為什么冬至日影最短

為什么冬至日影最短

冬至日日照計算時間，地球自轉的地理意義

題型：單選題難度：中檔來源：不詳

考點：

考點名稱：地球自轉的地理意義

地球自轉的地理意義:

1、晝夜更替：

此處需要注意，容易理解為自轉產生了晝夜現(xiàn)象，但地球不自轉仍有晝夜現(xiàn)象，在一年中地球公轉也會使某一地有一次晝夜變化，只有地球不停地自轉，才會產生晝夜更替現(xiàn)象。

(1)在晨昏線上各地，太陽高度為0°;

(2)太陽直射光線與晨昏線成90°;

(3)直射點A與晨昏線和極晝(夜)最小緯線圈切點B的緯度之和等于90°;

如當太陽直射在北回歸線(23°26′N)時，切點B的緯度為66°34′N。

當太陽直射在20°S時，切點B的緯度為70°N。

2、地方時與區(qū)時：

(1)地方時

概念：因經度不同而出現(xiàn)不同的時刻，稱為地方時。因此，不同經線上具有不同的地方時。

隨地球自轉，一天中太陽東升西落，太陽經過某地天空的最高點時為此地的地方時12點。

正午太陽高度是正午時太陽光線與地面的夾角，是一日內最大的太陽高度。

經度相同的地方，地方時相同;經度不同的地方，地方時不同。

南、北極點不計地方時;東早西遲;

經度每隔15°，地方時相差1小時;

經度每隔1°，地方時相差4分鐘;

地方時的計算：

①求經度差

②把經度差轉換為時間差

③東加西減：

若所求地在已知地的東面，加上時間差;

若所求地在已知地的西面，減去時間差。

(2)時區(qū)和區(qū)時

①時區(qū)的劃分

1)以15°劃分為一個時區(qū).全球劃分為24個時區(qū).

2)以0°經線為中央經線，向東、西方向各取7.5°，合計為15°，該時區(qū)稱為中時區(qū)(或零時區(qū))。

3)以中時區(qū)為起點，向東、西方向各劃分12個時區(qū)。180°經線是東、西十二時區(qū)共同的中央經線。

注意：中時區(qū)、東西十二區(qū)的特殊性

②區(qū)時

定義：每個時區(qū)都以其中央經線的地方時作為該區(qū)的區(qū)時。

中央經線=時區(qū)數(shù)×15°

例如：東八區(qū)的中央經線是120°E;西五區(qū)的中央經線是75°W

區(qū)時計算：

求所在地的時區(qū)

求時區(qū)差

東加西減：

若所求時區(qū)在已知時區(qū)的東面，加上時區(qū)差;

若所求時區(qū)在已知時區(qū)的西面，減去時區(qū)差。

(3)日期變更：

抓住兩個要點：

確定180°經線

確定0點或者24點所在的經線

3、物體水平運動的方向產生偏向:

地球上水平運動的物體，無論朝哪個方向運動，都會發(fā)生偏向，在北半球偏右，在南北半球偏左。赤道上經線是互相平行的，無偏向。

4、自轉對地球形狀的影響:

地球在自轉過程中，球上各質點都在繞著地軸作圓周運動。因此，就會產生慣性離心力。這種離心力隨著物體距離地軸半徑的增大而增大，也就是說，從赤道向兩極，慣性離心力逐漸減小。使得地球由兩極向赤道逐漸膨脹，長期作用使地球變成兩極稍扁、赤道略鼓的橢球體形狀。

1、晝夜更替：

此處需要注意，學生容易理解為自轉產生了晝夜現(xiàn)象，但地球不自轉仍有晝夜現(xiàn)象，在一年中地球公轉也會使某一地有一次晝夜變化，只有地球不停地自轉，才會產生晝夜更替現(xiàn)象。

(1)在晨昏線上各地，太陽高度為0°;

(2)太陽直射光線與晨昏線成90°;

(3)直射點A與晨昏線和極晝(夜)最小緯線圈切點B的緯度之和等于90°;如當太陽直射在北回歸線(23°26′N)時，切點B的緯度為66°34′N。當太陽直射在20°S時，切點B的緯度為70°N。

