正午太阳高度角的变化教学设计

1/1正午太阳高度角的变化（教学设计）同学们，大家好。本节课我们一起研究公转与自转共同作用下产生的地理意义——正午太阳高度角的变化。老师找到了几幅图片，与大家分享一下。在天津，这种太阳能路灯很常见，细心的人发现集热板总是面朝南面倾斜，太阳能集热板为什么是倾斜的？天津和其他城市相比，集热板倾斜角度一样吗？（暂停一会）物影时刻都在变化，天津一天中，哪一时刻物体影子最短？一年中哪一天物体影子最短？要想解开这些谜团，我们就要一起研究今天的课题——正午太阳高度角的变化。正午太阳高度角存在空间变化和时间变化特点，让我们一起来研究正午太阳高度角的时空变化规律吧！太阳光线和地面的夹角叫做太阳高度角，白天任意时刻太阳高度角大于0度，黑夜太阳位于地平线以下，因此太阳高度角小于0度。正午时刻，太阳光线与地面的夹角，称为正午太阳高度角。正午是一天中太阳高度角最大的时刻。一天中日出时，太阳位于晨线上，太阳光线与地面夹角为零度，所以此时太阳高度角等于零度。之后，太阳逐渐升高，太阳高度角逐渐变大。到正午达一天中最大。之后太阳逐渐降低，太阳高度角逐渐减小，日落时太阳位于昏线上，太阳光线与地面夹角为零度，太阳高度角等于零度。正午太阳光线与地面的夹角为大H，角度小于90度，所以正午太阳高度角不一定是90度。正午，若太阳位于头顶正上方，则太阳光线与地面的夹角为90度，此时的正午太阳高度角才是90度。而此时太阳光线与地面的交点为直射点。我们可以认为，同一纬度随着地球的自转，一天内太阳高度角均会在太阳直射此经线（也就是12点时）达到最大值。此图为北半球夏至日太阳光照图，此时，太阳光线垂直入射地面上的A点。A点即为直射点，由此可知直射点的太阳高度角为90度。一天中只有正午太阳高度角才可能达到90°，所以直射点的地方时为12点。同学们跟着老师看这样一幅图，我们一起理解正午太阳高度角与我们生活的关系。正午时，物体在阳光照射下都会产生影子吗？这三地楼房的影子长短是什么样的呢？我们一起画一下。先看A地，正午太阳光线照射A地，影长为LA。再看B地，影长为LB。C地太阳光线从正上方垂直入射，C为直射点，因此影子在脚下。所以三地同高度的三座楼的影长关系是A大于B大于C。我们再比较一下这三处正午太阳高度角的大小。很明显，C大于B大于A。大家能不能发现正午太阳高度角与物体影长的关系啊？正午太阳高度角越大，物体影子越短，反之越长。大家能不能分析一天中物体影长的变化情况啊？（暂停一会）早晨和傍晚影子较长，正午影子最短。正午太阳高度角的变化究竟有什么规律呢？下面我们通过一组探究活动来研究一下。活动一：这里的图是二分二至日的太阳日照图，我们分别来看看，这些时刻正午太阳高度角的变化规律我们先来看春秋分时正午太阳高度角的空间变化有何规律。同学们，我们应该如何分析呢？老师有一个好方法告诉大家。我们先找到太阳直射点，然后分析几条特殊纬线的正午太阳高度角的变化情况，进而推测从太阳直射点所在纬线向南北两侧，正午太阳高度角的递变规律。大家可以借助投影中的光照图进行分析。春秋分时太阳直射赤道，赤道的正午太阳高度角为90度。直射点的地方时为12点，大家应该记得同一经线地方时相同，所以这条经线（用鼠标指图）的地方时均为12点。这些太阳光线与地面的夹角都是对应纬线的正午太阳高度角。那么南北回归线的正午太阳高度角是多少呢？南北极圈呢？南北极点呢？大家仔细观察，从赤道到南北极点正午太阳高度角有什么变化规律呢？（暂停一会）从图中我们能直观看到，赤道的正午太阳高度角大于北回归线，北回归线的正午太阳高度角大于北极圈，北极圈的正午太阳高度角大于北极点。从赤道向北极点正午太阳高度角逐渐减小。南半球也表现出相同的规律。（用鼠标指图，以下同）所以春分日和秋分日太阳直射赤道，赤道的正午太阳高度角为90度，由赤道向两极正午太阳高度角递减。我们再来看北半球夏至日时，正午太阳高度角的空间变化规律。北半球夏至日，太阳直射北回归线，北回归线的正午太阳高度角为90度，那么赤道的正午太阳高度角是多少呢？南回归线呢？南极圈呢？从北回归线到南北两侧，正午太阳高度角有什么变化规律呢？