太阳周日视运动
2023届高考地理三轮复习讲义太阳周日视运动
太阳周日视运动天球天空呈球形，这是有目共睹的。
众星列宿布满天空，对于这些极其遥远的天体，人眼无法辨别它们的相对远近，好像是等距的。
它们同观测者的关系，如同球面上的点同球心的关系。
既然天空看起来像个球面，人们就把广漠的宇宙当作球体看待，并把天体在天空中的视位置，当作它们的真实位置。
这对于那些无需考虑距离因素，如对时间、纬度的测定来说，带来极大的便利。
这样一个假想的球体，叫做天球。
天空的昼夜旋转说明，天球不但存在于地平之上，而且还有一半隐入地平之下。
人们所能直接观测到的地平之上的半个球形的天空，又被叫做天穹。
〔天穹有别于天球。
天球是整球，天穹是半球；天球是圆的，而天穹是扁的。
“天似穹庐，笼盖四野〞，我们日常所见的蔚蓝色的天空，其实是包围地球的大气层，沿地平方向，好像距离很遥远；沿天顶方向，距离较近。
〕天文上在定义天球时，规定了两个条件：一，天球的球心是观测者或地心；其次，天球的半径是任意的。
它包涵一切，不管天体如何遥远，总可以在天球上有它的投影。
这样，既成认天体事实上的距离悬殊；又可以利用天球上的视位置对于地球的等距性。
概括地说，天球就是以地心为球心，以任意远为半径的一个假想的球体〔图1—1〕，天文学用作表示天体视运动的帮助工具。
图1－1 天球示意图天球的半径是任意的，全部天体，不管多远，都可以在天球上有它们的投影以上所说是地心天球。
在说明地球或行星公转的时候，人们也使用以太阳中心为球心的天球，叫日心天球。
通常所说的天球，皆指地心天球。
天球上的位置为了确定一个地点在地球上的位置，人们设置地理坐标系；同理，为了确定天体在天球上的位置，需要设置天球坐标系。
地理坐标系和天球坐标系，都是球面坐标系。
在天文学上，依据不同的需要，使用不同的天球坐标系。
各种天球坐标系，有不同的特点。
但是，它们都有球面坐标系的共同特点。
这些特点是：——球面坐标系都有一个根本大圆，称为基圈。
例如，在地理坐标系中，赤道就是它的基圈。
——基圈上都有一个原点。
太阳周日视运动
• D 开普敦（34°，18°E）夜色深沉
• 12.次日泰山站 A.日出正南 C.白昼变短
B.太阳高度变大 D.极昼即将开始
(2014海南卷)某纬度φ的正午太阳高度H＝90°－|φ－Δ|， 其中Δ为太阳直射点纬度，夏半年取正值，冬半年取负值。 图5示意某地北京时间18时的太阳位置。据此完成12—13 题。
④北回归线上，正午太阳有两种 情况：天顶（太阳直射）和正南 （太阳南射）；
⑤南回归线上，正午太阳有两种 情况：天顶（太阳直射）和正北 （太阳北射）；
3、太阳周日视运动图的绘制：
以40°N观察到的为例： 绘制步骤： 1.先画地平圈和天穹。 2.在地平圈上标出方位。 3.确定日出日落正午太阳方位。 4.连出太阳视运动轨迹并标明 太阳运动方向。
（2014安徽卷）图9为我国考队在北极点放置中国结时拍摄的照片。 读图完成29-30题。
29.该照片拍摄日期、拍摄者或中国结影子的方位是 A. 3月21日、中国结影子指向正南 B. 6月22日、拍摄者位于中国结东南 C. 8月20日、拍摄者位于中国结正南 D. 8月6日、中国结影子指向东北
【答案】C 【解析】图中中国结位置在北极点上，拍摄者和中国结的 影子都应该在中国结的正南面；3月21日，晨昏线应经过 北极点。选项C正确。
（1）据图4判断，四地中昼夜长短变化幅度最大的是 C
A．①
B．②
C．③ D．④
（2）图5为某地二至日影子的日变化示意图，最有可能
对 应图4中的点是 B
A．①
B．②
C．③ D．④
Ｂ
E
N
S
A
W
三、太阳周日视运动的规律:
1、影响太阳视运动轨迹的因素: ⑴当地纬度 ⑵季节
太阳周日视运动图解
