“晝夜長短及正午太陽高度的分布變化”專題

一、考核方向分析

1.考點分布

2.考核方向

從考查內(nèi)容看，突出考查地球運(yùn)動基本原理規(guī)律的應(yīng)用，如時差計算、正午太陽高度、晝夜長短的分布變化等。

從能力要求看，側(cè)重考查讀圖分析、空間思維及邏輯推理能力。近年來高考采用的光照圖形式簡約、有用信息比較隱蔽，但對空間思維、邏輯推理能力的要求更高。

從呈現(xiàn)形式看，主要有兩類：一是以光照圖為載體考查時間、晝夜長短、正午太陽高度的計算判斷和季節(jié)現(xiàn)象的判斷；二是以社會、熱點、生活情景為素材考查對地球運(yùn)動原理的理解和應(yīng)用能力。

二、基本概念解讀

1.地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)

（1）地球自轉(zhuǎn)：①方向：自西向東，北逆南順。②周期：23時56分4秒（1恒星日）。③速度：角速度（除極點外，地表各地角速度均為15°/小時）；線速度（由赤道向兩極遞減）。

（2）地球公轉(zhuǎn)：①方向：自西向東。②軌道：近似正圓的橢圓，太陽位于其中的一個焦點上。③周期：365日6時9分10秒（1恒星年）。④速度：1月初地球位于近日點附近，公轉(zhuǎn)速度較快；7月初地球位于遠(yuǎn)日點附近，公轉(zhuǎn)速度較慢。

2.地方時、區(qū)時、北京時間

（1）地方時：因地球自轉(zhuǎn)，同一緯度上較東的地方比較西的地方時刻早，這種因經(jīng)度不同而出現(xiàn)的“東早西晚”的時刻稱為地方時。經(jīng)度每相差1°，地方時相差4分鐘。

（2）區(qū)時：為計時方便，地球上以經(jīng)度每15°作為一個時區(qū)，全球劃分為24個時區(qū)，每個時區(qū)中央經(jīng)線的地方時即為該時區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時——區(qū)時。相鄰的兩個時區(qū)，區(qū)時相差1小時。

（3）北京時間：我國東西跨5個時區(qū)，為了便于各地間的交流與聯(lián)系，全國統(tǒng)一采用北京所在的東八區(qū)的區(qū)時（120°E的地方時），稱為北京時間。

3.日界線

（1）自然日界線——0點經(jīng)線，時間不變，位置在變。0點經(jīng)線是昨天與今天的自然分界線，它隨地球自轉(zhuǎn)不斷變化，0點經(jīng)線向東為今天，向西為昨天。

（2）人為日界線——180°經(jīng)線，時間在變，位置不變。原則上規(guī)定以180°經(jīng)線作為“今天”和“昨天”的分界線，它是一條人為界線，自西向東過日界線要減一天，自東向西過日界線要加一天。當(dāng)0點經(jīng)線與180°經(jīng)線重合即180°經(jīng)線地方時為0時，此時全球為一個日期。

4.黃赤交角

黃赤交角是指黃道平面（地球公轉(zhuǎn)軌道面）與赤道平面的夾角。目前，黃赤交角的大小為23°26′。黃赤交角的存在使得太陽直射點在南北回歸線之間往返移動，進(jìn)而引起晝夜長短、正午太陽高度隨緯度和季節(jié)有規(guī)律的變化，最終形成了同一地區(qū)的季節(jié)更替和全球的五帶分布。

5.晨昏線

晨昏線是晝夜半球的分界線，晨昏線將某條緯線分為晝弧和夜弧兩部分。

（1）主要特點：①過地心的大圓，與太陽光線垂直；②始終平分赤道；③晨昏線上的各地太陽高度為0°，即太陽位于地平線上，代表日出、日落狀態(tài)；④晨昏線與經(jīng)線圈的夾角隨太陽直射點的緯度變化而變化。晨昏線在春、秋分時與經(jīng)線圈重合，二至?xí)r與極圈相切；⑤晨昏線以15°/時的角速度自東向西移動。圖3為3月21日～9月23日三種不同視角下的晨昏線。