（暂停一会，给出填空）大家仔细观察光照图不难发现，赤道的正午太阳高度角比北回归线要小，南回归线的正午太阳高度角比赤道要小，南极圈的正午太阳高度角比南回归线要小。在北半球，北极圈的正午太阳高度角比北极点要大。从北回归线向南北两侧正午太阳高度角逐渐递减。所以北半球夏至日时，太阳直射北回归线，北回归线的正午太阳高度角为90度。由北回归线向南北两侧正午太阳高度角递减。我们分析了北半球春秋分和夏至日，正午太阳高度角的空间变化规律，你是否能自己分析北半球冬至日，正午太阳高度角的空间变化规律呢？大家试试吧。（暂停一会儿）北半球冬至日，太阳直射南回归线，南回归线的正午太阳高度角为90度，由南回归线向南北两侧正午太阳高度角逐渐递减。同学们，你的结论和老师的一样吗？下面我们一起小结一下正午太阳高度角的空间变化规律。1.春分日和秋分日，太阳直射赤道，赤道的正午太阳高度角为90度，由赤道向两极正午太阳高度角递减。2.北半球夏至日，太阳直射北回归线，北回归线的正午太阳高度角为90度，由北回归线向南北两侧正午太阳高度角递减。3.北半球冬至日，太阳直射南回归线，南回归线的正午太阳高度角为90度，由南回归线向南北两侧正午太阳高度角递减。同学们我们刚才总结的二分二至日正午太阳高度角的变化规律，能不能用一句简单的话概括一下啊？（暂停一会）正午太阳高度角由直射点所在纬度向南北两侧逐渐递减。也可以说，距直射点纬度越近，正午太阳高度角越大，反之则越小。下面请同学们练一练：当广州的正午太阳高度角为90度时，请比较天津、海口正午太阳高度角的大小。（暂停一会儿。）广州的正午太阳高度角为90度，说明此时广州被直射，即直射北纬23度26分。天津位于北纬39度，海口位于北纬20度，相比之下，天津所在纬度距直射点纬度较远一些，而海口所在纬度距直射点纬度较近，所以天津的正午太阳高度角比海口小。自然景观在不同纬度地区呈现出一定差异，这与正午太阳高度角的空间变化存在一定关系。当我国东北积雪覆盖、白雪皑皑的时候，海南岛却是夏日炎炎、烈日当空。下面我们来研究时间变化规律。同一地区不同季节，正午太阳高度角又是如何变化的呢？我们来看活动二。一年中，天津的正午太阳高度角是如何变化的？海口呢？刚才我们得出的结论是：距直射点所在纬度越近，正午太阳高度角越大；距直射点所在纬度越远，正午太阳高度角越小。所以说，对于同一地区而言，什么时刻离直射点最近，什么时刻正午太阳高度角就最大，什么时间段直射点向该地接近，什么时间段该地正午太阳高度角就增大，简而言之，来增去减。同学们想一想，什么时刻天津的正午太阳高度角最小呢？（暂停一会）太阳直射点在南北回归线之间移动，天津位于北纬39度，当北半球冬至日时直射南回归线，天津离直射点最远，正午太阳高度角最小。你答对了吗？同学们再想一想，什么时刻天津的正午太阳高度角最大呢？当直射点从南回归线向北回归线移动时，天津的正午太阳高度角逐渐增大。北半球夏至日时，直射北回归线，天津离直射点最近，正午太阳高度角最大。当直射点从北回归线向南回归线移动时，天津的正午太阳高度角逐渐减小。北京位于北纬40°，大家分析一下北京一年正午太阳高度角的变化规律。（暂停一会）和天津一样对不对！哪些地区与天津具有相同的变化规律呢？（暂停一会）北回归线及其以北地区与天津具有相同的变化规律。南回归线及其以南地区与天津相反。我们一起总结一下。北回归线及其以北地区，从冬至到春分到夏至，正午太阳高度角不断增大，夏至日达一年中最大值。南回归线及其以南地区从夏至到秋分到冬至，正午太阳高度角逐渐增大，冬至日达一年中最大值。北回归线及其以北地区从夏至到秋分到冬至，正午太阳高度角逐渐减小，冬至日达一年中最小值。南回归线及其以南地区，从冬至到春分到夏至，正午太阳高度角逐渐减小，夏至日达一年中最小值。那么南北回归线之间的地点，一年中的正午太阳高度角又是如何变化呢？我们来看看海口正午太阳高度角是如何变化的。同学们知道，海口正午太阳高度角什么时候最大吗？海口位于北纬20度，在直射点的回归运动图中，我们直观看到，海口一年有两次直射，该地被直射时，正午太阳高度角为90度，达一年中最大值。大家知道海口的正午太阳高度角什么时候最小吗？当北半球冬至时直射南回归线，海口离直射点最远，正午太阳高度角达一年中最小值。