“宇宙中的地球”专题复习

2012-04-29耿夫相

地理教育 2012年8期

关键词：日影极昼纬线

耿夫相

一、考点点击

1.考点解读

考点1：地球运动的基本特点

【主干知识】

【命题方向】

该考点是地球运动部分的基础知识，是考生学习和理解地球运动地理意义的基础，也是高考的常考点，试题类型主要以选择题的形式出现，试题的难度相对较小。考生在平时的复习中尤其要理解恒星日和太阳日不同的根本原因，而不是记忆恒星日与太阳日时间长度的差别。

考点2：地球自转的地理意义

【主干知识】

【命题方向】

对“地球自转”知识点的考查主要集中在“地方时计算”部分，如2004年全国卷一1～4题、2004年全国卷二10～12题、2004年全国卷四4～6题、2005年全国卷三第3题、2006年广东卷11～13题、2006年全国卷一9～11题、2006年重庆卷1～3题、2007年海南卷3～4题2007年全国卷二10～11题2008年北京卷第2题、2009年上海卷3～4题、2009年宁夏卷第3题、2010年四川卷第11题等，从情境看主要以重大地理事件发生时间为背景，考查地方时、区时、日期等方面的计算能力；从统计看，最近几年有关地方时计算的题量明显减少，题目情境更抽象，题目难度增大。

考点3：地球公转的地理意义

【主干知识】

【命题方向】

这部分是最近5年考查主要内容，总体特点表现在提供的材料日趋抽象，试题难度不断增大。命题方向往往结合生产生活实际，以楼间距、太阳能热水器、雨棚、房屋朝向等为切入点考查正午太阳高度的计算及变化规律；以重大事件（如科学考查、国家领导人出国访问等）发生时间为背景，结合光照图，考查季节判断、昼夜长短的季节变化、正午太阳高度的分布和变化规律等。

2.高频考点

高频考点1：晨昏线

（1）晨昏线特点。晨昏线始终和太阳光线垂直；晨昏圈经过地心，为大圆；晨昏圈与赤道相互平分；晨线和昏线的中点在赤道上（即晨线的中点为6时，昏线的中点为18时）；晨昏圈与纬线圈的切点为0时（纬线圈极昼）或12时（纬线圈极夜）。

（2）晨昏线的判断。顺着地球自转方向越过晨线，则从夜半球进入昼半球，所以晨线的东侧是昼半球，西侧是夜半球；顺着地球自转方向越过昏线，则从昼半球进入夜半球，所以昏线的东侧是夜半球，西侧是昼半球。

（3）晨昏线的日运动。任何一天，晨昏线都随着地球的自转而不停地移动，由于地球自西向东自转，太阳直射点就自东向西移动，晨昏线也随之自东向西移动，可见，晨昏线的移动方向与地球自转方向是相反的，但移动速度与地球自转的角速度相同，为每小时15°。

（4）晨昏线与经线的关系。晨昏线与经线有重合、相交两种位置关系。每年春分日和秋分日晨昏线过极点且与经线重合。其它日期晨昏线与经线之间总有一个夹角，夹角的度数与直射点纬度相同。

（5）晨昏线与纬线的关系。晨昏线和纬线有三种关系：相交、相离、相切。晨昏线如果和纬线圈相交，就把纬线圈分成两部分：昼弧和夜弧，可以根据昼弧和夜弧所对应的圆心角计算纬线上各地的昼长和夜长；晨昏线如果和纬线圈相离，纬线圈则出现极昼或极夜现象；晨昏线如果和纬线圈相切，纬线圈则刚好出现极昼或极夜现象。

高频考点2：正午太阳高度角

（1）正午太阳高度公式。正午太阳高度角的大小通常用以下公式来计算：H=90°-|θ±δ|，H表示正午太阳高度角，θ表示所求地点的地理纬度，δ表示太阳直射点的地理纬度。当所求地点与太阳直射点在同一半球时取负号，在不同半球时取正号。|θ±δ|就是所求地点与太阳直射点的纬度距，当所求地点与太阳直射点在同一半球时，它们的纬度距较小，绝对值符号内取负号，反之，当它们不在同一半球时，纬度距较大，绝对值符号内取正号。

（2）太阳高度角对太阳辐射强度的影响。太阳辐射是地球上最主要的能量来源，而太阳辐射的强弱与太阳高度密切相关，从照射面积看：太阳高度愈大，等量太阳辐射照射的面积愈小，单位面积获得的光热愈多，太阳辐射强度愈大；反之，则愈小。从通过大气的路程看：太阳高度愈大，通过大气的路程愈短，被大气削弱的愈少，地面获得的光热愈多，太阳辐射强度愈大。

