正午太阳高度的变化
高中地理 第2课时 正午太阳高度的变化
第2课时正午太阳高度的变化正午太阳高度的变化1.太阳高度和正午太阳高度太阳光线与地平面之间的夹角，叫做太阳高度角，简称太阳高度(如图甲所示)。
一天中太阳高度最大值出现在正午，称为正午太阳高度(如图乙所示)。
【温馨提示】(1)太阳高度是线面角，是太阳光线与地面夹角，也可以是地面上看太阳的仰角。
(2)正午太阳高度是某地区一天中最大的太阳高度，即正午12时的太阳高度，但不一定是90°。
2.正午太阳高度的纬度变化规律正午太阳高度从太阳直射点所在纬度向南北两侧递减。
(1)夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减，如图中c折线所示。
(2)冬至日：正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减，如图中a折线所示。
(3)春、秋分日：正午太阳高度由赤道向南北两侧递减，如图中b折线所示。
3.正午太阳高度的季节变化规律北半球节气达最大值的地区最小值的地区夏至北回归线及其以北各纬度南半球各纬度冬至南回归线及其以南各纬度北半球各纬度春、秋分赤道南北两极点[思考]华北地区的楼房一年四季的采光效果一样吗？为什么？提示不一样。
因为一年四季的正午太阳高度不同，尤其是冬季正午太阳高度最小，北面的楼房最容易被南面的楼房遮住阳光，采光效果最差。
探究点1正午太阳高度的计算及变化规律情境探究[情境材料] 北京(40°N)某中学高中生开展地理课外活动，在连续三个月内三次测量正午太阳高度角，获得测量的数据(见下表)。
第一次第二次第三次60°50°40°[素养设问]从(综合思维)的角度，分析以下问题。
(1)三次测量中，其中一次测量的当天，正值()A.春分日B.夏至日C.秋分日D.冬至日(2)在三次连续测量期间，下列叙述正确的是()A.北回归线以北地区正午太阳高度先变小后变大B.赤道上的正午太阳高度先变大后变小C.南回归线以南的地区正午太阳高度先变大后变小D.北极点周围的极昼范围先变小后变大知能升华1.正午太阳高度的计算方法公式：H＝90°－两点纬度差。
正午太阳高度的变化幅度
1、回归线之间
正午太阳高度角的最大值=90°
正午太阳高度角的最小值=90°-（23.5°+φ）φ表示某地的地理纬度。
正午太阳高度角的年变化幅度=正午太阳高度角的最大值-正午太阳高度角的最小值
=90°-[90°-（23.5°+φ）]
=23.5°+φ
回归线之间，正午太阳高度角的年变化幅度随纬度增加而增大。
2、回归线与极圈之间
正午太阳高度角的最大值=90°-（φ-23.5°）φ表示某地的地理纬度。
正午太阳高度角的最小值=90°-（φ+23.5°）
正午太阳高度角的年变化幅度=正午太阳高度角的最大值-正午太阳高度角的最小值
=[90°-（φ-23.5°）]-[90°-（φ+23.5°）]
=90°-φ+23.5°-90°+φ+23.5°
=23.5°+23.5°
=47°
回归线与极圈之间，正午太阳高度角的年变化幅度等于47°，不随纬度变化。
3、极圈以内
正午太阳高度角的最大值=90°-（φ-23.5°）φ表示某地的地理纬度。
正午太阳高度角的最小值=0°
正午太阳高度角的年变化幅度=正午太阳高度角的最大值-正午太阳高度角的最小值
=[90°-（φ-23.5°）]-0°
=113.5°-φ
极圈以内，正午太阳高度角的年变化幅度随纬度增加而减小。
正午太阳高度的变化
（4）太阳能热水器的角度问题 集热板与地面之间的夹角应等于当天正午太阳高度的余角。
（5）楼房间距问题 以北回归线以北地区建房为例，为保证一楼全年均有阳光照到，两楼之间的最短距离L与楼
