2021学年鲁教版高中地理必修1太阳直射点的回归运动正午太阳高度角的变化学案

第1课时太阳直射点的回归运动

正午太阳高度角的变化

课程标准核心素养目标

结合实例，说明地球运动的地理意义1.通过模拟演示，了解地球公转的特征。(地理实践力)

2．理解黄赤交角和太阳直射点的移动规律。(综合思维)

3．结合“二分二至日太阳照射地球示意图”理解正午太阳高度的空间和时间分布规律。(综合思维)

4．运用地球公转、太阳直射点的移动规律解释生活中的一些现象，提高探索自然奥秘的兴趣，初步树立物质运动的世界观。(人地协调观)

一、地球公转的特征

1．概念：地球在自转的同时，还围绕着太阳自西向东公转，公转的轨道平面叫黄道平面。2．特征

(1)方向：自西向东，箭头表示地球公转方向。

(2)轨道：接近正圆的椭圆，太阳位于其中一个焦点上。

(3)周期：365日6时9分10秒，称为1恒星年。

(4)速度

公转位置时间公转特征

近日点1月初速度较快

远日点7月初速度较慢

1．黄赤交角

(1)概念：黄道平面与赤道平面的夹角。

(2)图示：黄赤交角(如下图)

(3)表现：太阳直射点在南、北回归线之间往返移动。

2．太阳直射点的回归运动

(1)移动轨迹

(2)周期：365日5时48分46秒，叫作1回归年。

[特别提醒](1)黄赤交角度数＝回归线的度数

(2)黄赤交角度数＋极圈度数＝90°

(3)黄赤交角度数＝晨昏线与地轴的最大夹角

1．概念

(1)太阳高度角：太阳光线与地平面之间的夹角。

(2)正午太阳高度：一天中太阳高度的最大值出现在正午。

2．变化原因：黄赤交角的存在、太阳直射点的南北移动。

3．变化规律

(1)纬度分布

同一时刻，各地正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。

春、秋分日由赤道向南北两侧递减

夏至日由北回归线向南北两侧递减

冬至日由南回归线向南北两侧递减

(2)

节气最大值地区最小值地区

夏至日北回归线及其以北地区南半球各纬度地区

冬至日南回归线及其以南地区北半球各纬度地区

二分日赤道极点

(1)地球位于近日点时，北半球是夏季；地球位于远日点时，北半球是冬季。

(2)春分日和秋分日时黄赤交角为0。( )

(3)国庆节之后太阳直射点位于南半球并向南移动。( )

(4)同一日期，地球上正午太阳高度相等的地区都在同一纬线上。( )

(5)夏至日时，北回归线及其以北地区正午太阳高度达到一年中的最大值，达到一年中最小值的纬度范围是( )

A．赤道B．北半球

C．南半球D．南回归线以南

提示：(1)×每年1月初，地球处于近日点附近，为北半球的冬季；7月初，地球处于远日点附近，为北半球的夏季。

(2)×地球公转时，地轴的空间指向保持不变，因此黄赤交角的大小不因季节而变化。

(3)√国庆节位于秋分日和冬至日之间，此时太阳直射点位于南半球并向南移动。

(4)×同一日期，地球上总有两条纬线上的正午太阳高度相等，并以直射纬线呈南北对称分布。

(5)C [夏至日时，正午太阳高度达到一年中最小值的纬度范围是南半球。]

太阳直射点的回归运动英国古文明研究作家葛瑞姆·汉卡克在《上帝的指纹》中写道：“黄赤交角会发生周期的变化，这个周期是41 000年，交角改变在22.1°到24.5°之间，准确性和可预测性不亚于瑞士钟表。”

问题1 (综合思维)为什么会有黄赤交角？

提示：地球在自转的同时也在围绕太阳公转。

问题2 (综合思维)若黄赤交角变为24.5°，太阳直射的范围将会如何变化？

提示：太阳直射点在24.5°N～24.5°S之间移动，太阳直射范围将变大。

问题3 (综合思维)如果地球直立绕日公转，太阳直射点会发生什么变化？

提示：如果地球直立绕日运行，则黄道平面与赤道平面重合，黄赤交角为0°，太阳始终直射赤道，不再南北移动。

[归纳提升]

