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人教版地理选修1第一章第二节——正午太阳高度变化
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高一高二学习阶段一定要注意培优，想要在高考中取得高分，仅局限于课本和刷题是达不到的，唯有培优，提升思考视角，才能对高考降维打击，从而取得高分！
唯有培优，才能取得高分！
太阳视运动可谓是地球的运动里的一大难点，如果引入天球系统作为参考，学生就能更容易理解日出日落方位与一年中正午太阳高度变化
以下思考方法将有助于学生解决这节中有关太阳高度方位的难题
智者准入 牛马避开
01 | 为什么太阳会东升西落？
我们都知道这是地球自转的缘故，可为什么地球自西向东自转会导致太阳东升西落现象出现呢？
我们可以把广漠宇宙想象成一个任意无限大的球体，地球身处宇宙之中，是个微不足道的球体，就像是被宇宙包裹于其中
天球
这个假想的任意无限大的球体，我们称之为天球，众星列宿在宇宙中的位置都可以投影到这个天球面上，太阳也是
由于地球自西向东转，如果以地球为参照物，那天球就相对地球自东向西转，且周期与地球自转周期相同，我们称之为天球周日运动
地球自转（321）和天球周日运动（CBA）,前者向东,后者相对向西
太阳随之就会像是正从地球的东边绕到西边，所以生活在地球上的人会看到太阳东升西落现象
太阳在天球上自东向西的运动我们就称之为太阳日视运动，反映在地平上也就是太阳东升西落
这也就是为什么古代人偏偏痴迷于地心说，认为太阳围绕地球转，毕竟人们自身察觉不到地球在自转运动，会以为地球是静止的
直到1851年法国物理学家莱昂·傅科做了一场大摆锤实验（傅科单摆实验）才证明地球在自转（感兴趣搜一搜）
同地球模型有地球仪一样，天球模型也有天球仪，能够帮助我们理解在地球上所观察到的日月星辰运动规律
天球仪
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02 | 为什么太阳直射点不同，正午太阳高度和东升西落方位也不同？
由于黄道平面与赤道平面不重合，存在一个黄赤交角，地球在公转发生位置变化时，太阳直射点位置也会跟着变化
于是就有了二分点（春分、秋分）和二至点（夏至、冬至）
其中直射点一年位置变化23.5 × 4=94个纬度，也就是说我们做题时可以估算认为太阳直射点一天大约移动4纬度
这很好理解，可到了教科书上，下面这张图就不好理解了，因为书上并没有给出原理解释，只是告诉你有这个现象规律——太阳直射点变化会导致太阳高度和日出日落方位变化
然后各类教辅资料给你展示一大堆像这样的表格性规律总结，直接让你记
或者直接让你记
春秋分 日出正东 正午正南 日落正西
夏至日 日出东北 正午正南 日落西北
冬至日 日出东南 正午正南 日落西南
最终碰到类似的题目也依然难以做出坚定性的抉择，是不是特别难受
但这并不意味着我们在高中学习阶段要死记硬背其规律
如果我们把太阳日视轨迹运动放到天球上（如下图）想象就很好理解——太阳直射点不同，正午太阳高度和东升西落方位会有着怎样的规律，完全可以抛弃之前那些死记硬背的结论
如图所示，轨迹1、2、3分别为夏至日、二分日、冬至日时太阳视运动轨迹（箭头<表示太阳跟随天球的运动方向），天球的天北极为地轴北极的延伸，天南极则是地轴南极的延伸
假设我们在地球上取A、B、C这三个纬度的地点，并分别做出其地平线，来看看这三处地点的正午太阳高度与日出日落方位会随着太阳直射点变化而怎么变化
A处地区（绿色），是位于赤道与北回归线之间的地区；
B处地区（紫色），是位于北回归线以北的地区；
C处地区（蓝色），是位于赤道与南回归线之间的地区；
由于地球在宇宙中微不足道，我们可以将天球中的地球看成一个点，然后，我们将与地平线相应的地平圈延伸扩大，得到下面右边这张图，就可以很直观的反映太阳日视轨迹变化规律
绿色地平圈对应着的是A处地区；
紫色地平圈对应着的是B处地区；
蓝色地平圈对应着的是C处地区；
若太阳直射点位于北半球时（例如夏至），无论是北半球还是南半球的地区（例如A、B、C地区），当地所见的太阳日出日落方位都是从东北升起，西北落下（除发生极昼极夜地区外）
因为这些地区所对应的地平圈（例如上图中的位于北半球的A地平圈（绿色）、B地平圈（紫色）；位于南半球的C地平圈（蓝色））与太阳直射点位于北半球时的日视轨迹（例如上图中的日视轨迹1）的交点都在地平圈东北（E-N）和西北（W-N）处
所以此时太阳日视运动（箭头<表示太阳跟随天球的运动方向），反映在地平之上，便是日出东北，日落西北
同理，我们就能知悉为什么
sum1：
春秋分 日出正东 正午正南 日落正西
夏至日 日出东北 正午正南 日落西北
冬至日 日出东南 正午正南 日落西南
所以这些结论压根不需要记，你只要借助天球系统进行想象，就能得出不同日期、不同地区的正午太阳高度与日出日落方位特点
最后，我们再来对比下以下这三张图，你现在能明白太阳直射点与正午太阳高度和东升西落方位的变化关系规律了吧，只不过课本上所画的图其实只是半个天球部分
（天顶与地平中心的连线垂直于地平圈）
纸上得来终觉浅，尝试自己画一画分析下吧
借助天球系统对太阳视运动进一步观察分析，我们还能得出一些sum（尝试自己推出）
sum2：
北回归线以北的地区，一年四季中正午太阳都位于南方；
南回归线以南的地区，一年四季中正午太阳都位于北方；
