2023年高考题中太阳方位与日影问题选析

2023-12-06羊重荣

教学考试(高考地理) 2023年5期

羊重荣

(北京师范大学万宁附属中学)

一、真题分析

(2023年湖南省选考,9题)非洲冰鼠是啮齿类食草动物,夜伏昼出,不冬眠,不囤积食物,常通过晒太阳或蜷缩等方式应对寒冷。在非洲南部某山地(29°33′S,29°14′E)海拔2 800米处的缓坡上,某科研团队对非洲冰鼠群体的活动规律进行观测。图1示意连续几日观测的平均结果。据此完成9题。

图1

9.北京时间15∶00左右,非洲冰鼠冬季晒太阳的地点最可能位于该山地的

( )

A.东北坡 B.西北坡

C.东南坡 D.西南坡

【解析】第9题考查目标:时间计算、不同时间太阳在天球上的方位,从而找出能够晒太阳的地点。

关键信息:某山地(29°33′S,29°14′E)的缓坡,北京时间15∶00左右。

调用知识:根据两地经度计算地方时、北京时间的概念、太阳视运动规律。

思维路径:当地经度为29°14′E,根据它与120°E的经度差,可以计算出北京时间15∶00时,当地地方时=15-(120°E-29°14′E)÷15°/小时≈9时。当地在29°33′S,属于南半球,南半球在冬季时太阳直射北半球,所以日出东北,日落西北;正午时直射点在该地北方,所以正午时太阳位于当地正北,由此可知上午时间太阳均在东北方,上午的9时东北坡为向阳坡,因此在北京时间15∶00,非洲冰鼠冬季晒太阳的地点最可能位于该山地的东北坡,故选A选项。

【答案】9.A

(2023年山东省等级考,14,15题)某文化广场(37°N,105°E)上的十二生肖石像均匀排列成圆形,生肖鼠位于正北方。小明在圆中心竖立一根细杆以观察太阳周日视运动变化。图2示意夏至日两个时刻的杆影指向。据此完成14,15题。

图2

14.该地夏至日地方时16∶00时,杆影指向

( )

A.生肖虎 B.生肖虎与兔之间

C.生肖兔 D.生肖兔与龙之间

15.11月至次年2月,一日内被杆影指向的生肖石像个数最多为

( )

A.5个 B.6个 C.7个 D.8个

【解析】第14题考查目标:日影方向、地方时计算、太阳视运动规律。

关键信息:某文化广场的经纬度(37°N,105°E),生肖鼠位于正北方,图中示意夏至日北京时间9∶20杆影指向正西。

调用知识:地方时计算的方法,当地地方时12∶00时影子的方向在物体的正北或正南,杆影指向正西时太阳位于正东方,太阳视运动中的对称规律。

思维路径:由图可知,生肖鼠位于正北方,所以与其垂直的生肖鸡位于正西方,北京时间9∶20杆影指向正西;该文化广场位于105°E,当北京时间9∶20杆影指向正西时,根据北京时间的概念,可以计算出此时当地的地方时=9∶20-(120°E-105°E)÷15°/小时=8∶20,所以在当地地方时8∶20时太阳位于正东。从太阳视运动规律可以知道,一天中太阳在正东和正西的位置关于正午12时正南的位置对称,也就是说,正午12时太阳在天空中的位置处于正东和正西的中间位置,由此可以根据太阳在正东的时间计算出太阳在正西的时间等于12+(12-8∶20)=15∶40;该地在北半球,夏至日时日落西北,所以太阳在15∶40位于正西之后,其视运动会继续向西北方落下,因此,在当地地方时16∶00时,太阳位于西北方向(正西略偏北),杆影指向东南(正东略偏南),在四个选项中,只有兔与龙之间的地方位于杆的东南,所以选D选项。

【答案】14.D

【本题常见错误解析】太阳视运动变化角度为15°/小时,图中生肖石像均匀排列成圆形,两个相邻的生肖石间隔的圆心角为30°;正午12∶00太阳位于正南方,之后往偏西方向移动,地方时16∶00时太阳位于南偏西60°,杆影与太阳方位正好相反,对应杆影位于北偏东60°;生肖鼠位于正北方,北偏东60°指向生肖虎,A选项正确,B,C,D选项错误,故选A选项。

【错因简析】该地不在极点,太阳视运动在天空中方位的变化角度不是匀速的15°/小时,而是有快有慢,这个问题可以用实验观测加以检验,其解析忽略了这一点,因此出错。

【解析】第15题考查目标:日影方向、太阳视运动规律。

关键信息:某文化广场的纬度37°N,11月至次年2月。

调用知识:太阳直射点移动规律、太阳视运动规律、日影的方向。

思维路径1:11月至次年2月,太阳直射南半球,正午时直射点位于37°N以南,由此可以得到太阳在天空中的三个关键方位“日出东南—正午在正南—日落西南”,其对应的三个关键日影方位是“西北—正北—东北”,结合图上可知,在其范围内(小于180°)生肖石像个数最多为5个,故选A选项。