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（2）誤區(qū)辨析：晨線上地方時為6：00，昏線上地方時為18：00（不正確）。二分日全球各地晝夜平分，晨線上各地地方時為6：00，昏線上各地地方時為18：00。春秋分以外的其它日期，只有赤道與晨、昏線交點的地方時為6：00、18：00，其它緯度的各地，夏半年晨線上地方時早于6：00，昏線上地方時晚于18：00。

6.太陽高度與正午太陽高度

太陽高度表示太陽光線與當(dāng)?shù)氐仄矫嫠傻膴A角。正午太陽高度就是一日當(dāng)中最大的太陽高度，即地方時12：00的太陽高度。圖4中H表示當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨取?/p>

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同一日正午太陽高度由太陽直射點向南北兩側(cè)遞減（近大遠(yuǎn)小）。同一緯度正午太陽高度的大小隨季節(jié)而變化。直射點向某地所在緯線方向移來，正午太陽高度增大，反之減小（來增去減）。如元旦這一天，太陽直射南半球，且在向北移動，因此北半球各地正午太陽高度逐漸增大。

三、原理知識梳理

1.影響太陽輻射分布的因素

影響太陽輻射分布的因素主要有緯度、晝長、地勢及天氣等，具體分析如圖5。

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2.正午太陽高度的變化

（1）緯度變化：同一天正午太陽高度從太陽直射點所在緯線向南北兩側(cè)遞減。如圖6所示：夏至日正午太陽高度由北回歸線向南北兩側(cè)遞減（圖中c線）；冬至日正午太陽高度由南回歸線向南北兩側(cè)遞減（圖中a線）；春秋分正午太陽高度由赤道向南北兩側(cè)遞減（圖中b線）。

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（2）季節(jié)變化。

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圖7中的A、B、C分別表示熱帶地區(qū)、回歸線上和溫帶地區(qū)正午太陽高度的年內(nèi)變化情況。

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3.晝夜長短的變化

（1）緯度分布：直射點的位置決定了各緯度地區(qū)的晝夜長短。對南北半球而言，太陽直射哪個半球，哪個半球就晝長夜短，緯度越高晝越長；太陽直射點向哪個半球移動，哪個半球就晝漸長夜?jié)u短；太陽直射的半球有極晝現(xiàn)象，相反的半球有極夜現(xiàn)象。如圖8所示。

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（2）季節(jié)變化：從春分日到秋分日，太陽直射北半球，北半球各地晝長夜短，北極附近有極晝現(xiàn)象，夏至日極晝范圍達(dá)一年中最大；從秋分日到次年春分日，太陽直射南半球，北半球各地晝短夜長，北極附近有極夜現(xiàn)象，冬至日極夜范圍達(dá)一年中最大。如圖9所示。

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（3）極晝、極夜的分布規(guī)律：每年兩極附近地區(qū)極晝、極夜交替出現(xiàn)。春分過后北極附近就會出現(xiàn)極晝，此后極晝范圍越來越大，到夏至日達(dá)到最大，邊界到達(dá)北極圈。夏至日過后北極附近極晝范圍逐漸縮小，到秋分日消失。秋分過后南極附近出現(xiàn)極晝，此后南極附近的極晝范圍越來越大，到冬至日達(dá)到最大，邊界到達(dá)南極圈。冬至日過后，南極附近極晝范圍逐漸縮小，至春分日消失。

太陽直射北半球，北極附近出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，南極附近出現(xiàn)極夜現(xiàn)象。極晝、極夜出現(xiàn)的時間隨著緯度的升高而變化，緯度越高，極晝和極夜的時間就越長。極點附近極晝極夜的時間長達(dá)半年左右，極圈上極晝極夜的時間僅為一天。

4.黃赤交角變化帶來的影響

（1）黃赤交角變化與五帶范圍：黃赤交角變小→回歸線度數(shù)變小、極圈度數(shù)變小→太陽直射范圍、極晝極夜范圍縮小→熱帶、寒帶范圍縮小、溫帶范圍擴(kuò)大。

