四、地球自转和公转共同的地理意义
1、昼夜长短的判断和变化规律
（1）昼夜长短的判断
①某地的昼夜长短情况取决于该地所处纬线的昼弧和夜弧的长度比例，任一纬线的昼弧和夜弧的时间总长均为24小时。
②不同纬度的地点的昼长或夜长的比较，应比较两地昼弧或夜弧所占据的经度数值的大小，数值越大，时间越长，弧长上每150占据1个小时。
（2）昼夜长短的纬度变化规律
①春、秋分日：全球昼夜相等
②春分→夏至→秋分：由南向北昼越来越长，夜越来越短；南极附近有极夜；北极附近有极昼；夏至日时，极昼、极夜范围最大。
③秋分→冬至→次年春分：由南向北昼越来越短，夜越来越长；南极附近有极昼；北极附近有极夜；冬至日时，极昼、极夜范围最大。
（3）昼夜长短的周年变化规律
①北半球昼夜长短的周年变化规律：
太阳直射点位于北半球时，昼长夜短，北极点附近出现极昼现象，夏至日白昼最长，北极点到北极圈范围出现最大范围的极昼，黑夜最短。直射点位于南半球时，昼短夜长，北极点附近出现极夜现象，冬至日白昼最短，黑夜最长，北极点到北极圈范围出现最大范围的极夜现象。
②南半球昼夜长短的周年变化规律（略）
③赤道上昼夜长短无变化：全年昼夜相等
④极点上昼夜长短无变化：南北极点均为半年昼半年夜。
2、正午太阳高度角的计算和变化规律
（1）正午太阳高度角的计算
计算公式：H=900－纬度差（纬度差指所求地点与太阳直射点之间的纬度差；若两点在同一半球，纬度差为两地纬度值相减；若两点分别在南、北半球，纬度差为两地纬度值相加）
（2）正午太阳高度角的纬度变化规律
——太阳直射点的正午太阳高度角最大，为90°，分别向南、向北逐渐递减。
（3）正午太阳高度角的周年变化规律
例1：读某地正午太阳高度年变化情况图，回答（1）～（2）题。
（1）该地位于（ ）
A．南半球温带地区 B．北回归线以北地区
C．0°～23°26′N之间 D．0°～23°26′S之间
答案：D点拨：该地全年正午太阳高度较大，夏至最小，说明位于南半球，一年有两次太阳直射，位于南北回归线之间，故D对。
（2）图中P点表示的这一天（ ）
A．太阳直射南回归线 B．北半球纬度越高昼越长
C．太阳直射赤道 D．地球公转速度最慢
答案：A点拨：P点为冬至日。
例2：下表为我国某地二分二至日日出、日落时间(北京时间)和正午太阳高度，据表分析
回答（1）～（2）题。
（1）该地的地理坐标是为
A．100°E、50°N B．110°E、40°N C．125°E、40°N D．130°E、50°N
答案：B点拨：根据二分日正午太阳高度50°，计算出当地纬度为40°N，根据二分日时，各地地方时6点日出，而此时北京时间为6：40，计算出，当地经度为110°E。
（2）图中X、Y的时间可能为
A．8．00、17：00 B．7:50、17：10 C．8：20、17:00 D．8:10、17:10
答案： D点拨：夏至日时，日落时间减日出时间为昼长，24小时减昼长等于夜长，夏至时的夜长等于冬至日昼长，为9小时，当地时间7：30分日出，换算出此时北京时间为8:10，当地时间16：30分日落，换算为北京时间为17:10。
（4）正午太阳高度角问题的综合应用
①阳光照射方向的问题
②立竿测影的问题
③楼房间距的问题
④热水器的角度问题
例如：为了冬季采光，我国在居住区规划设计标准中，对不同纬度带住宅间的合理间距有明确规定。分析下表(表中H是住宅的高度)，回答（1）～（2）题。
（1）表中的4个城市所处纬度从低到高依次是
A．①②③④ B．①④③② C．②①③④ D．②③④①
答案：D点拨：冬至日直射点位于南回归线，我国从南向北正午太阳高度逐渐减小，楼间距逐渐增大，故D对。
（2）根据表中信息，在北京修建南北两栋20米高的住宅楼，其理论日照间距约为
A．23米 B．28米 C．37米 D．40米