高h的关系如下图所示(H为冬至日当地的正午太阳高度角)，L应大于h·cotH。
1．图中N点日期可能为( )
A．5月6日左右 B．8月7日左右
C．11月7日左右 D．2月6日左右
2．该地纬度最可能位于( )
A．赤道 B．11.5°S C．11.5°N
D．23.5°N
3．若测得某日该地正午太阳高度为55°，则该日可能为北半球( )
A．春分日
B．夏至日 C．秋分日 D．冬至日
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。下 图示意遮阳板设计原理。据此回答4—5题。 4．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．北半球为夏季 C．太阳直射20°S D．南极圈以南地区极昼 5．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．①③ B．①④ C．②③ D．②④
（2）“来增去减”：太阳直射点向着某地移动，
该地的正午太阳高度增加，远离该地正午太阳高度减小
（3）看数值定“位置”
a.回归线之间的地区：
b.回归线上：
c.回归线至极点之间的地区：
【重点知识梳理】
2、太阳高度的日变化规律 (1)极点：在极昼期间，极点上见到的太阳高度在一天之内是没有变化的，其太阳高度始终等于太
一年中正午太阳高度的变化幅度
一年中正午太阳高度的变化幅度
一年中正午太阳高度的变化幅度取决于不同地区的纬度和季节。
在北半球，夏至时正午太阳高度最大，冬至时最小。
在南半球，冬至时正午太阳高度最大，夏至时最小。
此外，在回归线之间的地区，一年有两次太阳直射机会，此时正午太阳高度最大，为 90 度。
太阳直射南北回归线时出现极小值。
其中除赤道两个极小值都是最小值外，其它地区以太阳直射另一半球回归线时最小。
例如，北京约在北纬 40，在北半球夏至，太阳直射北回归线，此时这里的正午太阳高度最大，约为 73.5 度;在冬至，太阳直射南回归线，此时这里的正午太阳高度最小，约为 26.5 度。
正午太阳高度的变化幅度与地球的自转和公转有关。
地球自转产生了太阳的视运动现象 (东升西落),即太阳高度的日变化。
由于地球公转，使太阳直射点南北移动，从而产生了正午太阳高度的纬度变化和季节变化现象。
此外，在回归线之间的地区，一年有两次太阳直射机会，此时正午太阳高度最大，为 90 度。
太阳直射南北回归线时出现极小值。
其中除赤道两个极小值都是最小值外，其它地区以太阳直射另一半球回归线时最小。
正午太阳高度的变化(湘教版湖南专用)
对人类生活的影响
建筑设计与布局
正午太阳高度的变化影响建筑物的采光和通风效果，因此在 建筑设计时需要考虑这一因素，合理布局建筑朝向和间距。
太阳能利用
正午太阳高度的变化影响太阳能的接收量，从而影响太阳能 发电和供暖等技术的效率。
对地球生态环境的影响
生物多样性
正午太阳高度的变化影响生态系统的 能量平衡，进而影响生物的生存和繁 衍，对生物多样性产生影响。
假设某地纬度为40度，当太阳直射点在20度北回归线上时，该地的正午太阳高 度角为70度。
03 正午太阳高度变化的影响
对地球气候的影响
气候变化
正午太阳高度的变化影响地球接收到的太阳辐射能，进而影响全球气候变化，导 致温度、降水等气候要素的异常。
季节更替
由于正午太阳高度的变化，导致太阳辐射在地球表面的分布发生变化，从而形成 四季更替的现象。
时间变化
在相同纬度，正午太阳高度随季节的变化而变化 。例如，北半球夏季时，正午太阳高度最大，冬 季则最小。
昼夜变化
在极昼期间，正午太阳高度随昼夜的变化而变化 。例如，在北极的夏季，白天时间较长，正午太 阳高度较大；而在南极的夏季，白天时间较短， 正午太阳高度较小。