（3）太阳高度与物体影长关系。当地正午太阳高度越大，离太阳直射点的纬度距越小，地面物体的日影越短，反之越长，即某地正午影长与纬度距呈正相关关系，与太阳高度角大小呈反相关关系。若高为H的直立地面标杆，其正午影长为L，正午太阳高度角为α，则L= H·ctanα。为了保证充足采光状况，两幢建筑物之间应保持一定的间隔距离。

（4）太阳能热水器与地面的倾角。为保证太阳能热水器能获得充足的太阳能量，其受热面应与太阳光线保持最大的角度。其受热面的倾斜角度（β）与正午太阳高度（α）呈互余关系，即α+β=90°。由于正午太阳高度因纬度而不同，随季节而变化，因此在不同地区和不同季节，太阳能热水器倾斜角度应因地、因时制宜，最好能把支撑杆设计成活动装置，可因地、因时进行调节，保证受热面与太阳光线保持最大的夹角，以获取最大的太阳能。如图3所示。

高频考点3：时间计算

（1）地方时计算：已知两地的经度和其中一地的地方时，计算另一地的地方时，由两地的经度差计算出两地的时间差，根据东加西减的原则进而求出所求地点的地方时。

（2）飞机或轮船运行时间的计算：应把起点与终点的时间转化为同一地点的时间，起止时间差即为运行时间。

（3）日期的确定：连续两天的分界线为0点和180°经线。自西向东过0点加一天，自西向东过180°经线减一天。从理论上讲，某一时刻地球上两天日期的分界线，一条是不断变动的0时经线，另一条是固定的180°经线（日期变更线）。

二、知识网络

1.知识图解

地球运动有两种形式：自转和公转，自转产生赤道平面，公转产生黄道平面，赤道平面和黄道平面有一定的夹角，即黄赤交角。由于黄赤交角的存在，并且地轴在宇宙空间的方向不因季节而变化（如图4所示），因而，太阳直射点相应地在南北回归线之间往返移动。当地球运行到B、D位置时，太阳直射点分别达最北和最南位置，因为黄赤交角为23.5°，所以南北回归线的纬度数23.5°；当地球公转到图5中的A、C位置时，太阳直射在赤道上。由于地球周而复始地绕日公转，因此，一年中太阳直射在南北回归线之间有规律地运动，12月22日到次年6月22日，太阳直射点一直向北移动；6月22日到12月22日，太阳直射点向南移动，其直射点移动规律如图6所示，太阳直射点的移动，使得正午太阳高度角变化，日影也随之变化。正午太阳高度和昼夜长短的变化产生四季更替现象，夏季是一年中正午太阳高度角最大，白昼最长的季节，冬季为一年中正午太阳高度最小，白昼最短的季节。

2.知识拓展

从图7可以看出，自然环境各要素的空间分布及其季节变化都与地球运动、地球形状关系密切，人类活动受自然环境的制约，所以人类生产生活也与地球运动有密切的关系。由于黄赤交角的存在，太阳直射点有南北移动的现象，使得正午太阳高度角和昼夜长短发生变化，从而形成了四季，不同季节的光热水条件不同，造成一地的自然景观具有季节变化。由于农业生产的对象是生物，而且不同的生物需要的自然条件不同，所以农业生产具有明显的季节性、地域性和周期性。光、热、水、土等自然要素条件好的地方，有利于农业生产，农业相对发达，农业剩余产品较多，促进了城市的形成和发展。由于地球是一个球体，不同纬度得到的太阳辐射总量不同，地球表面形成了七个气压带和六个风带，在常年盛行风的吹拂下，海洋表层的海水大规模有规律地移动，就形成了洋流。由于太阳直射点的移动，全球气压带和风带随其南北移动，使得大陆西岸不同季节受到气压带和风带的交替控制，大陆西岸形成了不同的气候类型。自然环境各要素之间相互影响、相互制约，构成地理环境的整体性。

三、重点升华

1.要点突破

要点突破1：光照图的转换

光照图的判读历来是高中地理教学的重点和难点，也是高考的常考点，同时也是高考中的失分点。光照图样式纷呈，变化多样，其实，都是因为观察者所处视角不同造成的，观察者在不同角度，就会看到不同的光照图。如图8所示，此刻太阳直射在O点，太阳光线与地球相切A、B点。因为太阳光线为平行光，且地球不发光、不透明，所以太阳光线总是照亮半个地球，这样就形成了昼、夜半球。如果观察者的视线和太阳光线平行，如箭头①所示，则观察者所看到的半球全是昼半球，如图9a所示。图9 为图8不同角度所观察到的光照图。

