“正午太陽高度”專題

丁夏男 趙淑文

一、核心考點（表1）

二、知能構建

1.緯度變化規律

文字描述：由太陽直射點所在緯線向南北兩側遞減。春秋二分日由赤道向南北兩側遞減；夏至日由北回歸線向南北兩側遞減；冬至日由南回歸線向南北兩側遞減。

圖形說明：圖1。

2.季節變化規律

文字描述：太陽直射點靠近時變大，遠離時變小。北回歸線及其以北：夏至日達最大值，冬至日達最小值；南北回歸線之間：太陽直射時達最大值，夏至日赤道與南回歸線之間達最小值，冬至日赤道與北回歸線之間達最小值；南回歸線及其以南：冬至日達最大值，夏至日達最小值。

圖形說明：圖2。

3.計算方法

文字描述：正午太陽高度H=90°-兩點緯度差δ。“兩點”指觀測點與太陽直射點。若兩點同在北（南）半球，兩點緯度差為大數減去小數；若兩點分屬于南北不同半球，兩點緯度差為兩點緯度之和。

圖形說明：如圖3，當太陽直射B點時，A點正午太陽高度為90°-δ=90°-（40°-10°）=60°；C點正午太陽高度為90°-δ=90°-（10°+23°26′）=56°34′。

4.實際運用

（1）確定地方時。運用正午太陽高度確定地方時：當某地太陽高度達到一天中最大值時，就是一天的正午時刻，此時該地地方時為12時，“立竿無影”。

（2）確定當地地理緯度。緯度相差多少度，正午太陽高度就相差多少度。根據某地某日（二分二至）正午太陽高度，可判斷該地區緯度大小。

（3）確定房屋朝向。為獲得充足的太陽光照，確定當地房屋朝向與正午太陽所在位置有關。北回歸線以北地區，正午太陽位于南方，房屋朝南；南回歸線以南地區，正午太陽位于北方，房屋朝北。

（4）判斷日影長短及方向。

文字描述：太陽直射點上，物體影長為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。

日影朝向永遠背離太陽的方向，北回歸線以北地區，正午日影全年朝北（北極點和北極圈及其以內的極夜期除外），冬至日日影最長，夏至日最短；南回歸線以南地區，正午日影全年朝南（南極點和南極圈及其以內的極夜期除外），夏至日日影最長，冬至日最短；南北回歸線之間的地區（不包括回歸線），一年中有兩次太陽直射，正午日影有兩種情況：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（日影與物體本身重合，等于0）。

圖形說明：圖4。

（5）確定樓間距、樓高。

文字描述：為保證各層樓都有良好的采光條件，樓與樓之間應保持適當距離。以我國為例，如圖5，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=hcotH。

圖形說明：圖5。

（6）太陽能熱水器傾角調整。

文字描述：為更好利用太陽能，應不斷調整太陽能熱水器與樓頂平面之間的傾角，使太陽光與集熱板之間成直角。其傾角和正午太陽高度角的關系為α+H=90°。

圖形說明：圖6。

三、圖表剖析

1.基本圖形（圖7）

太陽高度：太陽高度角的簡稱，表示太陽光線與地平面的傾角，總是大于0°或者等于90°（正午太陽高度角為90°）。

變化規律：日出時，太陽高度為0°；日出以后，太陽高度增大；正午（地方時12時），太陽高度達最大。正午過后，太陽高度減小；日落時，太陽高度為0°。

2.常見變式圖

（1）正午太陽高度隨緯度的變化規律。

文字描述：赤道正午太陽高度年變化在66°34′至90°之間，每年春分日與秋分日有直射現象。冬至日和夏至日時正午太陽高度最小，為66°34′。

圖形說明：圖8。

（2）正午太陽高度隨時間的變化規律。

文字描述：北極點春分至秋分正午太陽高度大于0°，出現極晝，其中夏至正午太陽高度達一年中最大，并且極晝范圍擴大到整個北極圈以內；秋分至春分正午太陽高度小于0°，出現極夜，其中冬至極夜范圍擴大到整個北極圈以內，南極點相反。回歸線與赤道之間由于有兩次直射現象，因此正午太陽高度最大值有兩次達90°，并且最小值不低于43°08′。

圖形說明：圖9。

四、技巧點撥

正午太陽高度計算與應用，是高考考查的重點，這部分內容很容易與日常生產生活相聯系，從而取源于我們的生產生活，因此復習備考中應高度重視以下考查層面。

規律：從太陽直射點往南北兩側遞減；離直射點距離越近（緯度差越小），正午太陽高度越大。

最值：太陽直射北回歸線，北回歸線以北地區達一年中最大值，整個南半球達一年中最小值；相反，太陽直射南回歸線時，南回歸線以南地區達一年中最大值；整個北半球達一年中最小值。

公式：H=90°-兩點緯度差，此外，兩點間的正午太陽高度差等于緯度差。

影子的長短變化與方向：正午太陽高度角變大，影子變短；方向由太陽的位置確定。

地方時：一天之中太陽高度最大時地方時為12時。

樓間距：抓住關鍵點正午太陽高度角大小。

五、典題精練

例1：（2013年福建卷）福建某中學研究性學習小組，設計了可調節窗戶遮陽板，實現教室良好的遮陽與采光。圖10示意遮陽板設計原理，據此回答問題。

1.遮陽板收起，室內正午太陽光照面積達一年最大值時：

A.全球晝夜平分 B.南極圈以南地區出現極晝

C.太陽直射20°S D.北半球為夏季

2.濟南某中學生借鑒這一設計，若兩地窗戶大小形狀相同，則應做的調整是：

①安裝高度不變，加長遮陽板 ②安裝高度不變，縮短遮陽板 ③遮陽板長度不變，降低安裝高度 ④遮陽板長度不變，升高安裝高度

A.①④ B.①③ C.②③ D.②④

解析：

第一步：讀材料，明圖示（如圖11）。

第二步：建聯系，調知識。

福建位于北回歸線以北，太陽直射南回歸線，正午太陽高度最小；隨太陽直射點的北移，正午太陽高度角逐漸增大，直到直射北回歸線時達到一年中最大值。

第三步：析選項，慎選擇。

第1題，“遮陽板收起，室內正午太陽光照面積達一年最大值時”即為一年的正午太陽高度最小時。該地正午太陽高度達一年中最小值是冬至日，太陽直射南回歸線，此時南極圈及其以南地區出現極晝現象，因此選B。第2題，濟南的緯度比福建更高，一年中正午太陽高度角的最大值和最小值都比福建小，正午太陽照射室內面積的最大值會更大，因此為了讓遮陽板達到更好效果，如果安裝高度不變，正午太陽高度變小，太陽光線更斜，則遮陽板必須加長，如圖12虛線所示；如果遮陽板長度不變，則安裝高度應降低，如圖13虛線所示，因此選B。