02 正午太阳高度变化的原理
地球的自转与公转
用于测量太阳光投影长 度，帮助确定太阳高度。
记录本和笔
用于记录观测数据和绘 制太阳高度变化图。
观测方法与步骤
1. 选择一个开阔的观测地 点，确保没有遮挡物影响 观测。
3. 使用角度计测量太阳光 与地面的角度，即太阳高 度。
2. 使用望远镜观察太阳， 记录下正午时分太阳的位 置。
4. 使用日影器测量太阳光 投影长度，记录数据。
数据记录与分析
人教版必修一1.3正午太阳高度角变化(共38张PPT)
3、正午太阳高度的变化规律
（1）、空间变化 （同时不同地） 在同一时间，正午太阳高度随纬度的变化
（2）、时间变化 （同地不同时） 在同一地点，正午太阳高度随季节的变化
冬至日正午太阳高度的纬度变化
思考： 太阳直射点位于什么 地方？正午太阳高度 角的变化规律？
南回归线 由南回归线向南北两 侧递减
夏至日正午太阳高度的纬度变化
结论：正午太阳高度的时空规律
(1)纬度分布规律：由直射点所在纬线向 南北两极递减。
(2)季节变化规律：太阳直射点靠近时变 大，远离时变小。
1下列日期中，北京正午太阳高度最小的是：
A．6月1日
B．7月1日
C．10月1 日 D．元月1日
2赤道上一年中什么时候正午太阳高度最小？
• 夏至与冬至日（因为这时直射点在回归线上，赤
66°34´S 90°S
①北回归线及其以北地区
90 ° N P 23°26′ N
0°
达到全年最大
②南回归线及其以南地区
23°26 ′ S 达到全年最小
90° S
90 ° N
23°26′ N
0° 23°26 ′ S P
90° S
达到全年最小
达到全年最大
③北回归线至赤道之间地区
90 ° N
23°26′ N P 0° 23°26 ′ S
B、6月21日21时
•C、6月22日9时
D、6月22日21时
•【答案】B
4、正午太阳高度的计算
正午太阳高度（H）=90°－纬度差
H = 90°—︱ ± ︱
=当地纬度 =太阳直射点纬度
注意：
纬度差是指所求地与直射点的纬度差。
若直射点与所求点位于同一半球，则该纬度 差为两地纬度之差；
太阳高度(正午太阳高度)变化规律及应用
太阳高度（正午太阳高度）的变化规律及应用1. 变化规律（1）太阳高度的分布规律：直射点的太阳高度为90°，由此向四周呈同心圆递减（如下图甲）。
直射点所在经线上的太阳高度值为各点对应纬度上的最大太阳高度，即正午太阳高度，其变化特点是直射点向南北两侧递减（如下图乙）。
其值大小由如下公式决定：H=90°－|φ±δ|（当地纬度±太阳直射点纬度）（H为正午太阳高度，φ为某地纬度，δ为直射点纬度，若φ与δ在赤道同侧取“－”，不同侧则取“＋”）（2）最值：直射北回归线，北回归线及其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，直射南回归线时，南回归线及其以南地区达一年中最大值；整个北半球达一年中最小值。
（3）极点太阳高度的变化：极昼时期，太阳高度全天都不变（如下图甲），始终等于直射点纬度，其值的年变化幅度解于0°～23°26/。
（4）极圈及其以内地区的太阳高度的变化：从日变化看，极昼期间，全天太阳高度始终都大于或等于零度，其中极圈上在0点时刻有太阳高度为0的时刻（如图乙），极圈到极点之间的地区，其太阳高度全天始终都大于零度（如图丙）；从年变化看，北半球是随太阳直射点北移而增大，南半球反之，其最大值由公式H=90°－|φ±δ|决定。
（5）其他纬度的太阳高度变化：都是日出日落时为0，12点最大，12点前递增，12点后递减。
特殊之处是：赤道上的太阳高度是6点和18点为0（如图丁），其最大太阳高度的年变化范围是[66°34′，90°]。