要点突破2：极昼地区太阳视运动

（1）极昼最低纬度的太阳视运动。在极昼的最低纬度上，太阳高度的日变化是这样的：一日开始时（即地方时0：00），太阳位于当地地平线上，太阳高度角为0°，之后逐渐增大至当地正午时，达一日最大值，此时正午太阳高度角为太阳直射点纬度的两倍，而后逐渐变小，至该日结束时，太阳又落到当地地平线上，太阳高度又变成了0°（图10所示）。

（2）极点上的太阳视运动。极点上，一日24小时太阳始终位于天空某一高度（即一日的开始、正午及结束，太阳高度角一样大，为太阳直射点的纬度数）没有变化。如图11所示，⊙O为当地的地平圈，带有箭头的圆圈为太阳该日的视运动路线，该日太阳始终位于天空某一高度，该高度为太阳直射点的地理纬度。如果是北极点，太阳的周日视运动的方向为顺时针方向，如果为南极点，则太阳视运动的方向为逆时针方向。

（3）极点与极昼最低纬度之间地区的太阳视运动（图12）。在极点与极昼的最低纬度之间，一日开始时太阳已位于地平线上a高度，a值等于该地与极昼最低纬度的纬度差，纬度相差几度，一日开始时的太阳高度角就是几度（例如，当极昼的最低纬度出现在80°N时，85°N某地一日开始时的太阳高度就是5°），之后，太阳高度逐渐增大，至当地正午时达一日最大值，正午过后逐渐减小，一直到该地这一日结束时，太阳仍落于地平线之上一定高度，太阳高度大小与这一日开始时一样大。

要点突破3：太阳高度等值线

太阳高度等值线是太阳高度相等各点的连线。图13为某时刻太阳光照图，图14为此刻太阳高度等值线的分布图。阅读太阳高度等值线图应注意以下几个方面。

（1）示意图的中心点为太阳直射点，所以通过该点的经线地方时为13点正；通过该点的纬线即为此日太阳直射的纬线，其太阳高度为90°。

（2）在太阳直射的经线上，太阳高度角相差多少度，纬度就相差多少度；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；如果太阳直射其它纬线，此纬线上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。

（3）在判读时要注意正午太阳高度与太阳高度的区别；地方时、北京时间和世界时的区别等。

要点突破4：昼夜长短的变化

晨昏线把所穿过的纬线圈分为昼弧和夜弧，一个地点昼夜的长短取决于它所在纬线圈昼弧和夜弧的比例关系，昼长为该地点在昼半球所经历的时间，夜长为该地点在夜半球所经历时间。图15所示为6月22日北半球不同纬度的昼夜分布情况，与晨昏线相交的纬线，被晨昏线分成昼弧和夜弧，弧度数的大小代表着昼夜的长短。据图可看出，赤道上的昼弧和夜弧相等，表明赤道上的昼夜等长；B所在纬线昼弧约225°，即表示该纬线的昼长为15小时；A点所在纬线与晨昏线相切，出现极昼情况，昼长24小时。由上分析不难得出：纬度相同的所有地点，昼长相等，夜长也相等；太阳直射在北半球，北半球纬度越高，昼越长。同理，太阳直射南半球，南半球纬度越高，昼越长。由于太阳直射点的南北移动，同一地点在不同日期，其所在纬线圈昼弧和夜弧的比例关系不同。因此，随着太阳直射点的变化，同一地点的昼夜长短也发生变化。太阳直射点向哪个方向移动，哪个半球的昼长就变长，相反的半球昼长就变短。

要点突破5：日影的朝向和长短变化

（1）日出、日落时日影朝向。①在北半球春秋二分日，全球各地（除极点）太阳从正东面升起，正西面落下。因此日出时日影朝西，日落时日影朝东。②当太阳直射北半球时，除极昼、极夜地区外，都是东北方向升起，西北方向落下，日出时日影朝向西南，日落时日影朝向东南。③当太阳直射南半球时，除极昼、极夜地区外，都是东南方向升起，西南方向落下，日出时日影朝向西北，日落时日影朝向东北。