太阳周日视运动图解一、太阳周日视运动图二、不同纬度两分两至日太阳视运动图1．赤道上两分两至日二、北回归线以北、北极圈以南三、北回归线上四、北极圈上五、夏至日北极圈内例1：下图表示某地一天中两个不同时刻太阳光线与地面的夹角，据此回答下列三题。
1．这一天，太阳直射点的纬度是（）°N °N °S °S2．该地的地理纬度是（）°N °N °S °S3．当太阳处在正北方上空时，国际标准时为20时，则该地的经度位置是（）°W °°E °六、北极点处太阳视运动图例2：下图为某科考队员在某地观测到的太阳高度日变化示意图，这一天他观察到的太阳在天空呈逆时针方向运行。
据此回答下面两题。
1.该科考队员所处的纬度位置是（）°S °N °S °N2.假设图示太阳高度为该地一年中的最大值，则（）A.地球上的热带范围将变大B.地球上温带范围将变小C.地球上有极昼极夜现象的范围将变小D.武汉（30°N）正午太阳高度的年变化幅度将变大七、南半球中纬度地区SN35°5°某地0 12 24 时刻太阳高度22°九、南极圈上夏至日（或南半球刚好出现极昼的地方，即该地纬线与晨昏圈相切）十、南极圈内视运动例3 下图表示某地点A 某日所观察到的太阳运行轨迹，其中箭头表示太阳运行方向，E 、W 、S 、N 分别表示东、西、南、北四个方向。
当太阳位于图中B 点时，北京时间为16点。
据此回答下面两题。
1.观察地点的地理坐标可能是（ BD ） °N ，120°W B. 60°N ，60°E °N ，120°W D. 70°N ，60°E2.该日，太阳升起的方向是（ B ）A.地平正北方向B. 地平东北方向C.地平东南方向D. 地平正东方向例4：右图为北半球冬至日不同纬度地区太阳高度的日变化曲线，图中各曲线对应的纬度分别是：练习：下图是在澳大利亚新南威尔士州的米尔迪拉市（约34°S,143°E ）建造的太阳能热力塔式发电站。
不同纬度一年中太阳的周日视运动情况
不同纬度一年中太阳的周日视运动情况每天在地球上看到的天体的东升西落现象，称为天体的周日视运动现象。
太阳在一天中的东升西落，称为太阳的周日视运动。
天体的周日视运动是由于地球绕地轴自转形成的。
随着季节的变化，不同纬度地区，太阳升落的方向及正午太阳高度的方位也在不断的变化。
本文结合地平圈天球图讨论一年四季不同纬度（以北纬为例）太阳的周日视运动情况。
（每种情况的左图为水平方向上的地平圈图，右图为实际空间中的地平圈图，图中A 点为地平圈的纬度位置）一、赤道地区二分二至太阳的周日视运动情况图一：赤道上（0º）从图一可以看出：春秋分时，赤道上，日出时，太阳位于正东方，太阳高度为0º；正午时，太阳在正头顶，太阳高度达一天中最大值为90º；日落时，太阳位于正西方，太阳高度为0º。
夏至时，赤道上，日出时，太阳位于东北方，太阳高度为0º；正午时，太阳在头顶正北方，太阳高度达一天中最大值为66º34¹；日落时，太阳位于西北方，太阳高度为0º。
冬至时，赤道上，日出时，太阳位于东南方，太阳高度为0º；正午时，太阳在头顶正南方，太阳高度达一天中最大值为66º34¹；日落时，太阳位于西南方，太阳高度为0º。
二、赤道与北回归线之间的地区二分二至太阳的周日视运动情况（以20ºN 为例）图二：赤道与北回归线之间（20ºN ）3：冬至（H=46º34¹）2：春秋分（H=70º）1：夏至 （H=86º34¹）NS 123NS 3：冬至 （H=66º34¹） 3212：春秋分（H=90º）1：夏至 （H=66º34¹）春秋分时，20ºN ，日出时，太阳位于正东方，太阳高度为0º；正午时，太阳在头顶正南方，太阳高度达一天中最大值为70º；日落时，太阳位于正西方，太阳高度为0º。
太阳周日视运动