（2）黃赤交角變化與晝夜長短：黃赤交角變大→中低緯度地區(qū)夏半年晝變長，冬半年晝變短，晝夜長短變化幅度將變大；兩極地區(qū)出現(xiàn)極晝、極夜的緯度范圍將擴(kuò)大。

借助幾何圖示分析黃赤交角變化與晝夜長短的關(guān)系變抽象為直觀，易于理解。以北半球夏至日為例，當(dāng)黃赤交角為23°26′時，太陽光照線為a，對應(yīng)晨線為m，北半球中低緯度晝長與夜長分別為A、A′；當(dāng)黃赤交角變小時，太陽光照線為b，對應(yīng)晨線為n，晝長與夜長分別為B、B′。比較發(fā)現(xiàn)：BA′，即黃赤交角變小，夏至日時北半球中低緯度晝變短，夜變長；A/A′>B/ B′，即黃赤交角變小，北半球中低緯度晝長與夜長比值減小。同理，該日（北半球夏至日）南半球中低緯度晝變長，夜變短，晝長與夜長比值增大。

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（3）黃赤交角變化與正午太陽高度：黃赤交角變小→中緯度地區(qū)正午太陽高度夏半年變小，冬半年變大→正午太陽高度的年變化減小。

5.太陽視運(yùn)動

太陽視運(yùn)動軌跡是以觀測點為中心，目視太陽在天球上運(yùn)行的軌跡。太陽周日視運(yùn)動實質(zhì)上是地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動的反映。以圖11為例。

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該地為40°N地區(qū)太陽運(yùn)行軌跡示意圖，圖中A、B、C分別為北、南、東方向，①②③分別為夏至日、二分日、冬至日的太陽視運(yùn)動路徑，H3為冬至日的正午太陽高度，其大小為90°-（40°+23°26′）=26°34′。日出、日落的方位與晝夜長短變化的關(guān)系（北半球）可總結(jié)如表3。

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四、方法技巧歸納

1.地外生命條件的分析

對地外生命的探索是人類不懈的追求。對地外可能存在生命的條件分析，可以地球生命存在的原因為范例，從大氣、表面溫度、液態(tài)水等方面進(jìn)行判斷推理：根據(jù)行星的體積、質(zhì)量確定大氣層的厚薄；從行星與太陽距離的遠(yuǎn)近判斷表面溫度高低，結(jié)合自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)周期長短、大氣層的厚薄，推斷晝夜溫差的變化幅度，由此確定液態(tài)水存在的可能性。

在分析時，可與地球進(jìn)行比較，以找出生命條件的差異。以火星表面溫度的分析為例：火星與太陽距離比地球稍遠(yuǎn)；火星自轉(zhuǎn)周期比地球長；火星體積、質(zhì)量比地球小，大氣層更薄，夜晚保溫效應(yīng)差。因此火星表面溫度比地球低，且晝夜溫差大。

2.地方時和區(qū)時的計算

（1）地方時的計算。計算依據(jù)：地球自轉(zhuǎn)，東早西晚，1度4分，東加西減。計算步驟：①定時：確定用以計算的參照時間，參照時間可以從題目的相關(guān)材料中獲取，也可利用光照圖的特殊經(jīng)線進(jìn)行判斷，如6：00、18：00、0：00、12：00經(jīng)線等。②定向：確定所求點與已知時間點的相對東、西方向。如圖12中求E點的地方時，以D點作為已知時間點，則E點位于D點以東，應(yīng)為“東加”；若求F點地方時，以B點作為已知時間點，則F點位于B點以西，應(yīng)為“西減”。③定差：確定所求點與已知時間點的經(jīng)度差，以確定時差。如E點所在經(jīng)線與ND經(jīng)線相差45°，時差為3小時。④定值：根據(jù)前面所確定的條件計算出所求時間，如E點地方時為12+3=15∶00，F(xiàn)點地方時為24-3=21∶00。