答案：C点拨：北京纬度大致为北纬40度，冬至日时的正午太阳高度为26°34′，对照表中数据，理论楼间距为楼高的1.86倍，计算得出楼间距为37.2米，故C对。
3、有关极昼极夜问题
（1）出现极昼和极夜时间以及极昼和极夜天数计算问题
南北极圈每年一天极昼，一天极夜，南北极点每年约半年极昼半年极夜，极圈和极点之间的纬度，可以根据直射点每天移动0.26°来推算。方法是：先计算出该地距离极点纬度差，合算出天数，北半球出现极昼时间为3月21日+该天数，出现极夜时间为9月23日+该天数，南半球出现极昼时间为9月23日+该天数，出现极夜时间为3月21日+该天数。北半球出现极昼时间为（6月22日-出现极昼时间）*2，南半球出现极昼时间为（12月22日-出现极昼时间）*2。
例如：70°N出现极昼的时间和极昼天数是多少？计算：70°N距离北极点差20°，需要77天，出现极昼时间为3月21日+77天，向下推算出现时间为6月6日，出现极昼天数为（6月22日-6月6日）*2=32天。
（2）正好出现极昼或极夜纬度的计算：
方法：直射点纬度+正好出现极昼或极夜纬度=90°。例如：当70°N出现极昼时，直射点纬度是多少？答案为20°N。又如：当直射点位于南纬10°时，地球上出现极夜纬度范围是什么？答案：80°N—90°N。
（3）正好出现极昼纬度地点的日出时间、日落时间以及太阳高度日变化规律：
0点日出，24点（0点）日落，即日出日落都在同一时间。太阳高度0点为0°，12点为正午太阳高度，可以计算出来，24点再降到0°。
（4）已经处于极昼期地点，没有日出日落，太阳高度全天大于0°，太阳高度日变化为0点大于0°，正午最大。24点也大于0°，与日出时相同。
（5）正好处于极夜纬度地点的日出日落时间：12点正好日出，之后立即日落，实际上全天没有出现太阳。
例题1：下图是“扬州市某一窗户朝南的房屋”和“地球公转示意图”。读图回答下列问题：
（1）地球公转到图中________位置时，正午射进屋内的阳光面积可达一年中最大。
（2）地球从A公转到C位置时，正午屋内的光照面积的变化情况是______________。
（3）一年中每日正午时刻该房屋的阴影朝向规律是________________________。
答案：（1）D （2）由大变小，再由小变大 （3）都朝正北方
点拨：本题考查的是正午太阳高度变化规律。地球处于A、B、C、D四点时的日期分别是3月21日、6月22日、9月23日、12月22日。北回归线以北地区，6月22日，正午太阳高度角达一年中最大值，正午直接进入屋内的光照面积最小；12月22日，正午太阳高度角达一年中最小值，光照面积最大。扬州位于北回归线以北，一年中正午时刻太阳直射点总是在其正南方，因此影子也总是向正北方向。
例题2：某学校(110°E)地理兴趣小组在平地上用立竿测影的方法，逐日测算正午太阳高度。如图甲，垂直竖立一根2米长的竿0P，正午时测得竿影长OP′，通过tanα＝0P／0P′，算出正午太阳高度α。据此回答（1）-（4）题。
（1）该小组每天测量影长时，北京时间应为（ ）
A.12:00 B.12:40 C.11:20 D.11:00
（2）3月21日，当该小组进行观测时，下列城市中即将迎来旭日东升的是（ ）
A.英国伦敦 B.匈牙利布达佩斯(约19°E)
C.土耳其伊斯坦布尔(约290E) D.夏威夷檀香山(约158°W)
（3）图乙是该小组绘制的连续一年多的竿影长度变化图。图中反映3月21日竿影长度的点是（ ）
A．① B．② C．③ D．④
（4）该学校大约位于（ ）
A．21.5°N B．21.5°S C．45°N D．45°S
答案：（1）B （2）B （3）D （4）A