例3:下图表示某地一天中两个不同时刻太阳光线与地面 的夹角，据此回答下列三题。 ⑴.这一天，太阳直射点的纬度是（ B ） A.15°N B.20°N 35° C.15°S 5° S N D.20°S 某地 ⑵.该地的地理纬度是（ B ） A.70°N B.75°N C.70°S D.75°S ⑶.当太阳处在正北方上空时，国际标准时为20时，则 该地的经度位置是（ C ） A.120°W B.0° C.60°E D.180°
夏至
春秋分
冬至
D S
旋转成正直（天顶朝上）的图形
继续
天球立体图
Ｂ 夏至 春秋分
冬至
E N A W S
Ａ点为观察地点，Ｂ点为天顶
三条平行线变成了三条带有运动方向的曲线 确定出地表上东、南、西、北四个方向
继续
1、日出日落正午太阳方位
太阳直射赤道（春秋分日）
正东升
正西落
3月21日—9月23日：太阳直射北半球， 未出现极昼极夜的地方均东北方向日出；西 北方向日落。
头顶
日落
日落
日落
正午太阳高度
太阳视运动轨迹
日出 日出 日出
正午
日出
日 影 方 位
日落
夏至 两分 冬至 日 日 日 日出太 东北 正东 东南 阳方位 正午太 正南 正南 正南 阳方位 日落太 西北 正西 西南 阳方位
绘制步骤： 1.先画地平圈和天穹。
2.在地平圈上标出方位。
4.连出太阳视运动轨迹并标明 太阳运动方向。
太阳高度日变化
夏 二冬 至 分至 日 日日
S
正午太阳高度 90° 66°34‘
二至日
二分日
E
N W S
N
6
12
太阳周日视运动20200826
0时的太阳高度h
为13.5°
正午的太阳高度H
为33.5°
南
当地的纬度为80°
33.5°
13.5 ° 北
东
夏至日
极昼区的最小（子夜）太阳高度 +正午太阳高度=直射点纬度的2倍。
A δ
太阳直射点A的纬度为δ时，刚好出现极昼现象的地方B， 其纬度为（90°－δ），此点（B点）的正午太阳高度 H＝90°－AB两点的纬度差＝90°－[（90°－δ）－δ]=2δ。
结论：刚好出现极昼现象的地方，其正午太
阳高度角是直射点纬度的两倍。
极点太阳高度计算
N H
A δ
太阳直射点A的纬度为δ时，极点的正午太阳高度 H＝90°－AB两点的纬度差＝90°－（90°－δ）=δ。
正午（地方时12时）太阳位置： *直射点以北地区(除北极点)，正午 太阳位于正南方 *直射点以南地区(除南极点)，正午 太阳位于正北方
太阳视运动轨迹的绘制（40°N）
绘制步骤： 1.先画地平圈和天穹。 2.在地平圈上标出方位。 3.确定日出日落正午太阳方位。 4.连出太阳视运动轨迹并标明太 阳运动方向。
南半球各纬度的太阳视运动轨迹Biblioteka 夏 至 日二 分 日
冬 至 日
夏 至 日
二 分 日
冬 至 日
冬 二至 夏分日 至日 日
E N
W
SN
E
E
N
S
S
W
W
赤道
南回归线
南回归线——南极圈
冬至日
N
夏至日
N
h° h°
N
S
N
冬至日
E
二分日
SN
E
S
N 地平圈
太阳的周日视运动
此时南北极点太阳始终位于地平线上，太阳高度角一直为 零。
2.太阳直射北半球时：
L3 L4 W L5 地 S 平 O 面 N 0 E 图8 6 12 图9 H2 H3 H4 18 24 地方时 L1 天穹 L2 900 太阳高度 H1
太阳高度的日变化曲线图
（1）赤道上太阳视运动轨迹如图8曲线L1，东北日出， 西北日落，正午时太阳位于正北； （2）直射点与极昼圈之间太阳视运动轨迹如图8曲线L3， 东北日出，西北日落，正午时太阳位于正南；
L1 天穹 L2 900 面 S 0 6 12 太阳高度 H1 H2 H3 H4 18 24 地方时
W
（5）极昼圈与极点之间太阳视运动轨迹如图 10曲线L4； （6）极点的太阳视运动轨迹为一个点，始终位于正北 方的高空，几乎没有起落的变化，如图11直线H4。