2.太阳高度的应用（1）推算纬度：根据公式： H=90°－|φ±δ|，可求任意地点的地理纬度。
（2）推算地方时：一天中太阳高度达最大值处的地方时为12时；春秋分时，太阳高度为0处的地方时为6时或18时，赤道上太阳高度为0处的地方时为6时或18时。
（3）推算城市的楼间距：若某地楼高为h，楼间距s，纬度为φ，则该楼与处于其背阳一侧房屋的楼间距s=cot（90°－φ－23°26′）。
正午太阳高度的变化规律和应用
46°52′ 66°34′ 43°08′
冬至日正午太阳高度为H，则最小楼间距L为：L＝hcotH。
(6)太阳能热水器的倾角调整： 为了更好地利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与
楼顶平面之间的倾角，使太阳光与受热板成直角。其倾角
和正午太阳高度角的关系为α＋h＝90°(如下图)。
北回归线及其以北地 区，正午太阳高度一 年有一次最大值(12月 22日前后)，一次最小 值(6月22日前后)。
(2)正午太阳高度的季节变化规律：
北回归线及其以 北地区
南回归线及其以 南地区 南北回归线之间 (除赤道外) 一年有一次最大值(6月22日前后)，一次 最小值(12月22日前后) 一年有一次最大值(12月22日前后)，一次 最小值(6月22日前后) 一年有两次最大(太阳直射时最大)，一次 最小值(南半球出现在6月22日前后、北半 球出现在12月22日前后) 一年有两次最大值(春分、秋分)、两次最 小值(夏至、冬至) 来增去减(直射点向本地所在纬线移来， 则正午太阳高度增大，移去则减小)
正午太阳高度的变化规律和应用
1．正午太阳高度的变化规律
(1)正午太阳高度的空间变化规律(全球正午太阳高度的纬度 变化规律)：
从太阳直射点所在 纬线分别向南北两侧递减； 离直射点距离越近(纬度 差越小)，正午太阳高度 越大。如图所示。
夏至日：正午太阳高度 由北回归线向南北两侧递减。 冬至日：正午太阳高度 由南回归线向南北两侧递减。 春秋二分日：正午太阳 高度由赤道向南北两侧递减。
23º 26´N 0º
夏至 春分
北回归线 秋分 春分
23º 26´S
冬至
南回归线及其以南地 区，正午太阳高度一 年有一次最大值(6月 22日前后)，一次最小 值(12月22日前后)。
正午太阳高度年变化幅度规律
正午太阳高度年变化幅度规律
正午太阳高度年变化幅度规律是指太阳在正午时刻的高度随着时间的变化在一年中呈现的规律。
在赤道地区，正午太阳高度年变化幅度较小，因为赤道接近太阳的路径，太阳在此地区的直射辐射最强，所以正午太阳高度变化较小。
而在中纬度地区，正午太阳高度年变化幅度较大。
在夏至时，太阳在中午时刻的高度最高，因为夏至时太阳直射点位于北回归线附近，太阳垂直照射这些地区，从而正午太阳高度较高。
相反，在冬至时，太阳在中午时刻的高度最低，因为冬至时太阳直射点位于南回归线附近，太阳倾斜照射这些地区，从而正午太阳高度较低。
在极地地区，正午太阳高度年变化幅度非常大。
太阳在夏至时的正午高度较高，因为太阳可以持续24小时不降落，太阳光以极低角度照射地表。
而在冬至时，太阳在正午时刻完全不升起，所以正午太阳高度为0。
总的来说，正午太阳高度年变化幅度规律与地理位置和季节有关。
根据地球自转、公转和倾斜轴的关系，太阳在正午时刻的高度会有不同的变化幅度。
正午太阳高度
考点三正午太阳高度的变化规律[知识整合]1．太阳高度和正午太阳高度的区别太阳光线与地平面之间的夹角，叫做太阳高度角，简称太阳高度(如图甲所示)。
一天中太阳高度最大值出现在正午，称为正午太阳高度(如图乙所示)。
2．正午太阳高度的变化规律(1)正午太阳高度的空间变化规律(全球正午太阳高度的纬度变化规律)从太阳直射点所在纬线分别向南北两侧递减；离直射点距离越近(纬度差越小)，正午太阳高度越大。