思维路径2:从11月到次年2月,该地昼短夜长,太阳在地平圈以上的视运动路线是一条劣弧,因此对应的日影范围也为劣弧,结合图上可知,在其范围内(小于180°)生肖石像个数最多为5个,故选A选项。

【答案】15.A

二、知识总结与提高

日影问题是一个既贴近生活又可以实际操作并用于生产的应用问题,下面做一简要总结。

(一)日影的方向

根据经验,光源与某一物体的影子位于物体相反的两侧。如图3所示,当太阳直射赤道时,在直射点处的直立物体没有影子(立竿无影);当太阳直射南半球时,位于赤道的该物体正午的日影朝向正北,由此可见,太阳直射点与直立物体的日影位于该物体相反的两侧。

图3

图4 日影长短及方向

图5

图6

图7 北半球太阳直射点以北的非极昼极夜某地

图8 南半球太阳直射点以南的非极昼极夜某地

图9 北半球刚出现极昼地区

图10 南半球刚出现极昼地区

图11 北极点(沿纬线自东向西水平移动,即顺时针方向移动)

图12 南极点(沿纬线自东向西水平移动,即逆时针方向移动)

北回归线以北的地区(北极点除外),在当地地方时12时的日影全年朝向正北;南回归线以南的地区(南极点除外),在当地地方时12时的日影全年朝向正南;南、北纬23°26′之间的地区在当地地方时12时的日影有南、北朝向的变化,例如,0°～23°26′N的地区在当地地方时12时的日影冬至日朝向正北,夏至日朝向正南。

(二)日影的长短

日影的长短取决于太阳高度的大小,二者呈负相关。所以在同一天中,日影最短的时刻是当地地方时12时,因为此时太阳高度最大。在不同日期,正午日影的长短取决于正午太阳高度的大小,二者呈负相关。例如,北温带在一年中的夏至日正午太阳高度最大,所以此时也是一年中正午日影最短的一天;而南、北纬23°26'之间的地区,受太阳直射时日影最短(等于0)。

(三)日影与时间

在同一天中,影子最短的时刻是当地地方时12时,这时,影子的方向在物体的正北或正南。

(四)太阳在天空中方位的变化

从太阳视运动路线图中可以观察到太阳在天空上运行的路线,能够看出在一天中不同时刻太阳方位的变化,把不同季节的太阳视运动路线图加以对照,就可以发现多种要素如日出、日落方位、正午太阳高度、昼夜长短的季节变化规律。总之,找到太阳在天空中的方位,就能确定日影的方位,反之亦然。

1.(一天中)太阳视运动轨迹

(1)运动轨迹:一天中,日出时太阳高度为0°,以后逐渐增大,至当地地方时12时达到最大值,之后,太阳高度逐渐与12时之前对称减小。

(2)三大信息:找出日出、正午、日落时太阳的方位。

2.(一年中)二分二至日太阳视运动轨迹

读图时,重点是找准日出、正午、日落这三个关键点的信息,如

(1)根据全年当地地方时12时太阳均位于正南方可以判断该地位于北半球。

(2)根据轨迹①日出东北方,日落西北方,昼长夜短且正午太阳高度在一年中最大可知这一天是夏至日。

(3)根据轨迹②日出正东方,日落正西方,说明这一天是春、秋分日。

(4)根据轨迹③日出东南方、日落西南方,昼短夜长且正午太阳高度在一年中最小,由此可知这一天是冬至日。

(5)从图中可以看出太阳周日视运动路线①夏至日时太阳方位的变化过程是:太阳东北升—东北方天空—正东—东南方天空—正南方天空—西南方天空—正西—西北方天空—西北落。其他的可以参照这个例子描述。

3.不同地区太阳视运动示意图的判读

(1)当太阳直射北半球时,在全球一天中既有昼又有夜的地区不分南、北半球都是日出东北,日落西北——共性是都偏北(因为直射北半球);当太阳直射南半球时,在全球一天中既有昼又有夜的地区不分南、北半球都是日出东南,日落西南——共性是都偏南(因为直射南半球);太阳直射赤道时,日出正东、日落正西——共性是既不偏南,也不偏北。

(2)有极昼时(极点除外)一天内仍然是正午太阳高度最大,0时(24时)太阳高度最小,但太阳终日不落。因此在刚开始有极昼的地方(如下图)若位于北半球,太阳升落方位均为太阳高度最小时的正北方;若位于南半球,太阳升落方位均位于太阳高度最小时的正南方。

(3)极昼期间的极点一天内太阳高度不变。

4.太阳视运动规律的应用