四、观测点位于南北半球的判读 (1)、太阳终年在南方，说明观测点位于北回归线以北 : 夏至
春秋分 冬至
⑵太阳终年在北方，则观测点位于南回归线以南：
冬至
春秋分
夏至
有时在南、有时在北、有时在头顶：南北回归线之间 直射时
赤道上： a:夏至
b:春秋分
C:冬至
L3 L4 W L5 地 S 平 O
L1 天穹 L2 900 面 N 0 E 图8 6 12 图9 太阳高度 H1 H2 H3 H4 18 24 地方时
（5）极昼圈与极点之间太阳视运动轨迹如图8曲线L4； （6）极点的太阳视运动轨迹为一个点，始终位于正南方 的高空，几乎没有起落的变化，如图9直线H4。
3.太阳直射南半球（情况与太阳直射北半球类似）
L3 L4 E L5 地 N 平 O 面 S 0 6 12 H2 H3 H4 18 24 地方时 L1 天穹 L2 900 太阳高度 H1
太阳的周日视运动
•
•{说重点、难点}本节内容的重点和难点 是太阳周日视运动的规律和太阳周日视 运动轨迹图的绘制。
•{说教法}在本节的教学中，我采用了基 础讲解与引导讨论相结合、示范绘图与 学生练习相结合方法，并结合多媒体技 术的应用，力争把知识弄懂、弄透，并 总结出规律，这样运用起来就得心应了 。
• 太阳直射点所在地区，正午 太阳位于正上方。
•
•
昼夜长短
• 当太阳周日视运动轨迹为
一优弧时，该地昼长夜短，反
之则昼短夜长。
•
•（五）练习： •例：下图为北半球某日“太阳运动轨迹图”，图 中O表示地平图，箭头为太阳视运动方向， ∠α=∠β=21°，据此回答1—4题：
•
•1．该地的地理纬度是
• A．21°N B．23．5°N
• C．90°N D．66．5°N
•2.此时，太阳直射的地理纬度是
• A．赤道
B．23.5°N
• C．23.5°S D．21°N
•３．这一天距下列哪一天最近
•Ａ１月１日
Ｂ４月１日
•Ｃ７月１日
Ｄ１０月１日
•４．当太阳运动到Ａ点时，位于观察者的
•Ａ东南方
Ｂ东方
•Ｃ西南方
Ｄ南方
•
•精品课件
！
•
•精品课件
•同一地点不同日期 的太阳周日视运动 轨迹平面相互平行
•
•（三）绘图 •1．示范绘图：（以北纬40度为例, 绘制二分二至日的太阳周日视运动 轨迹图）。 •
•
•绘图步骤： •①画地平圈 ，标出方位 （符合上北 下南左西右 东原则）， 画出地平圈 上的天球， 标出天顶。
•
•②画天轴（天轴通过地平圈圆心并与地平面的夹 角为40度，天轴与天球交点为北天极）。
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太阳周日视运动：太阳出没时间和方位问题
由太阳周日视运动规律易知，当太阳直射北半球时，全球太阳东北升西北落，北半球日出时间（地方时）早于6：00。
同理，当太阳直射南半球时，全球太阳东北南升西南落，南半球日出时间（地方时）早于6：00。
地方时6：00的太阳方位自然成为一个人们关注的问题。
由于太阳直射赤道时，全球太阳正东升正西落，且日出时间为地方时6：00，不少人错误地认为，夏半年，在地方时6：00，太阳刚好于东北（或东南）运行到正东位置。
果真如此吗？
一、夏半年地方时6：00时太阳方位的定性分析
1、北半球温带和寒带地区
下图（图1）为北半球温带地区，二分日与夏至日太阳周日视运动示意图。
ESWN为地平圈，E、S、W、N分别表示东南西北方。
O为观察点。
弧EDW为二分日太阳视运动轨迹。
弧ABC为夏至日太阳视运动轨迹，O′为夏至日太阳视运动轨迹的中心。
过O′作EW的平行线交弧ABC于E′、W′，E′W′平分该日太阳视运动轨迹，故E′、W′分别表示当地时间6：00和18：00的太阳位置。
如果将E′、W′垂直投影到地平圈上，它们的投影明显分别位于东北和西南方。