2、地方時與區(qū)時：

(1)地方時概念：因經度不同而出現(xiàn)不同的時刻，稱為地方時。因此，不同經線上具有不同的地方時。

隨地球自轉，一天中太陽東升西落，太陽經過某地天空的最高點時為此地的地方時12點。

正午太陽高度是正午時太陽光線與地面的夾角，是一日內最大的太陽高度。

經度相同的地方，地方時相同;經度不同的地方，地方時不同。

南、北極點不計地方時;東早西遲;經度每隔15°，地方時相差1小時;經度每隔1°，地方時相差4分鐘。

3、地方時的計算：

①求經度差

②把經度差轉換為時間差

③東加西減：

若所求地在已知地的東面，加上時間差;

若所求地在已知地的西面，減去時間差。

(2)時區(qū)和區(qū)時

①時區(qū)的劃分

1)以15°劃分為一個時區(qū).全球劃分為24個時區(qū).

2)以0°經線為中央經線，向東、西方向各取7.5°，合計為15°，該時區(qū)稱為中時區(qū)(或零時區(qū))。

3)以中時區(qū)為起點，向東、西方向各劃分12個時區(qū)。180°經線是東、西十二時區(qū)共同的中央經線。

注意：中時區(qū)、東西十二區(qū)的特殊性。

②區(qū)時

定義：每個時區(qū)都以其中央經線的地方時作為該區(qū)的區(qū)時。

中央經線=時區(qū)數(shù)×15° 例如：東八區(qū)的中央經線是120°E;西五區(qū)的中央經線是75°W

區(qū)時計算：

求所在地的時區(qū)

求時區(qū)差東加西減：

若所求時區(qū)在已知時區(qū)的東面，加上時區(qū)差;

若所求時區(qū)在已知時區(qū)的西面，減去時區(qū)差。

(3)日期變更：抓住兩個要點：確定180°經線確定0點或者24點所在的經線

3、物體水平運動的方向產生偏向：

地球上水平運動的物體，無論朝哪個方向運動，都會發(fā)生偏向，在北半球偏右，在南北半球偏左。赤道上經線是互相平行的，無偏向。

4、自轉對地球形狀的影響：

地球在自轉過程中，球上各質點都在繞著地軸作圓周運動。因此，就會產生慣性離心力。這種離心力隨著物體距離地軸半徑的增大而增大，也就是說，從赤道向兩極，慣性離心力逐漸減小。使得地球由兩極向赤道逐漸膨脹，長期作用使地球變成兩極稍扁、赤道略鼓的橢球體形狀。

晝夜現(xiàn)象的產生：

(1)晝夜現(xiàn)象產生是由于“地球不透明、不發(fā)光、太陽只能照亮地球表面的一半”造成的。晝夜交替是地球的自轉造成的。

(2)若地球不自轉，也不公轉，有晝夜現(xiàn)象，但無晝夜交替現(xiàn)象;若地球只公轉不自轉，既有晝夜現(xiàn)象，也有晝夜交替現(xiàn)象，只不過晝夜交替的周期為一年。

地轉偏向力需要注意的問題：

地轉偏向力只改變物體運動的方向，并 不改變物體運動速度的大小。地轉偏向力的方向與物體水平運動的方向相垂直。

地方時計算技巧:

已知某一點時刻，求另一點時刻時，可用數(shù)軸法。具體方法如下：把某一條緯線變形為一個數(shù)軸，0°為原點，東經度為正值，西經度為負值。把A(已知時間、地點)、B(未知時間、地點)落實在數(shù)軸上。無論A、B實際方向關系如何，在數(shù)軸上，若B在A東，由A求B就要加;若B在A西，由A求B就要減。

晨昏線的特點及應用：

晨昏線又叫做晨昏圈，其中半個圓圈代表晨線，半個圓圈代表昏線。

1.晨昏線(圈)的特點

(1)晨昏圈是一個大圓，將地球平分成晝半球和夜半球兩部分。

(2)晨昏線上各地，太陽高度為0°;晝半球太陽高度>0°，夜半球太陽高度<0°。

(3)晨昏圈所在平面始終與太陽光線垂直。

(4)晨昏線和極晝圈(極夜圈)的切點的緯度與太陽直射點的緯度之和等于90°(如上圖中α+θ=β+θ=90°)。晨昏線和極晝圈的切點(如上圖中C)地方時為24時(0時);晨昏線和極夜圈的切點(如上圖中D)地方時為12時。