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（2）區(qū)時的計算。①求時區(qū)：用該點的經(jīng)度除以15°，所得商（余數(shù)大于7.5°進(jìn)上，小于7.5°則舍去）保留整數(shù)即為該地所在時區(qū)數(shù)，東西時區(qū)根據(jù)東西經(jīng)度確定。②求時區(qū)差：若兩地同為東時區(qū)或西時區(qū)，則時區(qū)數(shù)相減；若兩地分別屬于東、西時區(qū)，則時區(qū)數(shù)相加。③求區(qū)時：所求地的區(qū)時=已知地的區(qū)時±時區(qū)差。若所求地與已知地同在東時區(qū)或同在西時區(qū)，所求地在已知地東面，則用“+”；所求地在已知地西面，則用“-”（即“東加西減”）；若所求地與已知地分別在東、西時區(qū)，則知東時區(qū)求西時區(qū)用“-”，知西時區(qū)求東時區(qū)用“+”。若求出的時間>24小時，則時間減24，日期加1天；若所求時間為負(fù)值，則時間加24小時，日期減去1天。

（3）時間計算參照方法。①赤道參照法：赤道始終晝夜平分，6：00日出、18：00日落。②晨昏圈切緯線法：晨昏圈與緯線切點所在的經(jīng)線地方時為0：00或12：00。③直射經(jīng)線法：直射經(jīng)線地方時為12：00。④平分晝夜半球法：晝半球中央經(jīng)線地方時為12：00，夜半球中央經(jīng)線地方時為0：00。⑤日太陽高度最大法：正午太陽高度12：00出現(xiàn)，物影最短。

3.晝（夜）長的計算方法

（1）利用日出日落時間計算：晝長=日落時刻-日出時刻=2×（12-日出時間）=2×（日落時間-12）。

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（2）利用晝弧計算：晝長=晝弧度數(shù)/360°×24=晝弧度數(shù)/15°。

（3）利用太陽高度計算：晝長即為某地太陽高度大于0的時段間隔。

（4）利用對稱“互補(bǔ)”規(guī)律計算：①同一天南北半球緯度相同的兩地，晝長和為24小時（一地晝長等于另一地夜長）；②同一地冬至日與夏至日的晝長和為24小時→推論：關(guān)于夏至、冬至對稱的兩個日期，其晝長、夜長、日出時間、日落時間相等；關(guān)于春分、秋分對稱的A、B兩天，則A晝長等于B夜長，A夜長等于B晝長。

4.正午太陽高度的計算與應(yīng)用

（1）正午太陽高度的計算。正午太陽高度角=90°-緯度差。“緯度差”是指所求地點和太陽直射點的緯度間隔。若所求地點與直射點在同一半球（南或北），“緯度差”為大數(shù)減去小數(shù)；若所求地點與直射點不在同一半球（南或北），“緯度差”為兩點的緯度之和。

（2）正午太陽高度的應(yīng)用。①確定地方時。當(dāng)某地太陽高度達(dá)一天中的最大值時，日影最短，當(dāng)?shù)氐胤綍r為12時。②確定當(dāng)?shù)鼐暥取Ｕ缣柛叨菻=90°-緯度差（當(dāng)?shù)鼐暥扰c直射點緯度的差值）。③判斷日影長短及方向。正午太陽高度越大，日影越短；正午太陽高度越小，日影越長，且日影方向與太陽光線方向相反。④計算樓間距。以北半球中緯度地區(qū)為例（圖14），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為：L=h/tanH。⑤判斷晝長。一天中太陽高度大于0的時段即為晝長，也可以用此時段所跨經(jīng)度范圍（晝弧）占360°的比例來推算晝長。太陽高度為0即為日出、日落時刻。

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5.利用直射點突破疑難

（1）利用直射點計算正午太陽高度：正午太陽高度=90°-緯度差（所求緯度與直射點緯度的差）。注意：當(dāng)所求地點與直射點在同一半球時，要減去；不在同一半球時，要加上。

（2）利用直射點判斷晝夜長短：就南北半球而言，太陽直射的半球晝長夜短，緯度越高晝越長，且該半球有極晝現(xiàn)象，發(fā)生極晝的最低緯度與直射點的緯度和為90°。

