高中地理论文：谈“太阳高度的复习” .doc

谈“太阳高度的复习”文章摘要：明确太阳高度及正午太阳高度的概念，理解并能应用不同纬度地区太阳高度的日变化规律和某个时刻太阳高度的全球分布规律知识。理解掌握并熟练应用某天或某时刻正午太阳高度的纬度变化、全球各纬度地区正午太阳高度的年内变化变化规律，注意正午太阳高度的实际应用。关键词：太阳高度角 正午太阳高度角 直射点 晨昏线 地平面 纬度 南北极点高三地理学习、复习中令老师与学生最感烦恼和困难的是地球公转运动的地理意义部分。看似内容很少，可深究下来：内容多而难，与数学知识联系又紧。对文科学生来说确是头疼的。太阳高度问题就是其中之一。太阳高度复习时一定要落实好下面有关知识点。一 理解概念1 、太阳高度（用h表示）是太阳光线对当地地平面的倾角。当某地处于 昼半球 h > 0 夜半球 h < 0 晨昏线上 h = 0某地太阳高度从一个最大值到下一个最大值时间间隔24小时，即太阳高度日变化周期（1太阳日）。一昼夜有无数个太阳高度,0时最小，正午最大，即正午太阳高度。2 、正午太阳高度（用H表示）是某地一天中最大的太阳高度，直射点或直射点所在的纬线上的H最大。而且这一天H由直射点所在的纬线向南北两侧递减。若当地纬度为，直射点纬度为，该地H=90º-|-|，即H=90º-两地间的纬度差（当地与直射点处于同半球：纬度数相减，反之相加。）一地一天只有一个正午太阳高度。二 太阳高度（h）的变化(一)掌握某日各地白昼时的太阳高度变化(日出、日落时：h=0º正午h达最大,即为H)掌握这个知识点的关键是阅图,读懂图. 图1、图2中-线均表示各地白昼时的太阳高度变化曲线。从图中可知：（1）昼长=日落时刻-日出时刻，地昼长16小时，地8小时，地12小时，地均为24小时。（2）各地所在半球：昼长>12小时，该地与直射点位于同一半球；若昼长<12，则与直射点处于不同半球；昼长=12小时，该地位居赤道（除春、秋分日）。上两图中与直射点同半球，地则不同。（3）出现极昼的极点：太阳高度一天不变，（如地），其值为直射点的纬度数。（见图3）：L1为直射光线，L2此刻太阳光线，平面P为北极点N的地平面。点A为直射点，为直射点纬度数，H为北极点上的太阳高度。因北极点上是一点，其地平面方位始终不变，那么H亦始终不变。又因为L1/L2，平面P/平面BC，所以H=。这样，太阳高度的的日变化图中，若有一地的太阳高度整天不变，该地一定是极点，它的太阳高度数就是直射点的纬度数。（4）刚出现极昼的纬线上日出时刻为0时，日落时刻为24时。其纬度数与直射点纬度数互余。其正午太阳高度为直射点纬度数的两倍；同时刚出现极夜现象的纬线的纬度数也与直射点纬度数互余。（见图4）L为直射光线，点A为直射点，为其纬度数，CD为这时的晨昏线，BC为刚出现极昼现象的纬线，其纬度 为，那么太阳直射光线LCD，并过地心O，则+=90º。CON=BON=，BOC=2。平面P为B地此时的地平面，BF为此时B地的入射光线，B地此刻与直射点位于同一条经线上，H为B地的正午太阳高度。太阳光线BF/L，OBF+AOB=180º，又OB平面P，则H+AOB=90º，AOC=90º，H=BOC=2。明确了这两个结论，解很多题就简单多了，例：图5为某地一天中太阳高度的变化图，从图中可知：该地刚出现极昼现象（0时日出，24时日落）该地正午太阳高度为30º，是直射点纬度数的两倍，直射点纬度数为15º，当地纬度数是75º。 （5）在刚出现极昼的纬线与出现极昼的极点间的地区-都出现极昼现象，但各地0时或24时时太阳已在地平线上，但整天太阳也有日变化过程。该地越接近极点，这条变化曲线越平直。其0时即午夜的h=（+）-90º（见图2中的线和图6及以下证明）。点A为直射点，DE为晨昏线，BC也出现极昼，B地此时为0时，平面P为B地的地平面。L1DE，太阳光线L1L2，D地纬度为90º-，OB平面P，（h+90º）+AOB=180º而AOB=90º-BOD，BOD=-（90º-）=（+）-90º。那么：（h+90º）+90º-（90º-）=180ºh=（+）-90º=BOD即：当地纬度与刚出现极昼现象纬线的纬度之差。若B地纬度为80ºN，A地纬度为15ºN，则B地h=(80º+15º)-90º=5º （二）某一时刻太阳高度的全球变化太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬（直射点的纬度）的变化而变化。太阳赤纬以表示，观测地地理纬度用表示，地方时时角（即与正午12时的时差）以t表示，太阳高度角的计算公式：sin hsin sin sin cos cos t【正午时时角为0，以上公式可以简化为：sin Hsin sin cos cos 其中，H表示正午太阳高度角。由两角和与差的三角函数公式，可得sin Hcos()因此，对于北半球而言，H90°()；对于南半球而言，H90°(+)。】这说明太阳高度随纬度和时刻的变化而变化。等太阳高度线是-某一时刻，把地球上太阳高度相同的点的连线，同一条线上太阳高度角相同。等太阳高度线图上判读的基本内容有：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、季节及地理现象等。