点拨：本题考查的是太阳高度变化、地方时计算。该学校位于1100E，当地理兴趣小组测量正午（12点）太阳高度时，北京时间(东八区的区时)应为12：40。3月21日当该兴趣小组进行观测时(即1100E为12：00时)，即将迎来旭日东升的城市(地方时6：00前)应该是大约位于20°E，因而本题应选择布达佩斯。乙是一幅坐标图，横坐标是时间，纵坐标是竿影长度，并标有南北方向，从影长变化的南北分布情况，该地应位于北半球，③处的竿影最长，此时为冬至日，①处的竿影向南，故为夏至日，因而，表示3月21日竿影长度的点应该是④。判断该学校的纬度，有两种途径，其一是通过太阳高度计算公式进行计算，首先通过冬至日竿影长度和竹竿实际长度的比值为1，推断出冬至日当地的太阳高度角为45°，从而计算出纬度大约为21.5°4N，另一种方法是直接从图乙的竹竿影长两次为0，可以判断该地有两次直射，又位于北半球，因而正确答案是21.5°N。
例题3：近年来，我国房地产业发展迅速，越来越多的居民乔迁新居，居住条件和环境显著改善。读下图，运用以下公式及相关知识回答(1)～(2)题：
①某地正午太阳高度的大小：H＝90°-|φ-δ|式中H为正午太阳高度；φ为当地纬度，取正值；δ为太阳直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。
②tan35°≈0.7 tan45°≈l tan69°≈1.732
（1）房地产开发商在某城市(北纬30度)建造了两幢商品住宅楼，某户居民买到了北楼一层的一套房子，于春节前住进后发现正午前后太阳光线被南楼挡住。请问，该房子一年中正午太阳光线被南楼挡住的时间大约是（ ）
A．1个月 B．3个月 C ．6个月 D．9个月
（2）为避免这种纠纷，房地产开发商在建楼时，应该使北楼所有朝南房屋在正午时终年都能被太阳照射。那么在两幢楼间距不变的情况下，南楼的高度最高约为（ ）
A．20米 B．30米 C．40米 D．50米
答案：（1）C （2）B
点拨：（1）楼高(南楼)69米／楼间距(南北楼之间)40米＝1.725，与tan60°值接近，据此可以判断H≈60°，已知φ＝30°，故δ＝0°，即此时太阳直射在赤道上，北楼的一楼正好有阳光照射，太阳直射点位于赤道以南的半年，北楼的一楼阳光被挡，时间应为6个月。
（2）当太阳直射点位于南回归线时，房屋所在地的正午太阳高度最小，如果此日正午能有阳光照射，则全年都有光照，因此首先要计算出δ＝23.5°(南纬23.5°)时的房屋所在地正午太阳高度，即H＝90°-|30°-23.5°|＝36.5°，接近35°；南楼最高应为：40米×0.7＝28米左右，选项中B最接近。
例题4：某校所在地（120°E、40°N）安置一台太阳能热水器，为了获得最多的太阳光热，提高利用效率，需根据太阳高度的变化随季节调整倾角，下图中各日照图与热水器安置方式搭配不合理的是（ ）
答案：D 点拨：获得最多太阳光热必须保证热水器的集热板与正午太阳高度角相垂直，该地位于40°N，根据日照图判断直射点位置，从而计算出A、B、C、D四项的正午太阳高度角应分别是73°26′、26°34′、50°、50°，最后计算各正午太阳高度角是否与相应选项中集热板的倾角互为余角，只有D选项不符合要求。
例题5：图中EDF是晨昏线，其中ED表示昏线。读图完成下列各题：
（1）此图表示_______月_______日的地球光照情况。
（2）此时太阳直射点的地理坐标是___________________。
（3）此时A地出现______________现象（极昼或极夜）。
（4）这一天，B地_______时日出，_______日落，昼长时间是_______小时。
（5）此时，北京时间是_______日_______时。
（6）这一天，C、D、E三地的正午太阳高度由大到小排列的顺序是______________。
答案：（1）6；22 （2）23°26′N，120°W （3）极昼 （4）4；20；16
（5）23；4 （6）E、D、C