1．地球公转运动图的判读

由上图可知，地球公转运动图可从以下三个方面进行判读：

(1)公转方向的判断：根据公转与自转的方向一致及从北极俯视呈逆时针方向，从南极俯视呈顺时针方向，可判断地球公转方向。

(2)二至日的判断：根据地轴和太阳的关系可判断，地轴北端倾向太阳(或地轴南端偏离太阳)为夏至日；反之，则为冬至日。

(3)近日点、远日点的判断：根据二至日和地球位于公转轨道近、远日点的时间，可判断夏至日地球位于远日点附近，冬至日地球位于近日点附近。

2．黄赤交角的特点

黄赤交角的特点，可以概括为“一轴、两面、三角度”和“三个基本不变”。其含义如下：

含义

一轴

两面

三角

度

一轴地轴(自转轴，与赤道面垂直)

黄道平面地球公转的轨道平面

赤道平面地球自转的平面，与地轴垂直

黄赤交角

黄道平面与赤道

平面的夹角，为23°26′

地轴与黄道平面夹角与黄赤交角互余，为66°34′

地轴与赤道平面夹角90°

三个

基本

不变

地轴指向

地球在公转过程中，地轴的空间指向基本不变，地轴

始终指向北极星附近

黄赤交角

大小

黄赤交角的大小基本不变，目前保持为23°26′运动方向地球运动的方向不变，总是自西向东引起太阳直射点在南、北回归线之间的周期性往返运动，其运动周期为365日5时48分46秒，叫作1回归年。太阳直射点的位置和季节移动可用以下图表来表示：

位置移动规律

3月21日至6月22日

北半球向北移动

6月22日至9月23日

向南移动

9月23日至12月22日

南半球

12月22日至次年3月21日向北移动

1．下图中，XOY为地轴，MN为赤道，EF、E′F′为回归线，ST、S′T′为极圈。读图，回答(1)～(3)题。

(1)目前黄赤交角在图上是( )

A．∠XOF B．∠TOF

C．∠FON D．∠TON

(2)若黄赤交角增大，图中哪些度数将增大( )

A．∠XON B．EF的纬度

C．ST的纬度D．∠XOF

(3)若此图为北半球夏至日，则太阳光线与图中哪条线平行( )

A．MN B．EF

C．E′F D．ST

(1)C (2)B (3)C [第(1)题，图中MN所在的平面为赤道平面，E′F所在的平面为黄道平面，所以∠MOE′或∠FON应为黄赤交角。第(2)题，若黄赤交角增大，则南、北回归线的度数增大，即图中EF或E′F′的度数将增大。第(3)题，若此图为北半球夏至日，则太阳光线应与ST′(晨昏线)所在平面垂直，太阳直射北回归线，故直射光线还应经过地心，即太阳光线与图中E′F平行。]

正午太阳高度角的变化

家宣传了自己的太阳能热水器设计的是黄金角度，安装后可以大大提高太阳能的利用率。小明的父母听了广告宣传便购买了一台，小明却说，这个太阳能热水器厂家广告有夸大宣传的

嫌疑。

问题 1 (综合思维)小明的说法有道理吗？为保证太阳能的利用率，影响太阳能安装角度的主要因素是什么？

提示：有道理，正午太阳高度是影响太阳能利用的重要因素。正午太阳高度是有纬度和季节变化的，太阳能安装角度主要受季节与纬度等因素的影响。

问题2 (综合思维)你能说出北京正午太阳高度的年变化规律吗？

提示：北京位于北回归线以北，其正午太阳高度夏至日最大，冬至日最小，从夏至日到冬至日递减，从冬至日到夏至日递增。

[归纳提升]

1．太阳高度与正午太阳高度

(1)太阳高度

太阳光线与地面所成的夹角称为太阳高度角，简称太阳高度。在晨昏线上的各地太阳高度为0°，昼半球上的各地太阳高度大于0°，夜半球上的各地太阳高度小于0°。太阳高度最大值为90°。