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，判读时需掌握以下方法： （1）图的中心为太阳直射点，太阳高度以该点为中心向四周逐渐降低；通过该点的经线即太阳直射的经线，地方时是12点，该经线上的太阳高度均为正午太阳高度，分布规律从太阳直射点向南北逐渐递减。通过该点的纬线即为太阳直射的纬线，其正午太阳高度为90º，该纬线上的太阳高度以直射点为中心向东西两侧逐渐递减，与直射点的太阳高度差越大，地方时离正午12时越远。根据太阳直射纬线推断直射点所在的半球及季节，并判断与之相关的地理现象。（2）在太阳直射的经线上，与直射点的太阳高度相差多少度，纬度就相差多少度，据此可计算该经线上某一点的纬度数值；如果太阳直射赤道，则赤道上太阳高度相差多少度，经度就相差多少度；如果太阳直射点不在赤道，则太阳高度相差多少度，经度的差值一定大于太阳高度的差值（非赤道的纬线上太阳直射时，昼长大于12小时，太阳在天空中爬15º所需的时间大于1小时），以此推算该纬线上某一点的经度和地方时。（3）如果图中标注了太阳高度的数值，则视具体数值而判断：、若最外侧的大圆圈为0°等太阳高度线，亦为晨昏线，一般是太阳直射经线以东最大的半圆为昏线，以西最大的半圆为晨线；、图中最大的圆圈不是0°等太阳高度线，那么，就不是晨昏线。如果没有标注太阳高度的数值，视图中等太阳高度线间的等太阳高度距而定。（4）由于太阳直射经线上太阳高度南北跨度为180度，若图完整：当太阳直射赤道时，此经线最北点为北极，最南点为南极；太阳直射北半球时，北极点在最北点以南，最北点为刚出现极昼的纬线与0点钟所在的经线的交点，图上没有南极点；太阳直射南半球时，相反。例：  图7为某时刻太阳高度分布状况。读图回答：1、图中 A点的地理位置是（70E，50S）。2、E点的地理坐标是：（ 110ºW 80ºN ）3、两地经度相同两地的纬度相同，则此刻的太阳高度：（ A ） A > B = C < D =4、E地的昼夜长短情况是：（ D ）A 昼夜平分 B昼夜等长 C 极夜 D 极昼二 正午太阳高度（H）的变化（一）某日或某时刻正午太阳高度的纬度变化 H的变化规律：自直射点向南北两侧逐渐递减。与直射点间的纬度差越大，当地的H就越小。（计算公式见上）关键是某天或某时刻H的纬度变化图的阅读（如图）。读图可知：直射点纬度为aºN，北极点的太阳高度aº，刚出现极昼极夜的纬线纬度分别是（90º- aº）N、（90º- aº）S，赤道上的H=90º- aº。H自aºN向南北两侧递减。 （二）某地或某纬度正午太阳高度（H）的年内变化(1)回归线之间地区，H 的最大值为90º，每年有两次直射现象，即一年中H有两次达最大值。（图9）若当地在南半球，则两个最大值（峰值）出现在北半球冬至前后，当地越接近南回归线，两最值间时间间隔越少；峰值间的谷值为冬至日时的H。（北半球依次类推） 这一地区各地的H年较差在46º52¹23º26¹之间，越接近赤道，H的年较差越小。 （2）回归线上：H最大值为90º，一年中只有一次直射现象，即一年中只有一次最大值，H的年较差为46º52¹。（图10）（3）回归线至极点间的地区：H的最大值小于90º，一年中H只有一个的最大值。而各地的H年较差为均为46º52¹。若当地纬度，Hmin=90º-(+23º26¹),Hmax=90º-(-23º26¹),其差值为：46º52¹（图11）（三） 正午太阳高度（H）的应用（1）太阳能热水器受热板的倾角调整（图12）为了更好利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与楼顶平面间的倾角，让太阳光线与受热板间呈直角。则其倾角（）与正午太阳高度（H）关系：+H=90º（2）楼间距为了更好地保持各层楼都有良好的采光，楼间距应保持适当距离。一般各地以一年中最小正午太阳高度H为标准，若楼高为h，则楼间距L=h·ctgH（图13）（3）室内光照面积大小室内光照面积与正午太阳高度呈负相关，正午太阳高度越大，是室内光照面积越小。（4）正午影子长短、朝向及朝向维持时间计算、一般物体（高为h）影子长短（L）与正午太阳高度H呈负相关，即L=hctgH、不同半球、不同纬度地区的影子朝向有较大的差异： 北（南）极圈北（南）极地区：极夜时各地正午无影子；北极点的日影始终朝南，南极点朝正北；其余各地正午太阳终年在其南（北）方，日影均朝正北（南）。极圈回归线间各地区，正午日影北半球终年朝正北，南半球终年朝正南。回归线赤道间地区，正午日影有时朝正北，有时朝正南。结合直射点移动的回归周期，直射点在地表移动1º纬度，约需花4天时间，可知任何地点的正午日影朝向及持续时间：如20ºN地区的正午日影朝正南的时间约为28天。因为：此地有两次直射现象，又与北回归线差3.5º，即直射点从北回归线移到此纬线须花3.5×4=14天，那么直射点移动到此在6月22日前后14天，也就是6月8日和7月6日。从6月8日到7月6日直射点一直在20ºN纬线以北，正午影子持续朝南，共28天。 若掌握以上一些基本知识，并能熟练应用，这块内容的难题也就能克服了。 参考文献：1、大学教材地球概论 2、中学地理教学参考3、2006高中总复习名师一号