（3）利用直射點判斷時間：太陽直射點所在經(jīng)線地方時為12時，為晝半球的中央經(jīng)線。

（4）利用直射點解讀光照圖：在太陽側(cè)視圖、展開圖中，晨昏線與經(jīng)線（或地軸）的夾角等于直射點的緯度。

6.光照圖的判讀技巧

（1）光照圖中的幾何關(guān)系：在側(cè)視圖中，直射光線的延長線過“地心”；晨昏圈平面與太陽光線垂直；赤道始終晝夜平分（晨線、昏線與赤道交點地方時分別為6點、18點）；出現(xiàn)極晝極夜的最低緯度與直射點緯度互余。

（2）光照圖中的點與角

直射點：計算正午太陽高度；判斷晝夜長短；確定時間（太陽直射點所在經(jīng)線地方時為12時）。

晨昏線與赤道的交點：赤道上始終晝夜平分，晨線和赤道交點的地方時為6時，昏線和赤道交點的地方時是18時。

晨昏線與緯線的切點：晨昏線與緯線有兩個切點，分別是出現(xiàn)極晝、極夜現(xiàn)象的最低緯度，其所在的經(jīng)線分別是晝半球、夜半球的中分線，地方時分別為12：00， 0：00。

晨昏線與緯線的交點：晨昏線把所在緯線分為晝弧和夜弧，兩個交點的地方時分別是該緯線的日出、日落時間，由此可以計算該緯線的晝長或夜長。

晨昏線與經(jīng)線的夾角：在二分日時，晨昏線與經(jīng)線圈重合。其它日期晨昏線與經(jīng)線斜交，其夾角與直射點的緯度值相等，由此可確定太陽直射點的位置，進(jìn)而推算發(fā)生極晝、極夜現(xiàn)象的最低緯度。

太陽光線與晨昏圈的夾角：太陽光線與晨昏圈平面始終垂直。利用這一特點可判斷日出、日落方位及日影朝向。

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（3）光照圖還原法：將陌生的局部圖、變式圖向常規(guī)的基本圖形回歸是光照圖判讀的常用思路。對于各種變式圖，選準(zhǔn)角度畫一張常規(guī)圖尋找對應(yīng)的點、線、面，可以化解難點、降低難度，問題也就迎刃而解。如糾錯筆記中的例2。

五、診斷糾錯筆記

例1：（2012年天津文綜卷）第30屆奧運(yùn)會將于2012年7月27日19時12分（零時區(qū)區(qū)時）在倫敦開幕。各國學(xué)生若計算在本地觀看奧運(yùn)會開幕式現(xiàn)場直播的日期、時刻，可依據(jù)圖16中的：

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[參考答案] A

[錯因分析]本題考查的實質(zhì)是選擇正確表達(dá)奧運(yùn)會開幕時倫敦時間的圖示。

AB為日期分布示意圖。答題思維障礙：不明白已知信息與圖示間的關(guān)系，即根據(jù)已知信息推斷0：00經(jīng)線的度數(shù)及全球日期分布狀況。思路點撥：根據(jù)倫敦時間為2012年7月27日19時12分，可計算72°E地方時為0：00。故此時全球以72°E和180°經(jīng)線為界分為27日和28日兩個日期。

CD是以極地為中心的光照圖。答題誤區(qū)：不能根據(jù)日期判斷極晝、極夜的范圍是否合理；不知判斷圖中倫敦時間是否符合。思路點撥：C項中標(biāo)示的倫敦時間與19：12相去甚遠(yuǎn)；D項中北極附近出現(xiàn)極夜現(xiàn)象，與7月27日不符。

[糾錯行動]解答本題需具備的基本知識和原理有時差計算、日期分界線、晝夜長短的分布規(guī)律等。解答問題的突破口：圖示表達(dá)的日期（日期分界、晝夜長短）、時刻與“倫敦時間為7月27日19時12分”相符，因此理解題目的考查意圖是解答問題的關(guān)鍵所在。