(2)正午太阳高度：一日内最大的太阳高度就是正午太阳高度，即当地地方时12时的太阳高度。

太阳高度的日变化是由地球自转运动产生的，而正午太阳高度的年变化是由地球公转运动产生的。

2．正午太阳高度的变化

(1)正午太阳高度的纬度变化规律

同一纬度，正午太阳高度相同。同一时刻从太阳直射纬度向南北两侧递减。

(2)正午太阳高度的季节变化

同一地点，正午太阳高度的大小随季节而变化。如下图所示：

(3)正午太阳高度的计算

某地正午太阳高度H的大小，可用下面的公式来计算：H＝90°－|φ±δ|(同半球减，异半球加)。其中φ为当地地理纬度，δ为直射点的纬度。|φ±δ|为某地纬度与直射点纬度的差值。

2．读世界上四地年内正午太阳高度变化及方向简图，回答(1)～(2)题。

(1)在四地楼房建设中，楼间距最小的为( )

A．①B．②

C．③D．④

(2)在②地，为充分利用太阳能，正午太阳高度角最小时太阳能热水器集热板与地面的夹角约为( )

A．23°26′B．66°34′

C．46°52′D．45°

(1)A (2)C [第(1)题，为了充分采光，楼间距的大小与该地一年中的最小正午太阳高度有关，从图中可以判断出四地中①地的最小正午太阳高度最大，④地最小，由此可判断出①地的楼间距最小，④地的楼间距最大。第(2)题，从图中可以看出②地一年内正午太阳高度最小时约为43°08′。根据相关公式，可计算出太阳能热水器集热板与地面的夹角约为46°52′。]

地理实践力——城市规划中的日照问题

随着经济建设的不断深入，我国的城市建设也得到了空前的发展。光照是城市建设在任何时期都必须考虑的一个重要因素。尤其是在城市大型小区的规划方面，建筑的采光更是影响到居民的日常生活。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·cot H。

城市住宅小区规划时，对采光条件有明确的规定。下表反映了我国部分城市住宅地日照间距要求(表中H为住宅楼高度，适用于住宅呈南北朝向的平原地区)。据此回答(1)～(3)题。

城市冬至日正午太阳高度日照间距

甲24°45′ 2.02H

乙40°28′ 1.18H

丙35°21′ 1.41H

丁26°36′ 1.86H

(1)( )

A．冬至日气温低

B．冬至日降水多

C．冬至日白昼时间最短

D．冬至日正午太阳高度最小

(2)位于北纬30°的杭州某住宅小区在规划建设两幢楼高均为30 m的住宅时，其楼间距应不小于(tan35°≈0.7，tan45°＝1，tan 60°≈1.732)( )

A．35 m B．40 m

C．50 m D．55 m

(3)根据表中信息可判断，在四地中纬度最高的是( )

A．甲B．乙

C．丙D．丁

[素养立意] 本题组通过城市住宅小区规划时对采光条件的要求，考查了正午太阳高度变化规律的实际应用。

(1)D (2)B (3)A [第(1)题，我国绝大多数地区位于北回归线以北，每年冬至日这天，

正午太阳高度角最小，楼房的影子达一年中最长，因而以冬至日作为标准日。第(2)题，冬至日时，杭州的正午太阳高度H＝90°－(30°＋23°26′)＝36°34′，楼间距＝H/tan36°34′，可以计算出楼间距应不小于40 m。第(3)题，四地中，甲地冬至日正午太阳高度角最小，因此纬度最高。]

题组1 太阳直射点的回归运动

世界女排联赛总决赛于2019年7月3日至7月7日在南京奥体中心举行，下图示意地球公转轨道位置，读图，完成1～2题。

1．本次世界女排联赛总决赛期间，地球在公转轨道上的位置接近图中的( )

A．①B．②

C．③D．④

2．7月7日在南京奥体中心争夺本届世界女排联赛总决赛冠军，关于该日太阳直射点所在半球、移动方向和地球公转速度的描述正确的是( )