左为北半球北回归线以北的地区，右为南半球南回归线以南的地区
这就很好理解为什么我国古代生活在北回归线以北的中原地区人们会把正午太阳称为“南中”
sum3:
南北回归线之间的地区（例如之前所说的A点地区）
太阳直射北半球时（例如夏至），正午太阳在北；
太阳直射南半球时（例如冬至），正午太阳在南；
学以致用，牛刀小试，借助天球系统思考方法来挑战下两道题！
01
学以致用，牛刀小试
天球系统思考方法
读某地某物体的日影长度和朝向图，完成下面小题
1.若a、b表示二至日正午日影，则该地位于 ( )
A
0°~23°26N
B
0°~23°26'S
C
23°26N~66°34N
D
23°26'S~66°34'S
（点击选项答题）
2.若a、b分别表示某日内最长和最短日影，则该地位于 ( )
A
0~23°26N
B
0°~23°26'S
C
66°34N~90°N
D
66°34'S~90°S
（点击选项答题）
点击查看答案解析丨先思考完再看wo~
02
学以致用，牛刀小试
天球系统思考方法
下面两幅图示意海口市某高中室外篮球场，图甲为某同学经常练习投篮的球场及投篮点示意图，图之为该球场篮板侧视图，M、N分别为某日及半月后地方时12: 00篮板上沿在球场的投影，据此完成下面小题
1.仅从面向太阳光投篮会降低投篮命中率角度考虑，该同学在16: 00投篮命中率最低的地点最可能是()
A
a
B
b
C
c
D
d
（点击选项答题）
2.篮板上沿投影从N到M移动的节气最可能为 ( )
A
立夏 (5月6日)一芒种 (6月6日)
B
芒种一夏至
C
夏至一小暑 (7月7日)
D
大暑 (7月22日)-立秋 (8月7日)
（点击选项答题）
3.投影为N时( ）
A
拉萨居民正吃晚饭
B
武汉处于梅雨季节
C
石家庄出现春旱
D
该月份杭州一年中台风最频繁
（点击选项答题）
点击查看答案解析丨先思考完再看wo~
03 | 为什么北极星仰角近似等于当地纬度？
北极星靠近天北极的一颗明亮恒星，位于地轴北极的正上空，只有在北半球上的人们才有机会看到它，它可为我们指明北方
当我们仰望夜空中北极星时的角度就是北极星仰角，由于北极星距离我们非常遥远，仰角∠β会近似等于∠1（如下图），通过初中数学几何分析，我们就可推出
sum4：
北极星仰角可近似等于北半球当地纬度（∠β=∠φ）
北极星仰角可近似等于北半球当地纬度（∠β=∠φ）
纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，尝试自己讲解一下吧！
04 | 如何运用正午太阳高度角推算来解题？
以A点为例，正午太阳高度角H推算
sum5：
正午太阳高度角公式H=90°-|φ-α|，其中φ为当地纬度，α为太阳直射的纬度（当地夏半年取正值，冬半年取负值，反正最终H是小于90°的）
与其死记公式，不如灵活运用正午太阳高度的几何推算过程，来解决一些一些有关太阳高度角或相关夹角的计算难题
05 | 有关发生极昼极夜时的相关夹角问题
sum6：
出现极昼极夜的最低纬度与太阳直射纬度互余，也就是说刚好出现极昼极夜的纬度φ＋太阳直射纬度α=90°
这个我们同样可以借助天球系统来推出（以刚好发生极昼的北半球A点地区为例）
出现极昼极夜的最低纬度与太阳直射纬度互余
北半球某地刚好发生极昼时的太阳视轨迹
由sum6我们也可以得出当地刚好发生极昼时的太阳直射点纬度α=90°-当地纬度φ
北边时刻有太阳，南边时刻也有太阳，太阳没有顺时针西落，那就说明当地发生了极昼
sum7：
哪边的夹角小，当地就位于哪个半球
比如上图中北边的（N）夹角α较小，那么当地就是在北半球发生的极昼现象
通过这张图，你就很好理解为什么了
sum8：
其中较小角α也是为太阳直射点距离此地刚好出现极昼时的太阳直射点纬度的纬度差
也就是说，当地要出现刚好发生极昼现象的那种情况时，太阳直射点纬度要移动α个纬度（北半球则南移；南半球则北移）
同样，也是画图就能理解（以北半球为例）
题型2：北极星与正午太阳高度的夹角
φ近似等于当地纬度，一直保持不变，而北极星与正午太阳高度的夹角α会随着正午太阳高度角θ的变化而变化
sum9：
α=180°-θ-φ
=180°-[90°-（φ-太阳直射纬度）]-φ
=90°-太阳直射纬度
学习能量补充中...
“强大的思想武器，明确的行动纲领，系统的方法路径”
04
趁热打铁，学以致用
击破难题
某地理研究小组在某地进行一年的观测后，给制出了该地北极星光线与正午太阳光线构成的夹角角度 的年变化及某日太阳高度B 在b日的日变化(极圆纬度取66.5’，回归线纬度取23.5°)示意图(下图)，其中虚线代表 的变化，实线为B 的变化。据此究成下列小题
1.该地可能位于 ()
A
奥伊米亚康(63.27N，142.77°E)
B
朗伊尔城 (78.22°N，15.55°E)
C
恩克斯堡岛 (74.90°S，163.77°E)
D
南设得兰 (63.37°S，53.83°w)
（点击选项答题）
2.推测6日至c日，当地的昼长变化为 ()
A
先变长再变短
B
先变短再变长
C
持续变短
D
持续变长
（点击选项答题）
3.若图中M-N=13，则 ( )
A
X=97
B
Y=67
C
M=37
D
N=17
（点击选项答题）
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