(5)晨昏線(圈)在春秋分時與經線圈重合，二至時與極圈相切。

(6)晨昏線以15°/小時的速度自東向西移動。

2.晨昏線的應用

(1)確定地球的自轉方向若右圖中AB為昏線，則地球呈逆時針方向自轉;若BC為昏線，則地球呈順時針方向自轉。

(2)確定地方時過晨線與赤道交點的經線地方時是6∶00，過昏線與赤道交點的經線地方時是18∶00，如右圖中BN地方時是6∶00， AN地方時是18∶00。

(3)確定日期和季節(jié)

①晨昏線經過南、北極點(與經線重合)可判定這一天為3月21日或9月23日，節(jié)氣是春分日或秋分日。

②晨昏線與極圈相切：北極圈及其以北出現(xiàn)極晝(南極圈及其以南出現(xiàn)極夜)，日期是6月22日前后，節(jié)氣是夏至日;北極圈及其以北出現(xiàn)極夜(南極圈及其以南出現(xiàn)極晝)，日期是12月22日前后，節(jié)氣是冬至日。

(4)確定太陽直射點的位置

①確定緯度：與晨昏線相切的緯線度數(shù)與太陽直射點的度數(shù)互余，晨昏線與地軸夾角的度數(shù)等于太陽直射點的緯度。

②確定經線：與晨線(昏線)和赤道交點相差90°且大部分或全部在晝半球一側的經線是太陽直射的經線;過晨昏線與緯線切點，且大部分在晝半球的經線是太陽直射的經線。

(5)確定晝夜長短

晨昏線將地球上的緯線分成晝弧和夜弧兩部分，晝長等于該緯線晝弧所跨經度除以15°的商，夜長是夜弧所跨經度除以15°的商。

(6)確定日出、日落時間

某地的日出時間就是該地所在緯線與晨線交點的地方時;日落時間就是該地所在緯線與昏線交點的地方時。

(7)確定極晝、極夜的范圍

晨昏線與哪個緯線圈相切，該緯線圈與極點之間的緯度范圍內就會出現(xiàn)極晝或極夜現(xiàn)象，南、北半球的極晝、極夜現(xiàn)象正好相反。

考點名稱：地球公轉的地理意義地球公轉的地理意義：

1、引起正午太陽高度的變化:

(1)太陽光線對于地平面的交角，叫做太陽高度角，簡稱太陽高度(用H表示)。同一時刻正午太陽高度由直射點向南北兩側遞減。因此，太陽直射點的位置決定著一個地方的正午太陽高度的大小。在太陽直射點上，太陽高度為90°，在晨昏線上，太陽高度是0°。

(2)正午太陽高度變化的原因：由于黃赤交角的存在，太陽直射點的南北移動，引起正午太陽高度的變化。

(3)正午太陽高度的變化規(guī)律：正午太陽高度就是一日內最大的太陽高度，它的大小隨緯度不同和季節(jié)變化而有規(guī)律地變化。

正午太陽高度的變化規(guī)律按節(jié)氣：

正午太陽高度的變化規(guī)律按緯度：

一年中同一緯度地區(qū)的正午太陽告訴隨時間變化圖：(北半球)

2、晝夜長短隨緯度和季節(jié)變化：

地球晝半球和夜半球的分界線叫晨昏線(圈)。晨昏線把所經過的緯線分割成晝弧和夜弧。由于黃赤交角的存在，除二分日時晨昏線通過兩極并平分所有緯線圈外，其它時間，每一緯線圈都被分割成不等長的晝弧和夜弧兩部分(赤道除外)。地球自轉一周，如果所經歷的晝弧長，則白天長;夜弧長，則白晝短。晝夜長短隨緯度和季節(jié)變化的規(guī)律見下表：