同理可知，南半球温带和寒带地区，夏半年，6：00和18：00的太阳方位分别为东南和西南。
经过一段时间，太阳会运行到正东和正西方向。
2、北半球热带地区和赤道地区
北半球热带地区和赤道地区，夏至日太阳视运动轨迹如图2、图3。
夏至日太阳直射北回归线，热带地区正午太阳位于天顶以北。
因此，在地方时6：00和18：00，太阳分别位于东北方和西南方，而且，在一天当中根本到达不了正东方。
二、夏半年地方时6：00时太阳方位的定量计算
以北半球温带地为例。
如图4，去掉图1中二分日视运动轨迹，连接OB，作O′在地平面上垂直投影O″，作W′在地平面上的重击投影W″，连接OW″。
∠WOW″即为日落时的太阳为位角，此角与日出方位角大小相等。
设天球半径为R，δ为太阳直射点的纬度，φ为观察点的地理纬度。
由几何关系易知：∠WOW″=∠OW″O″
在直角三角形OO″W″中，tan∠OW″O″=OO″/O″W″…①在直角三角形OO″O′中，OO″=OO′cosφ…②
在直角三角形OO′B中，OO′=OB sinδ= Rsin
δ…③
W″为W′在地平面上的重击投影，O″W″=O′W′= O′B= Rcosδ…④
由①②③④得：
tan∠WOW″= tan∠OW″O″= tanδcosφ
∴日落方位为，西偏北arctan (tanδcosφ)
同理：日出方位为，东偏北arctan (tanδcosφ)。
几种特殊情况：
（1）太阳直射赤道时，δ＝0°，tanδ＝0，arctan (tanδcosφ)=0,太阳正长升正西落；
（2）赤道地区，φ＝0°，cosφ＝1，arctan (tanδcosφ)= δ,日出方位角等于直射点的纬度度数。
三、太阳位于正东方的时间计算
如图5，由图4，连接天顶与观察点，交O′B于为O1，过O1作E1W1，使E1W1平行于E′W′，E
即为太阳位于正东方位置。
1
为太阳位于正东方的位置，只要求出∠E′O′ E′为太阳6：00位置，E
1
的大小，即可确定太阳位于正东方时的地方时。
E
1
在视运动轨道上，太阳的角速度为150/小时。
设∠E′O′E1为α，太阳位于正东方的地方时为6+α/150
在直角三角形E1O1O′中，∠E′O′E1=α,sinα=OO1/ O′E1 , O′E1=Rcos δ…①
在直角三角形O1O′O中，∠O′O1O=φ,OO1= O O′/tanφ, OO′=Rsinδ…②
由于①②得：sinα=tanδ/ tanφ
α=arcsin(tanδ/ tanφ)
太阳直射赤道的特殊情况，δ=00, tanδ=0, α=00, 太阳位于正东方的地方时为6时。
来源：湖北省大冶市第一中学程良安
以上太阳周日视运动关于太阳出没方位问题分析，笔者认为还与当地所在纬度有关，比如在极圈极昼期内，日出方位是南（北）升南（北）落。
此类问题还要关注：
1.太阳视运动即在地球上仰视看地球自转方向的反方向；
2.北南半球判断：是太阳视运动的反方向，即仰（俯）视：北逆（顺）南顺（逆）；
3.日出日落方位判断：北（南）半球看，日出正南（北）日落正南（北）；
4.午（子）太阳高度判断：午（子）地平线上一天最高（低）；
5.当天太阳直射点的地理纬度计算：北极星星光高度或正午与子夜太阳高度差的一半；（正午太阳高度角－午夜太阳高度角）/2＝当地与极点的纬度差。
（见下图）
6.当地地理纬度计算：= 90°- （正午太阳高度角- 午夜太阳高度角）/2 （由正午太阳高度计算推理而来）
博主问题：欣赏红月亮思考关于月全食的相关问题
1.从图上看，月全食是从东面初亏，但是为什么从西面生光？
2.月全食过程中分为初亏、食既、食甚、生光、复原，但是为什么由于色散，“食甚”前后月球表面呈红铜色或暗红色，而在“生光”或者“复原”中不会出现绿蓝锭紫的颜色？
3.日食与月食分别是由于什么原因形成?。