“正午太阳高度”专题

丁夏男 赵淑文

一、核心考点（表1）

二、知能构建

1.纬度变化规律

文字描述：由太阳直射点所在纬线向南北两侧递减。春秋二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。

图形说明：图1。

2.季节变化规律

文字描述：太阳直射点靠近时变大，远离时变小。北回归线及其以北：夏至日达最大值，冬至日达最小值；南北回归线之间：太阳直射时达最大值，夏至日赤道与南回归线之间达最小值，冬至日赤道与北回归线之间达最小值；南回归线及其以南：冬至日达最大值，夏至日达最小值。

图形说明：图2。

3.计算方法

文字描述：正午太阳高度H=90°-两点纬度差δ。“两点”指观测点与太阳直射点。若两点同在北（南）半球，两点纬度差为大数减去小数；若两点分属于南北不同半球，两点纬度差为两点纬度之和。

图形说明：如图3，当太阳直射B点时，A点正午太阳高度为90°-δ=90°-（40°-10°）=60°；C点正午太阳高度为90°-δ=90°-（10°+23°26′）=56°34′。

4.实际运用

（1）确定地方时。运用正午太阳高度确定地方时：当某地太阳高度达到一天中最大值时，就是一天的正午时刻，此时该地地方时为12时，“立竿无影”。

（2）确定当地地理纬度。纬度相差多少度，正午太阳高度就相差多少度。根据某地某日（二分二至）正午太阳高度，可判断该地区纬度大小。

（3）确定房屋朝向。为获得充足的太阳光照，确定当地房屋朝向与正午太阳所在位置有关。北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。

（4）判断日影长短及方向。

文字描述：太阳直射点上，物体影长为0；正午太阳高度越大，日影越短；反之，日影越长。正午是一天中日影最短的时刻。

日影朝向永远背离太阳的方向，北回归线以北地区，正午日影全年朝北（北极点和北极圈及其以内的极夜期除外），冬至日日影最长，夏至日最短；南回归线以南地区，正午日影全年朝南（南极点和南极圈及其以内的极夜期除外），夏至日日影最长，冬至日最短；南北回归线之间的地区（不包括回归线），一年中有两次太阳直射，正午日影有两种情况：正午日影夏至日朝向正南，冬至日朝向正北，直射时日影最短（日影与物体本身重合，等于0）。

图形说明：图4。

（5）确定楼间距、楼高。

文字描述：为保证各层楼都有良好的采光条件，楼与楼之间应保持适当距离。以我国为例，如图5，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=hcotH。

图形说明：图5。

（6）太阳能热水器倾角调整。

文字描述：为更好利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角，使太阳光与集热板之间成直角。其倾角和正午太阳高度角的关系为α+H=90°。

图形说明：图6。

三、图表剖析

1.基本图形（图7）

太阳高度：太阳高度角的简称，表示太阳光线与地平面的倾角，总是大于0°或者等于90°（正午太阳高度角为90°）。

变化规律：日出时，太阳高度为0°；日出以后，太阳高度增大；正午（地方时12时），太阳高度达最大。正午过后，太阳高度减小；日落时，太阳高度为0°。

2.常见变式图

（1）正午太阳高度随纬度的变化规律。

文字描述：赤道正午太阳高度年变化在66°34′至90°之间，每年春分日与秋分日有直射现象。冬至日和夏至日时正午太阳高度最小，为66°34′。

图形说明：图8。

（2）正午太阳高度随时间的变化规律。

文字描述：北极点春分至秋分正午太阳高度大于0°，出现极昼，其中夏至正午太阳高度达一年中最大，并且极昼范围扩大到整个北极圈以内；秋分至春分正午太阳高度小于0°，出现极夜，其中冬至极夜范围扩大到整个北极圈以内，南极点相反。回归线与赤道之间由于有两次直射现象，因此正午太阳高度最大值有两次达90°，并且最小值不低于43°08′。

图形说明：图9。

四、技巧点拨

正午太阳高度计算与应用，是高考考查的重点，这部分内容很容易与日常生产生活相联系，从而取源于我们的生产生活，因此复习备考中应高度重视以下考查层面。

规律：从太阳直射点往南北两侧递减；离直射点距离越近（纬度差越小），正午太阳高度越大。

最值：太阳直射北回归线，北回归线以北地区达一年中最大值，整个南半球达一年中最小值；相反，太阳直射南回归线时，南回归线以南地区达一年中最大值；整个北半球达一年中最小值。

公式：H=90°-两点纬度差，此外，两点间的正午太阳高度差等于纬度差。

影子的长短变化与方向：正午太阳高度角变大，影子变短；方向由太阳的位置确定。

地方时：一天之中太阳高度最大时地方时为12时。

楼间距：抓住关键点正午太阳高度角大小。

五、典题精练

例1：（2013年福建卷）福建某中学研究性学习小组，设计了可调节窗户遮阳板，实现教室良好的遮阳与采光。图10示意遮阳板设计原理，据此回答问题。

1.遮阳板收起，室内正午太阳光照面积达一年最大值时：

A.全球昼夜平分 B.南极圈以南地区出现极昼

C.太阳直射20°S D.北半球为夏季

2.济南某中学生借鉴这一设计，若两地窗户大小形状相同，则应做的调整是：

①安装高度不变，加长遮阳板 ②安装高度不变，缩短遮阳板 ③遮阳板长度不变，降低安装高度 ④遮阳板长度不变，升高安装高度

A.①④ B.①③ C.②③ D.②④

解析：

第一步：读材料，明图示（如图11）。

第二步：建联系，调知识。

福建位于北回归线以北，太阳直射南回归线，正午太阳高度最小；随太阳直射点的北移，正午太阳高度角逐渐增大，直到直射北回归线时达到一年中最大值。

第三步：析选项，慎选择。

第1题，“遮阳板收起，室内正午太阳光照面积达一年最大值时”即为一年的正午太阳高度最小时。该地正午太阳高度达一年中最小值是冬至日，太阳直射南回归线，此时南极圈及其以南地区出现极昼现象，因此选B。第2题，济南的纬度比福建更高，一年中正午太阳高度角的最大值和最小值都比福建小，正午太阳照射室内面积的最大值会更大，因此为了让遮阳板达到更好效果，如果安装高度不变，正午太阳高度变小，太阳光线更斜，则遮阳板必须加长，如图12虚线所示；如果遮阳板长度不变，则安装高度应降低，如图13虚线所示，因此选B。