如下图所示。
夏至日：正午太阳高度由北回归线向南北两侧递减。
冬至日：正午太阳高度由南回归线向南北两侧递减。
春秋二分日：正午太阳高度由赤道向南北两侧递减。
(2)正午太阳高度年变化规律在极昼期间，极点上见到的太阳高度在一天之内是没有变化的，其太阳高度始终等于太阳直射点的纬度太阳高度在一日之内是有变化的，一天之内有一个最大值(地方时12点时)，即当地的正午太阳正午太阳高度最大值为90°，每年有两次太阳直射现象，即一年中有两个正午太阳高度最大值正午太阳高度最大值为90°，一年中只有一次太阳直射现象，即一年中只有一个正午太阳最大值正午太阳高度最大值小于90°，一年中只有一个正午太阳高度最大值[深度思考]1．正午太阳高度的应用(1)确定地方时当某地太阳高度达一天中的最大值时，此时日影最短，当地的地方时是12时。
(2)确定房屋的朝向为了获得更充足的太阳光照，确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。
在北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；在南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
(3)判断日影长短及方向正午太阳高度越大，日影越短，正午太阳高度越小，日影越长，且日影方向背向太阳。
如下图中各点旗杆日影长短及日影所在方向(图中是夏至日，经线和纬线的交点是直射点)。
(4)确定当地的地理纬度纬度差多少度，正午太阳高度就差多少度。
根据某地某日(二分二至日)正午太阳高度，可判断该地区纬度大小。
(5)判断山地自然带在南坡和北坡的分布高度一般情况下，由于向阳坡正午太阳高度大，获得太阳光热多，背阴坡得到太阳光热少，因此在相同高度，阳坡温度较高，阴坡温度较低，从而使同一自然带在阳坡的分布高度较高，在阴坡的分布高度较低。
正午太阳高度的变化
昼越长
冬
半 年
秋分~冬至
冬至日
冬至~春分
昼渐短，夜渐长，纬度越高，
昼越短
长昼
昼长达一年中最小值，极圈内 短
全部为极夜
夜
昼渐长，夜渐短，纬度越
23
高，昼越短
探究1: 读夏至日地球日照图，观察各地正午太阳
高度的数值有何变化规律？ 由北回归线向南北两侧 递减
春、秋分日时有何变化 规律？
由赤道向南北两侧递减 冬至日时又有何变化规 律？ 由南回归线向南北两侧 递减
③南半球的情况与北半球正好相反。
④每年3月21日前后和9月23日前后，太阳直射赤道，全球各地昼夜平分，均为12小
时。
26
◆正午太阳高度的变化 同一时刻,随纬度的变化：自直射点向南北两侧递减 同一地点随季节变化
夏至日：北回归线及其以北达最大值，南半球达最小值 冬至日：南回归线及其以南达最大值，北半球达最小值 春分、秋分：赤道为最大值，向南、北逐渐递减
24
（二）地球公转的地理意义
1、正午太阳高度角的变化
太阳高度角：太阳光线与地平面的夹角。
正午太阳高度角：太阳高度角在正午达到一天中的最大值。
2、昼夜长短的变化
太 阳 光
南极
a 3月22日前后 9月23日前
后
北极 23°26′
太 46°52′ 阳 90° 光 43°08′
66°Hale Waihona Puke 4′ 0°b 6月22日前
2、正午太阳高度的季节变化
探究3:
夏至日（６月22日 ）时， 地球上任意a、b、c、d四点 中，哪些点的正午太阳高度 达到了一年中的最大值？哪 些点达到一年中的最小值？
（1）北回归线及其以 北的地区H正达一年中 最大值 （２）赤道以南各纬度 H正达一年中最小值
正午太阳高度的时间变化规律
正午太阳高度的时间变化规律