例2：（2012年福建文綜卷）圖17中N為北極點，A、M、B位于地球表面，NP為經(jīng)線，NM的球面最短距離為2 553千米。讀圖完成（1）～（3）題。

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（1）若AM為昏線，則此時節(jié)：

A.巴黎香榭麗舍大道落葉遍地

B.日本富士山櫻花爛漫

C.阿根廷潘帕斯草原牧草枯黃

D.北京頤和園雪飛冰封

（2）若觀測到M地日影最短的時刻是北京時間12時40分，則M地大致位于：

A.66°N，110°E B.67°N，110°E

C.66°N，130°E D.67°N，130°E

（3）若在M地垂直立竿，則圖18中MM′所示日照竿影朝向正確的是：

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A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

[參考答案]（1）D （2）B （3）D

[錯因分析]不能理解題意、讀懂圖示，把局部圖還原為完整的極地附近光照圖（如圖19所示）。第（1）題不能根據(jù)北極點確定地球自轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而結(jié)合AM為昏線推斷AMB以內(nèi)為極夜區(qū)。第（2）題不理解“M地日影最短”為當(dāng)?shù)卣鐣r刻，也就無從確定當(dāng)?shù)亟?jīng)度。第（3）題不能正確理解晝夜長短、特殊時刻（極晝期0點等）與日影朝向的關(guān)系。

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[糾錯行動]解答本題需調(diào)用的基本知識和原理有根據(jù)球面距離計算緯度、地方時、晝夜長短的變化、日影朝向等。根據(jù)題目條件將變式光照圖還原為常規(guī)光照圖是解答該題的關(guān)鍵，熟練的計算技能、靈活的原理應(yīng)用能力是正確解答問題的保障。

六、考前試題預(yù)測

我國某校地理興趣小組對教學(xué)大樓四周日照情況進(jìn)行觀測。圖20示意某日教學(xué)大樓日出、日落樓影分布，讀圖回答1～2題。

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1.該日接受日照時間最長的地點是：

A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

2.該日當(dāng)?shù)氐臅冮L約為：

A.3小時 B.15小時 C.9小時 D.18小時

[解析]第1題根據(jù)圖中日出、日落樓影分布及各點位置判斷日照時間長短。第2題由圖示日影分布判斷該地此日日出東南、日落西南，且從日出到日落樓影大致轉(zhuǎn)過135°，由此判斷9小時最為符合。若晝長為3小時，從日出到日落樓影大約轉(zhuǎn)過45°。

讀某地一年內(nèi)某時段正午太陽高度變化圖21（其中A對應(yīng)的日期為6月22日），回答3～4題。

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3.該地的緯度可能是：

A.0° B.10°N

C.10°S D.23°26′N

4.在AB區(qū)間內(nèi)：

A.該地一直晝長夜短

B.地球的公轉(zhuǎn)速度一直在變快

C.太陽直射點在南半球

D.太陽直射點正向北移動

[解析]第3題該地年內(nèi)有兩次直射，地處南北回歸線之間。若地處赤道或南半球，6月22日正午太陽高度應(yīng)達(dá)一年中最小。第4題AB區(qū)間太陽直射點由北回歸線向南移至10°N的時段。此時段地球公轉(zhuǎn)速度先變慢后加快。

5.圖22中陰影部分表示夜半球，非陰影部分表示晝半球，讀圖回答下列問題。

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（1）比較甲、乙、丙三地隨地球自轉(zhuǎn)角速度和線速度的大小。

（2）說出該日乙、丙兩地日出時間。

（3）該日北京一豎直旗桿頂端的日影軌跡是圖23中的________，這是________的反映。

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（4）把此刻的晝夜半球分布情況轉(zhuǎn)繪到圖24中。

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參考答案：

1.D 2.C 3.B 4.A

5.（1）角速度：甲=乙>丙；線速度：甲>乙>丙（2）日出時間：乙地8時，丙地6時（3）A 地球自轉(zhuǎn)（4）略。▲

（本文由山東省臨沂一中李慎中、山東省臨沂市教科研中心相煒撰稿）