点拨： EDF是晨昏线，其中ED表示昏线，说明正对我们的部分为夜半球，北极圈以北出现极昼现象，因此图示时刻是北半球的夏至日，太阳直射在北回归线上。晨昏线与北极圈相切于D点，说明D所在的经线（60°E）为子夜，则与其正相对的经线（120°W）是太阳直射点所在的经线，其时刻为6月22日12时。B地日出和日落时间应该在晨昏线与纬线圈交叉点上找。C、D、E三地的正午太阳高度排列，应根据距离北回归线的纬度距离。
例题6：下图中①②③④四根曲线分别表示四地6月22日太阳高度的全天变化情况。判断四地纬度位置与图示相符合的是
A．①23°26′S ②46°52′N ③66°34′N ④90° N
B．①90° N ②66°34′N ③0° ④23°26′S
C．①0° ②46°52′N ③90° N ④66°34′ N
D．①23°26′N ②46°52′N ③90° N ④66°34′N
答案：B 点拨：本题考查的是正午太阳高度计算和变化规律。夏至日直射北回归线，北极点正午太阳高度为23°26′，且处于极昼状态，全天太阳高度总是保持23°26′，故①为北极点。赤道上正午太阳高度为66°34′，且6点日出，18点日落，故③为赤道。北极圈正午太阳高度为46°52′，正好出现极昼，即0点日出，24点日落，日出接上日落，故②为北极圈。南回归线正午太阳高度为43°08′，且昼短夜长，即6点以后日出，18点以前日落，故④为南回归线。
例题7：下表所列的是12月22日甲、乙、丙、丁四地的白昼时间，根据表中数据回答(1)～(2)题：
(1)四地中属于南半球的是
A．甲地 B．乙地 C．丙地 D．丁地
答案：D 点拨：本题考查的是昼夜长短的纬度分布规律。冬至日南半球昼长夜短，白昼时间长于12小时，北半球相反，所以丁地属于南半球。
(2)四地所处纬度从高到低顺序排列的是
A．甲乙丙丁 B．甲乙丁丙 C．丙丁乙甲 D．丁丙乙甲
答案：B 点拨：冬至日赤道白昼为12小时，甲乙丙丁四地纬度高低可以根据白昼与12小时差值来确定，差值越大距离赤道越远，纬度越高。
练习题1（宝鸡市2010届一模套用）：某校同学在不过河情况下利用铁塔及其影子的长度测算太阳高度。在12月22日正午测得太阳高度为β；过一段时间又测得正午太阳高度为α，如下图所示，读图回答下列问题：
（1）该地区位于________半球。
（2）若β = 68°，此时北京时间为23日0：20，则该铁塔所处的经度是________________，纬度是________________。
（3）从Q—R，太阳直射点向________方向移动。
（4）该地区所处的风带是___________________；图中海洋是____________洋。
答案：（1）南（2）65°W；45°26′S（3）北（4）盛行西风带；太平洋
点拨：（1）冬至日正午太阳高度最大，为南回归线以南地区。（2）南回归线以南地区，冬至日时，正午太阳高度为68°，可以计算出当地纬度为45°26′S。北京时间为23日0：20，即东经120度地方时为0点20分时，该地此时为正午12点，两地时间差为11时40分，经度差为175度，顺着地球自转方向推出该地经度为65°W。见下图。
（3）Q直射南回归线，之后直射点向北移动。（4）该地纬度为45°26′S，位于南纬40到60度之间的中纬西风带。65°W与45°26′S交叉点附近应该在南美洲中纬度大陆东侧的大西洋。
练习题2：读下图，一艘由大平洋驶向大西洋的船经过P地（图中左上角）时，一名中国船员拍摄到海上落日景观，洗印出的照片上显示拍照时间为9时0分0秒（北京时间）。据此判断（1）～（4）题。
（1）该船员拍摄照片时，P地的地方时为
A．22时 B． 14时 C．20时 D．16时
答案：C 点拨：P地位于西经75度，此时北京时间即东经120度地方时为9点，可以计算出P地时间为北京时间前一天的20点。见图。
（2）拍摄照片的当天，漠河的夜长约为