（2）正午日影朝向和长短变化。正午日影的朝向取决于太阳直射点的位置。由于太阳直射点在南北回归线之间周年往返移动，正午日影朝向不仅随空间，而且随时间变化而变化。①在北回归线以北地区，正午日影始终朝北。北半球夏至日，北回归线及其以北地区正午太阳高度最大，正午日影最短。北半球冬至日，太阳直射南回归线，北半球正午太阳高度最小，日影最长。②在南回归线以南地区，正午日影始终朝南。北半球冬至日，南回归线以南地区正午太阳高度最大，正午日影最短。北半球夏至日，南半球正午太阳高度最小，日影最长。③在南北回归线之间，一年有两次太阳直射（回归线上只有一次），日影最短（日影与物体本身重合）。

2.学法指导

（1）运用“图示法”变抽象为直观。地球公转及其意义是中学地理学科的最难部分，主要因为其空间性较强，复杂且抽象，使用“图示法”可以使抽象知识具体化、复杂问题简明化，便于学生接受、学习。例如，在学习“黄赤交角及其对太阳直射点的影响”时可以绘制图17，地球公转轨道平面（即黄道平面）同赤道平面不重合，它们之间存在黄赤交角。由于黄赤交角的存在，并且地轴在宇宙空间的方向不因季节而变化，因而，太阳直射点相应地在南北回归线之间往返移动，目前，黄赤交角是23.5°，南北回归线的度数就是23.5°。再如正午太阳高度是本专题的难点，通过图示法可以更容易理解正午太阳高度的时空变化的基本规律。夏至日北回归线及其以北地区，正午太阳高度角达极大值，冬至日达最小值；南回归线及其以南地区，冬至日正午太阳高度角达极大值，夏至日达最小值；回归线之间的地区，一年有两次极大值，一次极小值。正午太阳高度角随纬度的变化也可以通过图18来表示。图18是赤道、30°N、66°34′N、23°26′S四地的正午太阳高度随季节变化曲线，通过绘图可以看出，南北回归线之间的地区，正午太阳高度曲线为双峰曲线，且双峰靠的越近，该地越接近回归线；南北回归线之外的地区，正午太阳高度曲线为单峰曲线，纬度越高，最大值越小。

（2）运用几何知识分析基本原理。地球公转的地理意义，尤其是正午太阳高度角的变化和昼夜长短的变化如果运用所学的几何知识，从定量的视角进行数理推导和分析更有利于对该部分知识的理解和掌握。假设太阳直射在纬度为δ的M点，此刻Q（纬度为φ）地的正午太阳高度角H，看图19得知，H=90°-α，因为α=φ－δ，所以，H=90°－（φ－δ）。同理，与太阳直射点M相反半球的P点正午太阳高度H=90°－（φ+δ），两个公式合在一起，可以理解为H=90°-纬度距。

（3）把握概念内涵，明确概念本质。①昼夜现象、昼夜交替、昼夜长短。地球表面昼夜现象产生的原因是地球本身是不发光、不透明的球体，面向太阳一侧为白昼，背太阳一侧为黑夜，昼夜现象是一个静止概念。昼夜更替现象是指白天和黑夜交替变化的现象，是动态概念，主要是由于地球自转产生的，昼夜更替的周期是一个太阳日。昼夜长短是指某日某地的昼长和夜长情况，由于黄赤交角的存在，太阳直射点南北移动，除赤道外，其它纬度的昼夜长短发生变化。②太阳高度角、正午太阳高度角。太阳高度是太阳光线与地平面的夹角，由于地球自转，造成太阳高度角在一日内发生变化，太阳高度角大于0°为白昼，太阳高度角小于0°为黑夜，太阳高度角等于0°，表示日出或日落。正午太阳高度角是地方时12时的太阳高度，是一天中的最大太阳高度角。③北京时间、北京的地方时。北京时间是北京所在东八区的中央经线120°E的地方时，北京的地方时是北京所处的大约116°E的地方时，北京的地方时比北京时间晚16分钟。

四、实战演练

1.典题精讲

例1：（安徽文科综合卷）11月22日，某地理研究性学习小组在观测房屋采光状况时，发现甲楼阴影恰好遮住乙楼三层中部（如图20所示），在甲楼顶层GPS测得纬度为31.8366°、经度为117.2179°、高度为96 m。完成（1）～（2）题。