3、四季更替：

(1)從天文四季：

夏季就是一年中白晝最長、正午太陽高度最高的季節(jié)。以24節(jié)氣中的立春(2月4日或5日)、立夏(5月5日或6日)、立秋(8月7日或8日)、立冬(11月7日或8日)為起點。地球在公轉軌道上的運行會產生天氣和季節(jié)的有規(guī)律變化，傳統(tǒng)農業(yè)中農民依此進行農業(yè)生產，有如：“谷雨前后種瓜點豆”的諺語。

黃赤交角是影響天文四季的直接原因。這是因為：

正午太陽高度隨緯度分布是：低緯大而高緯小，春秋二分，從赤道向兩極遞減;夏至日，從北回歸線向南北兩側遞減;冬至日，從南回歸線向南北兩側遞減。

隨季節(jié)變化是：北回歸線以北，夏至日前后正午太陽高度達最大值，冬至日前后達最小值。南回歸線以南則相反。南北回歸線之間地帶，太陽每年直射兩次。

(2)氣候四季包含的月份。春(3、4、5月)、夏(6、7、8月)、秋(9、10、11月)、冬(12、1、2月)。

(3)西方四季：春分、夏至、秋分、冬至為起點。比我國天文四季晚一個半月。

4、五帶劃分：

以地表獲得太陽熱量的多少來劃分熱帶、溫帶、寒帶。

熱帶：南北回歸線之間有太陽直射機會，接受太陽輻射最多。

溫帶：回歸線與極圈之間，受熱適中，四季明顯。

寒帶：極圈與極點之間，太陽高度角低，有極晝、極夜現(xiàn)象。

地球公轉與直射點移動、正午太陽高度、晝夜長短的季節(jié)變化關系。重點詳解(一)正午太陽高度的應用：

1、正午太陽高度的計算：

某地正午太陽高度的大小，可以用下面的公式來計算：H=90°-|φ-δ|。其中H為正午太陽高度數(shù)，φ為當?shù)氐乩砭暥�，永遠取正值，δ為直射點的緯度，當?shù)叵陌肽耆≌�值，冬半年取負值�?/p>

在實際的解題中，許多時候并不需要運用此公式。由于在某地點正午太陽高度與直射點太陽高度差值等于它們的緯度差，所以利用下面公式計算更為方便;某地正午太陽高度角H=90°-δ，其中δ為某地與太陽直射點的緯度差。

2、正午太陽高度變化規(guī)律的應用：

(1)確定地方時

當某地太陽高度達一天中最大值時，就是一天的正午時刻，此時當?shù)氐牡胤綍r是12時。

(2)判斷所在地區(qū)的緯度

當太陽直射點位置一定時，如果我們能夠知道當?shù)氐恼�午太陽高度，就可以根�?jù)“某地與太陽直射點相差多少緯度，正午太陽高度就相差多少度”的規(guī)律，求出當?shù)氐牡乩砭暥取?/p>

(3)確定房屋的朝向

為了獲得最充足的太陽光照，各地房屋的朝向與正午太陽所在的位置有關。

北回歸線以北的地區(qū)，正午太陽位于南方，房屋朝南;南回歸線以南的地區(qū)，正午太陽位于北方，房屋朝北。

(4)判斷日影長短及方向

太陽直射點上，物體的影子縮短為0;正午太陽高度越大，日影越短;反之，日影越長。正午是一天中日影最短的時刻。

日影永遠朝向背離太陽的方向，北回歸線以北的地區(qū)，正午的日影全年朝向正北(北極點除外)，冬至日日影最長，夏至日最短;南回歸線以南的地區(qū)，正午的日影全年朝向正南(南極點除外)，夏至日日影最長，冬至日最短;南北回歸線之間的地區(qū)，正午日影夏至日朝向正南，冬至日朝向正北;直射時日影最短(等于0)