正午太阳高度的时间变化规律包括纬度变化规律和季
节变化规律。
一、纬度变化规律
正午太阳高度的纬度变化规律可以从太阳直射点所在
纬线向南、北两侧递减。
具体来说，同一时刻，从太阳直射点向南北两侧递减；同一地点，离太阳直射点所在纬线越近，正午太阳高度角越大，越远则正午太阳高度角越小1。
二、季节变化规律
正午太阳高度的季节变化规律与地球的公转有关。
地球在绕太阳公转的过程中，由于黄赤交角的存在，导致太阳直射点在南北回归线之间移动，从而引起正午太阳高度的变化。
以下是具体的季节变化规律：
1、春分和秋分时，太阳直射赤道，因此这两日的正午
太阳高度角变化规律是从赤道向南北两极递减。
2、夏至日时，太阳直射北回归线，所以该日正午太阳
高度角的变化规律是从北回归线向南北两极递减。
3、冬至日时，太阳直射南回归线，所以该日正午太阳
高度角的变化规律是从南回归线向南北两极递减。
太阳高度(正午太阳高度)变化规律及应用
太阳高度（正午太阳高度）的变化规律及应用1. 变化规律（1）太阳高度的分布规律：直射点的太阳高度为90°，由此向四周呈同心圆递减（如下图甲）。
直射点所在经线上的太阳高度值为各点对应纬度上的最大太阳高度，即正午太阳高度，其变化特点是直射点向南北两侧递减（如下图乙）。
其值大小由如下公式决定：H=90°－|φ±δ|（当地纬度±太阳直射点纬度）（H为正午太阳高度，φ为某地纬度，δ为直射点纬度，若φ与δ在赤道同侧取“－”，不同侧则取“＋”）（2）最值：直射北回归线，北回归线及其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，直射南回归线时，南回归线及其以南地区达一年中最大值；整个北半球达一年中最小值。
（3）极点太阳高度的变化：极昼时期，太阳高度全天都不变（如下图甲），始终等于直射点纬度，其值的年变化幅度解于0°～23°26/。
（4）极圈及其以内地区的太阳高度的变化：从日变化看，极昼期间，全天太阳高度始终都大于或等于零度，其中极圈上在0点时刻有太阳高度为0的时刻（如图乙），极圈到极点之间的地区，其太阳高度全天始终都大于零度（如图丙）；从年变化看，北半球是随太阳直射点北移而增大，南半球反之，其最大值由公式H=90°－|φ±δ|决定。
（5）其他纬度的太阳高度变化：都是日出日落时为0，12点最大，12点前递增，12点后递减。
特殊之处是：赤道上的太阳高度是6点和18点为0（如图丁），其最大太阳高度的年变化范围是[66°34′，90°]。
2.太阳高度的应用（1）推算纬度：根据公式： H=90°－|φ±δ|，可求任意地点的地理纬度。
（2）推算地方时：一天中太阳高度达最大值处的地方时为12时；春秋分时，太阳高度为0处的地方时为6时或18时，赤道上太阳高度为0处的地方时为6时或18时。
（3）推算城市的楼间距：若某地楼高为h，楼间距s，纬度为φ，则该楼与处于其背阳一侧房屋的楼间距s=cot（90°－φ－23°26′）。
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正午太阳高度的变化
——以太阳能面板支架设计为例
安徽师范大学附属中学张红军
正午太阳高度的变化规律
地方时12:00 太阳光线
与地面夹
角,h≤90°
同一
地点
北
球
北回归线及其以北：
夏至最大，冬至最小
热带地区：直射时最
大，冬至日最小
赤道：二分日最大，二至日最小
南半球相反
同一时刻：由直射点向南北两侧递减
正午太阳高度的变化规律
地方时12:00 太阳光线
与地面夹
角,h≤90°
同一
地点
北
半
球
北回归线及其以北：
夏至最大，冬至最小
热带地区：直射时最
大，冬至日最小
赤道：二分日最大，二至日最小
南半球相反
同一时刻：由直射点向南北两侧递减。