正午日影朝向与长短变化及其应用例谈

正午日影朝向与长短变化及其应用例谈课程标准地里教研论文
我们知道，在太阳光的照射下，物体总会有自己的影子，影子的朝向、日影的长短与太阳光来向、太阳高度直接相关。

由于太阳光来向的不同，地球上纬度不同的地方正午影子的朝向会不同；由于太阳高度角的变化，物体日影的长短也便不同。

同样是地方时正午时刻，在不同纬度地区，太阳方位和太阳高度角是不同的；同一纬度地区在不同季节，太阳方位和太阳高度角也是不一样的，因而正午日影的朝向和日影的长短也有所不同。

一、正午日影朝向
（一）正午日影朝向规律
简而言之，正午日影朝向取决于太阳直射点的位置。

地球表面上有太阳直射的地区（即南北回归线之间），太阳直射那天正午日影缩为一点（即日影与物体重合）。

太阳直射点以北的地区正午日影朝向正北（如图：太阳光从正南方向来，物体AB的日影CB朝正北方），太阳直射点以南的地区正午日影朝向正南（极夜地区和极点除外，极夜地区正午无日影，而极点处日影只有一个方向）。

现把全球各地正午日影具体朝向总结如下：
1. 北回归线往北至北极圈的地区，全年正午日影始终朝正北方。

2. 北极圈至北极点地区，有白昼期间时（即除极夜期间外）正午日影朝正北方。

3. 北极点上，3月21日（春分日）至9月23日（秋分日）的半年间（即出现极昼期间），正午日影始终朝正南方向。

4. 南回归线往南至南极圈的地区，全年正午日影始终朝正南方。

5. 南极圈至南极点地区，有白昼期间时（即除极夜期间外）正午日影朝正南方。

6. 南极点上，9月23日（秋分日）至次年3月21日（春分日）的半年间（即出现极昼期间），正午日影始终朝正北方向。

7. 回归线之间的地区：随太阳直射点在回归线间来回移动，物体正午时的日影有时朝正北方，有时朝正南方。

当太阳直射点在该地以南，该地正午日影朝正北方；当太阳直射点在该地以北，则该地正午日影朝正南方。

（1）太阳直射地点，正午日影缩为一点（即日影与物体重合）或为零。

（2）赤道上一年中正午日影大约半年朝向正北，半年朝向正南。

（3）赤道到北回归线之间的地区，一年中正午日影朝向正北的时间多于朝向正南的时间；赤道到南回归线之间的地区，一年中正午日影朝向正北的时间少于朝向正南的时间。

（二）正午日影朝向的应用
1、根据一天中日影朝向情况，判断当地地方时。

当日影朝向正北或正南时，当地的地方时为12时。

2、根据正午日影朝向，判断当地所在半球及大体纬度范围。

（1）一年中在有白昼的时期，正午日影始终朝向正北方，则该地位于北回归线以北地区（北极点除外）或南极点。

（2）一年中在有白昼的时期，正午日影始终朝向正南方，则该地位于南回归线以南地区（南极点除外）或北极点。

（3）一年中正午日影有一段时间朝向正南方，有一段时间朝向正北方，则该地在南北回归线之间。

我们来看一个例子，当北京时间为12时，则西安大雁塔的塔影指向为（）
A正南方 B西北方 C东南方 D正北方
怎么解答这道题目呢？这里首先是明确北京和西安均位于北回归线以北地区，太阳直射点终年都位于它们南方，故塔影总是偏北的。

排除A、C选项。

再从相对位置来看，西安位于北京西方，当北京时间12时，西安地方时比北京晚，不到12时，即太阳光从东侧来，塔影偏西。

综合起来，塔影指向应为西北方。

二、正午日影长短变化
（一）正午日影长短变化规律
受太阳高度的影响，地球某地日影长度随太阳高度的增加而减短。

一日中，正午时太阳高度最大，日影最短。

晨昏线上太阳高度为零，所以日出和日落时的日影为一日中最长，地方时12时的日影最短。

一年中，随太阳直射点来回移动，地球上同一地的正午太阳高度也在发生变化，正午日影长随正午太阳高度的增大而减短。

(如图：某地某日当正午太阳高度角为α时，物体AB的正午日影长为CB，而他日当正午太阳高度角增大为β时，物体AB的正午日影长为缩短为DB。

)总结如下：
1、一天中：日出、日落时的日影最长，正午时的日影最短。

2、一年中：
（1）6月22日（夏至日），北回归线及其以北地区正午日影达全年最短的一天，南半球有白昼期的地区（即南回归线往南到南极圈之间）正午日影达全年最长的时刻。

（2）12月22日（冬至日），南回归线及其以南地区正午日影达全年最短的一天，北半球有白昼期的地区（即北回归线往北至北极圈之间）正午日影达全年最长的时刻。

（3）回归线之间的地区，太阳直射时，正午日影缩短为零，达全年最短。

（二）正午日影长短变化的应用
1、若某地在6月22日正午日影达全年最长，则该地位于南半球，为冬季；正午日影达全年最短，则该地位于北回归线及其以北地区，为夏季。

2、若某地在12月22日正午日影达全年最长，则该地在北半球，为冬季；正午日影达全年最短，则该地在南回归线及其以南地区，为夏季。

3、若某地在某日正午日影为零，该地在南北回归线（含南北回归线）之间，太阳直射该地。

如果我们牢牢掌握了正午影子的朝向及长短变化规律，就可以帮助我们快速而准确的解题，提高解题效率和正确率。

下面我们从具体实例中来进一步掌握和运用以上规律，不断得熟能生巧，就能在相应的题目解答中运用自如了。

例1
春分日以后，有人看到太阳总是在南方，自己的影子也在南方，这种现象一直持续到秋分日落为止。

这人的位置应位于右图中的（）
A.①点
B.②点
C.③点
D.④点
解析：春分日后至秋分日期间，太阳直射北半球，北极点出现半年极昼，有半年的日影。

秋分日过后到次年春分日，北极点出现半年极夜现象，无日影。

北极点的日影总是朝正南方。

答案：A
例2、某学校操场上，O处有一垂直于地面的旗杆。

OP表示正午时旗杆在地面的影子，其长度随季节发生变化，6月22日缩短为零。

M处有一棵树，OM垂直于OP，如下图。

回答：。