A．16小时 B．14小时 C．10小时 D．12小时
答案：A点拨：此时南纬54度附近20点日落，昼长为16小时，我国北极村漠河纬度越北纬54度，此时夜长为16小时。
（3）该船即将进入
A．巴拿马运河 B．麦哲伦海峡 C．德雷克海峡 D．直布罗陀海峡
答案：B 点拨：南纬54度附近，位于太平洋和大西洋之间的海峡为南美洲南端的麦哲伦海峡。
（4）此时世界各地可能出现的现象是
A．美国中部小麦黄熟 B．中国江淮流域干热
C．地中海北岸连日阴雨 D．拉普拉塔河正值枯水期
答案：C点拨：此时南半球昼长夜短，为夏季，北半球为冬季。美国中部小麦黄熟不可能在冬季，中国江淮流域冬季低温干燥，地中海北岸为地中海气候，此时为冬雨季节，阿根廷的拉普拉塔河此时为夏季，河流为丰水期。
练习题3：读下图，判断下列叙述正确的是
Ａ．地球位于远日点附近，且渐离远日点 Ｂ．Ｍ点是早晨6点钟
Ｃ．漠河一年内最长白昼 Ｄ．海南岛上正午物体的影子都朝北
答案：C点拨：从经度数值分布判断该图为北半球俯视图，北极圈及其以北地区出现极昼现象，为夏至日，地球接近远日点，并且不断靠近远日点，故A错；Ｍ点是傍晚18点钟，故B错；夏至是北半球各地一年中白昼最长的一天，故C对；海南岛位于北纬20度以南，此时正午物体影子应朝南。
3、四季和五带的划分
地球自转和公转共同产生的正午太阳高度和昼夜长短的变化使地球表面发生能量的分布不均和变化，最终的地理意义是产生四季的变化和地球表面五带的划分。
例题1：（2003年上海卷）
下图中XOY为地轴，MN为赤道，EF、E′F′为回归线，ST、S′T′为极圈。读图回答：
（1）目前黄赤交角在图上是
A．∠XOF B．∠TOF C．∠FON D．∠TON
（2）按地球上“五带”的划分，图上ST与EF之间为_________带。
（3）当太阳直射点在图上自MN向北移动到EF，再由EF向南移动到MN的过程中，在S′T′及其以南范围内，有极夜现象出现的地区变化规律是_______________________；
_______________________________；_____________________________。
（4）为了研究黄赤交角对地球自然环境的影响，假设黄赤交角变为0°，这时，在地球上将可能会出现的自然现象有
A．太阳终年直射赤道 B．各地全年都昼夜平分C．各地气温都无日变化 D．各地都无四季变化E．无大气环流现象 F．自然地理环境无区域差异
（5）假设黄赤交角变为35°，这时，地球上北半球夏至日正午太阳高度将自_______（纬度）纬线向南、北降低；在地球上“五带”的划分中，与现在相比，范围将扩大的是?________
?__________。
答案：（1）C （2）北温带（3）出现极夜的地区先扩大；当太阳直射EF时，南极圈及以南地区全部为极夜；之后，出现极夜的地区逐渐缩小 （4）ABD （5）35°N；热带、寒带（或北寒带和南寒带）
点拨：（1）MN为赤道面，E′F为黄道面，所以∠M()E′或∠F()N应为黄赤交角。（2）
五带划分：南北回归线之间为热带，南北极圈内为寒带，而极圈与回归线之间为温带，则ST与EF间为北温带。（3）考查了太阳直射点移动与极昼极夜范围变化的关系。
（4）题当黄赤交角变为0时，太阳终年直射赤道，全年都是昼夜平分，各地正午太阳高度也无季节变化，所以各地也无四季变化。但一天中太阳高度有变化，因此气温仍有日变化。由于热量存在纬度差异，仍然有大气环流现象。各地由于气温不同，环流形势不同，则自然地理环境仍有区域差异。第（5）题中当黄赤交角变为35°时，则南北回归线变为35°S和35°N，南北极圈变为55°S和55°N，由此知五带中热带、寒带范围将扩大，温带范围则缩小。
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