我国的曾母暗沙位于北纬4°左右，同学们想一想曾母暗沙一年中的正午太阳高度角又是如何变化呢？（暂停一会）。是不是和海口一样啊！大家想一想哪些地区与海口具有相同的变化规律？（暂停一会）赤道至北回归线之间与海口相同。赤道至北回归线之间，一年有两次直射，被直射时，正午太阳高度角等于90度，达一年中最大值，冬至日达一年中最小值。赤道至南回归线之间，一年也有两次直射，被直射时，正午太阳高度角等于90度，达一年中最大值，夏至日时达一年中最小值。我们一起列表总结一下全球正午太阳高度角的时间变化规律：北回归线及其以北地区无直射现象，北半球夏至日最大，冬至日最小。南回归线及其以南地区，无直射现象，北半球冬至日最大，夏至日最小。除赤道外的南北回归线之间的地区，一年有两次直射；一次最小值。赤道一年有两次两次直射，分别在春秋分日。有两次最小值，出现在冬至日和夏至日。本节课我们研究了正午太阳高度角的空间变化和时间变化规律，现在我们一起总结一下。一、空间变化。正午太阳高度角从直射纬度向南北两侧逐渐递减。春分日、秋分日，直射赤道，赤道的正午太阳高度角为90度，由赤道向两极正午太阳高度角逐渐减小。北半球夏至日，太阳直射北回归线，北回归线的正午太阳高度角为90度，由北回归线向南北两侧正午太阳高度角逐渐减小。北半球冬至日，太阳直射南回归线，南回归线的正午太阳高度角为90度，由南回归线向南北两侧正午太阳高度角逐渐递减。二、时间变化。北半球夏至日，北回归线及其以北地区，正午太阳高度角达一年中最大值，南半球达一年中最小值。北半球冬至日，南回归线及其以南地区，正午太阳高度角达一年中最大值，北半球达一年中最小值。学习了这些知识，下面我们一起研究太阳能路灯与物影的问题吧！同学们应该知道，太阳光线与集热板垂直才能达到最好的集热效果。天津地处北纬39度附近，没有直射机会，正午太阳高度角不会达到90度，所以集热板是倾斜的。不同城市所处纬度不同，正午太阳高度角不同，所以倾斜角度不一样。物影长短与太阳高度角相关，太阳高度角越小，物影越长，太阳高度角越大，物影越短。一天中，正午时刻太阳高度角最大，物影最短。天津地处北纬39度，一年中，夏至日，正午太阳高度角达一年中最大值，物影达一年中最小值。下面我们做一些习题，巩固一下本节所学知识。我国《物权法》指出，住宅间距必须保证北面楼房底层窗台面日照时间不少于1小时(如图)。据此回答下题。1.“日照时间不少于1小时”的日期指的是？（暂停一会读题）我国大部分地区位于北回归线以北地区，大部分时间阳光从南面照过来，北半球冬至日，正午太阳高度角最小，物体影子最长，北面底层最易被南面楼房遮住阳光，所以日照时间不少于一小时的日期应该为冬至日。2.按照采光要求，下列四个城市相邻同高楼房的间距最宽的应该是？（暂停一会读题）楼间距最宽，说明南面的楼房影子最长，物影与太阳高度角密切相关。影子最长，也就意味着太阳高度角最小。北半球冬至日时，太阳直射南回归线，选项中的四个城市均位于北半球，纬度越高，离直射点所在纬度越远，其正午太阳高度角越小，影子越长，所以楼间距最宽的应该是哈尔滨。2016年9月4日～5日，G20峰会在杭州(30°N)举行，某宾馆对传统的太阳能热水器进行改造：将太阳能热水器集热板装在一个大玻璃箱里，并将热水器的支架改造成活动形式。回答下题。1.一年中，活动支架最短的日期是？（暂停一会读题）由图可知，集热板与地面夹角与正午太阳高度角互余。活动支架最短，说明集热板与地面夹角最小，该地正午太阳高度角最大，杭州位于北纬30度，北半球夏至日正午太阳高度角达一年中最大值。所以选B。2.为了充分利用太阳能，尽可能使一年内正午太阳光线与集热板保持垂直，集热板与地面夹角的调整幅度为？（暂停一会读题）杭州位于北纬30度，北半球夏至日，正午太阳高度角达一年中最大值，冬至日达最小值，所以正午太阳高度角的变化幅度为二倍的23度26分，也就是46度52分，所以夹角的调整幅度也为46度52分。读“某地正午太阳高度角年变化折线图”，完成下题。根据该地正午太阳高度角年变化规律判断该地可能位于？（暂停一会读题）该图为坐标图，横坐标表示日期，纵坐标表示正午太阳高度角。由图可知，该地一年中有两次正午太阳高度角为90度，说明有两次太阳直射，结合太阳直射点