小2°，变为21°26′，则回归线的度数将变为21°26′，太阳直射的范围缩小4个纬度，地球上出现极昼极夜的范围将缩小4个纬度。

（2018·南昌模拟）如图是位于30°N附近的N城全年中Z值变化曲线图（设昼长X小时，夜长Y小时，X－Y＝Z）。

读图回答3～5题。

3.太阳直射赤道的日期是（　　）

A．①②③　　B．①③⑤

C．②③④　　　D．②④⑤

4．②日期北京（40°N）正午太阳高度为（　　）

A．50°B．26°34′

C．73°26′D．40°

5．②至③期间，南昌昼夜长短情况是（　　）

A．昼长夜短，昼渐短B．昼长夜短，昼渐长

C．昼短夜长，昼渐短D．昼短夜长，昼渐长

解析：

3.B　4.C　5.A　第3题，由材料可知，Z为昼长与夜长之差，太阳直射赤道时，昼夜等长，差值为0，读图可知，①③⑤点上Z值为0，故选B。

第4题，读图可知，②日期该地昼夜长短差值最大，为夏至日，夏至日太阳直射点位于北回归线，根据正午太阳高度计算公式，H＝90°－|φ－δ|。

其中H为正午太阳高度数，φ为当地地理纬度，永远取正值，δ为直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值，计算北京夏至日正午太阳高度为73°26′，故选C。

第5题，②至③期间，太阳直射点自北回归线向南移动，北半球各地昼长夜短，且昼渐短，故选A。

（2018·桂林桂电中学模拟）如图示意某科技工作者记录的某日一直立木杆