(5)計算樓間距、樓高

為了更好地保持各樓層都有良好的采光，樓與樓之間應當保持適當距離。

緯度較低的地區(qū)，樓距較小，緯度較高的地區(qū)樓距較大。以我國為例，見下圖，南樓高度為h，該地冬至日正午太陽高度為H，則最小樓間距L=hcotH。

(6)計算熱水器的安裝角度

太陽能熱水器集熱面與太陽光線垂直;太陽能熱水器集熱面與地面的夾角同正午太陽高度互余。

為了更好地利用太陽能，應不斷調整太陽能熱水器與樓頂平面之間的傾角，使太陽光與受熱板之間成直角。其傾角和正午太陽高度角的關系為α+h=90°(如圖所示)。

注：

正午太陽高度與太陽直射點的關系

①正午太陽高度一定是指當?shù)卣��?2點整的太陽高度，但是太陽不一定直射當?shù)厮�在的緯度�?/p>

②太陽直射點必須是在緯度23.5°之間來回移動，緯度大于23.5°的地方太陽不能直射，但有正午太陽高度，只是其正午太陽高度一定小于90°。

③正午太陽高度的計算及其應用都與當?shù)鼐暥群吞�陽直射點的緯度有關，二者缺一不可。

④太陽直射點以一個回歸年為周期在南北回歸線及其之間來回移動，故直射點大約每個月移動緯度為8°，每移動1°大約需要4天。

⑤正午太陽高度的變化規(guī)律與太陽直射點密切相關，距離太陽直射點越近，正午太陽高度越大;距離太陽直射點越遠，正午太陽高度越小。

重點詳解(二)正午太陽高度的應用：

在太陽光的照射下，物體總會有自己的影子(除太陽直射的情況)，影子的朝向與太陽方位相關。同一時間在不同緯度地區(qū)，太陽方位是不同的;同一緯度地區(qū)在不同時間，太陽方位也是不一樣的。因而影子的朝向存在日變化和季節(jié)變化。

(1)同一地區(qū)在不同節(jié)氣日影的朝向(以北半球為例)

①赤道地區(qū)“二分二至”日日影的朝向

在赤道地區(qū)，一年四季太陽都是垂直升起而又垂直落下，且太陽升落方位的緯度就是太陽直射的緯度。

②北回歸線上“二分二至”日日影的朝向

在赤道至出現(xiàn)極晝極夜的緯度地區(qū)，緯度越高，太陽升落的方位偏移正東的角度越大。

③北極圈上“二分二至”日日影的朝向

在開始出現(xiàn)極晝的地區(qū)，太陽升落方位為正北，即東偏北90°。

④北極點“二分二至”日日影的朝向

在極晝期間，北極點上，由于太陽周日視平圈始終平行于地平圈，在一天中太陽高度沒有變化，始終等于該日直射點的緯度，太陽只有方位變化而無升落，因而不存在升落方位問題。在春分秋分日，極點晝夜平分，此時太陽高度為0°，剛好沒入地平圈。

(2)同一節(jié)氣不同地區(qū)的日影的朝向(以南半球為例)

①“二分日”南半球不同地區(qū)日影的朝向

春分秋分日太陽直射赤道，全球晝夜平分，不同地區(qū)日出、日落的方位都是正東升、正西落(除南極點)，并且隨緯度的升高太陽視平圈與地平圈所成二面角由90°變?yōu)?°。即太陽高度由90°減為0°

②夏至日南半球不同地區(qū)日影的朝向

北半球夏至日太陽直射北回歸線，南極圈及其以內出現(xiàn)極夜，赤道地區(qū)太陽從正東偏北23°26′垂直升起，從正西偏北23°26′垂直落下。緯度越高，偏移正東向北的角度越大，極夜時剛好日出日落方位收縮為一點，位于正北方。

③冬至日南半球不同地區(qū)日影的朝向

北半球冬至日太陽直射南回歸線，南極圈及其以內出現(xiàn)極晝，赤道地區(qū)太陽從正東偏南23°26′垂直升起，從正西偏南23°26′垂直落下。緯度越高，日出偏移正東向南的角度和日落偏移正西向南的角度越大，到極圈時剛好日出日落位于正南方。

晝夜長短的變化:

以北半球為例：

正午太陽高度的變化:

(1)緯度變化：由太陽直射點向南北兩側遞減。

(2)季節(jié)變化

考點名稱：地球自轉運動和公轉運動的關系

概念:

地球自轉：地球繞其自轉軸的旋轉運動，就叫做自轉。

地球公轉：地球繞太陽做周期性的旋轉運動，就叫做公轉。

黃赤交角及其影響：

(1)地球在公轉過程中，有兩個重要的特點：

①地球是斜著身子繞日公轉的。因此，地球公轉軌道平面(即黃道平面)同赤道平面不重合，它們之間的交角就是黃赤交角。目前，黃赤交角是23°26。

②地軸在宇宙空間的方向不因季節(jié)而變化。而太陽與地球的相對位置隨時在變，這就引起了太陽直射點緯度位置的周年變化。

(2)黃道與地球的交點：太陽直射點。此交點位于最北是夏至，最南為冬至，位于赤道為春秋分。

(3)黃赤交角的影響：由于黃赤交角的存在，并且地軸在宇宙空間的方向不因季節(jié)而變化，因而，太陽直射點相應地在南北回歸線之間往返移動。

(4)黃赤交角變化的影響：

如果黃赤交角變大，太陽直射點的范圍將增大，晝夜長短變化的周期將延長，四季的差異將更明顯。從溫度帶上來說，直射的范圍加大了，也就是熱帶的范圍加大了，同時，晨昏線轉過的角度也將隨之增大，極晝極夜的范圍也將增大，即寒帶的面積也將增大，這樣，溫帶的面積將減小。同理，如果黃赤交角變小，熱帶和寒帶的范圍減小，溫帶的范圍會擴大。溫度帶的變化必然會對生態(tài)環(huán)境造成重大影響，一些生物生存所適宜的氣候、溫度發(fā)生了根本變化，它們可能會進行大規(guī)模的遷徙，甚至因此而滅絕。

地球自轉和公轉的比較：

光照圖的判讀：

(1)判斷南北極，通常用于俯視圖，判斷依據(jù)為：從地球北極點看地球的自轉為逆時針，從南極看為順時針;或看經度，東經度遞增的方向即為地球自轉的方向。

(2)判斷節(jié)氣，日期及太陽直射點的緯度晨昏圈過極點(或與一條經線重合)，太陽直射點是赤道，是春秋分日;晨昏線與極圈相切，若北極圈有極晝現(xiàn)象為北半球的夏至日，太陽直射點為北緯23o26'，若北極圈有極夜現(xiàn)象為北半球的冬至日，太陽直射點為南緯23o26'。

(3)確定地方時在光照圖中，太陽直射點所在的經線為正午12點，晨昏線所包圍的白晝部分的中間經線為12點，晨線與赤道交點經線的地方時為6點，昏線與赤道交點經線為18點，依據(jù)每隔15o，時間相差1小時，每1o相差4分鐘，先計算兩地的經度差(同側相減，異側相加)，再轉換成時間，依據(jù)東加西減的原則，計算出地方時。

(4)判斷晝夜長短求某地的晝(夜)長，也就是求該地在緯線圈上晝(夜)弧的長度，這個長度也可由晝(夜)弧所跨的經度數(shù)來推算。

(5)判斷正午太陽高度角先求所求地區(qū)與太陽直射點的緯度差，若所求地和太陽直射點在同一半球，取兩地緯度之差，若所求地和太陽直射點不在同一半球，取兩地緯度之和，再用90o-兩地緯度差即為所求地的正午太陽高度。

晨昏線與經線和緯線：

(1)根據(jù)晨昏線與緯線相交判斷問題

①晨昏線通過南北極可判斷這一天為3月21日或9月23日前后;

②晨昏線與南北極相切，北極圈內為晝，可判斷這一天為6月22日前后，北半球為夏至日，北半球為夏季，南半球為冬季。

③晨昏線與南北極相切，北極圈內為夜，可判斷這一天為12月22日前后，北半球為冬至日，北半球為冬季，南半球為夏季。

(2)根據(jù)晨昏線與經線相交關系判斷晝長和夜長推算某地晝長或者夜長，求晝長時，在晝半球范圍內算出該地所在地的緯線圈從晨線與緯線圈交點到昏線與緯線圈交點，所跨的經度除以15即該地晝長，如果圖上只畫了晝半球的一半，要注意，圖中白晝所跨經度差的2倍，除以15才是該地的晝長。

黃赤交角：

(1)赤道平面和黃道平面的交角。目前是23o26'。

(2)太陽直射點在南北回歸線之間的移動

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