A．北半球北移较快

B．南半球北移较快

C．北半球南移较慢

D．南半球南移较慢

1．B 2.C [第1题，7月3日至7月7日，地球位于夏至日(远日点)附近，为图中②附近。第2题，7月7日，太阳直射点位于北半球且向南移，地球公转速度较慢。] 黄赤交角是产生四季的原因。黄赤交角并非固定不变，现在约为23°26′，最大时可达24.24°，最小时为22.1°，变动周期约4万年。读黄赤交角变动时回归线和极圈的变动示意图，回答3～4题。

3．(易错题)黄赤交角为24.24°时( )

A．热带的范围比现在小

B．温带的范围比现在小

C．寒带的范围比现在小

D．极昼和极夜出现的范围比现在小

4．地球上的太阳直射点( )

①移动周期约4万年②随着季节的变化而变化③在南、北回归线之间来回移动④最低纬度为22.1°

A．①②B．①④

C．②③D．③④

3．B 4.C [第3题，当黄赤交角为24.24°时，即黄赤交角变大时，回归线度数增大，极圈度数减小，回归线与极圈之间(温带地区)范围缩小，故B正确；南、北回归线之间(热带地区)范围扩大，故A错；极圈与极点之间(寒带地区)范围扩大，故C错；地球上存在极昼和极夜的范围扩大，故D错。本题易出错的原因主要是没有正确掌握黄赤交角与回归线、极圈的度数关系。第4题，黄赤交角是产生四季的原因，同时也影响太阳直射点的移动范围，即太阳直射点的纬度位置随季节变化而变化，呈现出在南、北回归线之间的周年移动规律，②③正确；太阳直射点移动的周期是一个回归年，4万年是黄赤交角的变动周期，①错；太阳直射点最低的纬度应是赤道，即0°，④错。]

题组2 正午太阳高度角的变化

下图为6月22日与12月22日地球表面四地正午太阳高度。读图，回答5～6题。

5．四地按地球自转线速度由大到小排列，依次是( )

A．甲、乙、丙、丁B．乙、丙、丁、甲

C．丙、丁、甲、乙D．丁、甲、乙、丙

6．四地自北向南排列，依次是( )

A．甲、乙、丙、丁B．甲、丙、丁、乙

C．丁、乙、丙、甲D．甲、丙、乙、丁

5．B 6.D [第5题，丙地6月22日正午太阳高度达90°，应位于北回归线上；乙地12月22日正午太阳高度接近90°，且6月22日的正午太阳高度也较大，故它位于南回归线以北不远处，比丙更靠近赤道；甲地6月22日正午太阳高度在52°左右，12月22日正午太阳高度在6°左右，且为四地中最小，可判断甲地位于北回归线以北；丁地12月22日正午太阳高度在62°左右，6月22日正午太阳高度为四地中最小，可判断丁地位于南回归线以南，丁地12月22日太阳高度比甲地6月22日太阳高度大，说明丁地比甲地更接近回归线，纬度比甲地低。故四地纬度由低到高：乙、丙、丁、甲，所以四地按地球自转线速度由大到小排列依次为乙、丙、丁、甲。第6题，结合两个日期正午太阳高度的大小和上题的分析可知，甲位于北回归线以北较远处，丙位于北回归线上，乙位于南回归线以北不远处，丁位于南回归线以南。故四地自北向南依次为甲、丙、乙、丁。]

教材P9活动：

提示：1.先在图中找准二分二至日点，再将5个点连成平滑的曲线。

2．元旦(1月1日)，此时太阳直射点位于南半球，并向北移动。

3．由图可知，春分到夏至，直射点在北半球，由赤道向北移动至北回归线；夏至到秋分，直射点在北半球，由北回归线向南移动到赤道；秋分到冬至，直射点在南半球，由赤道移动到南回归线；冬至到第二年春分，直射点在南半球，由南回归线向北移动至赤道。一年中直射点往返于赤道—北回归线—赤道—南回归线—赤道之间。

教材P10活动：

提示：物体的影长与正午太阳高度角大小呈负相关。当地夏至日时太阳直射点在北回归线，距离该地最近，正午太阳高度最大；冬至日时太阳直射点在南回归线，距离该地最远，正午太阳高度最小。