（1）隔25小时再次观测时，甲楼阴影可遮挡乙楼：

A.二层西部 B.四层东部

C.五层西部 D.七层东部

（2）此后一个月内：

A.法国进入冷饮畅销期B.广东省进入雨季

C.澳大利亚播种冬小麦D.云南省昼短夜长

考查目标：以研究性学习小组观测房屋采光状况为情境，考查学生对地球知识的掌握情况和空间想象能力以及获取和解读信息，并对其进行分析与整合的能力。

调用知识：太阳直射点的移动规律、正午太阳的变化、太阳周日视运动、季节判断、日影变化。

解析：第（1）题考查地球运动的地理意义。观测日影时间为11月22日，太阳直射在南半球，此刻日影朝向正北，推断此时正值正午时刻，材料告知“在甲楼顶层GPS测得纬度为31.8366°、经度为117.2179°”，可以判断该地理研究性学习小组位于北纬31.8366°，隔25小时再次观测时，太阳直射点往南移动了，高度角减小，影子向楼上移动；地方时正值13时，太阳向西边移动，所以甲楼阴影将向东移动。所以选B。第（2）题，此后一个月，即12月22日，为冬至日。法国、广东省、云南省均位于北半球，澳大利亚为南半球。所以AB不对；澳大利亚播种小麦的时间为3～5月，C不符合，所以选D。

答案：（1） B（2）D

例2：图21所示区域在北半球。弧线a为纬线，Q、P两点的经度差为90°；弧线b为晨昏线，M点为b线的纬度最高点。读图回答（1）～（3）题。

（1）若此时南极附近是极昼，P点所在经线的地方时是：

A.5时B.15时C.9时D.19时

（2）若此时为7月份，图中M点的纬度数可能为：

A.55°NB.65°N C.75°ND.85°N

（3）若Q地的经度为0°，此时正是北京日出。这个季节：

A.洛杉矶地区森林火险等级最高

B.长江下游枫叶正红

C.长城沿线桃红柳绿

D.南极地区科考繁忙

考查目标：考查学生调动地球运动和气候相关知识和空间想象能力以及获取和解读地理信息能力。

调用知识：太阳直射点的移动规律、气候特点和分布、地方时、季节判断、昼夜长短的变化规律。

解题思路：首先从题干可获取信息，此时南极附近是极昼现象，因此此时北极附近是极夜现象，再根据资料中提到的弧线b为晨昏线，M点为b 线的纬度最高点，把两者结合在一起考虑得出b 线以北应是夜，以南应是昼。M 是出现极夜的最低纬度，即正午太阳高度为零。该图是一个局部晨昏线图，考生看得不习惯，不易建立起空间概念，不直观，但可以把该局部图补绘成全图，如图22所示。由图可见m 点所在经线时间应是12点；根据材料中给出的Q、P两点的经度差为90°，判断出M、P经度差为45°，且P点又在点M的东侧，所以P地所在经线的地方时是15时。

第（2）题，若此时为7月份，则晨昏线b以北应为昼，以南应为夜，m点位极昼的最低纬度，此时出现极昼的纬度范围为66°34′N～90°N之间，可首先排除A、B两个选项。由于6月22日太阳直射点在北回归线，66°34′N及其以北出现极昼，9月23日太阳直射在赤道，太阳直射点每个月平均向南移动不到8°，到7月底最多也只能10°左右，不可能向南移动到5°N，只有移动到5°N时，85°N才会是出现极昼的最低纬度，所以可排除选项D。

第（3）题，因为Q点为0°经线，P点为90°E，M点为45°E，M点为晨昏线的最高纬度，因此可能是0时也可能是12时。假设M点为12时，则北京时间应该为15时，不会是日出时间；若M点为0点，则北京时间为5点，5点日出，说明昼长夜短，应为夏季。正确选项为A。

答案：（1）B （2）C （3）A

2.仿真模拟

“向日葵”房屋堪称人类与自然和谐的经典之作，房子能够伴随着太阳运行的方向自转，房顶的太阳能集热板能够自动与太阳光线垂直（如图23所示）。完成（1）～（2）题。

（1）若把“向日葵”房屋顶太阳能集热板朝北、朝东、朝南、朝西的方位角分别规定为0°、90°、180°、270°。某日，北半球不同纬度的甲、乙两地日出时太阳能集热板的方位角分别是α1、α2，正确的说法是：

A.如果α1>α2，则甲的正午太阳高度小于乙

B.如果α1=α2，则此日两地的昼长相等

C.如果α1<α2，则此日乙的昼长比甲长

D.如果α1<α2，则甲的纬度比乙低

（2）若北半球某地“向日葵”房屋集热板与水平顶面夹角某日的变化范围为60°～80°，下列说法正确的是：

A.当集热板与水平顶面的夹角最大时，地方时为12时

B.70°S纬线上的地点此日极夜刚刚结束