知识点
(1)日出日落
以北半球为例:①春分、秋至,6点日出,18点日落;②夏至,6点前日出,18点后日落;冬至,6点后日出,18点后日落。
(2)太阳直射点的移动
太阳直射点在南、北回归线之间往复运动,运动的周期为一个回归年(365日5时48分46秒)。春分(3月21日)太阳直射赤道;此后太阳直射点逐渐向北移动,夏至(6月22日)太阳直射北回归线;此后太阳直射点逐渐往南移动,秋分(9月23日)重新直射赤道;此后太阳直射点继续向南移动,冬至(12月22日)太阳直射南回归线;此后太阳直射点返回,向北移动,春分(3月21日)太阳直射赤道。
图1 太阳直射点的移动
(3)正午太阳高度角的计算
正午太阳高度角,即太阳直射的光线与水平地面的夹角(下图中的红色夹角H)。正午太阳高度角(H),是一天中太阳高度角最大的角,在中午的12:00出现。
计算公式:
H=90°-|当地纬度-太阳直射点纬度|
规律:
①太阳直射时,正午太阳高度角(H)=90°;
②太阳不直射时,12:00时的正午太阳高度角最大;
③太阳高度角,等于90°减去该地距离太阳直射点的纬度差;
④从直射点开始,向南北两侧,正午太阳高度角逐渐减小,减小的角度,恰好等于当地纬度与太阳直射点纬度的差。
图2 正午太阳高度角
例题
图3 例题
答案:B、C
精讲精析:(1)判断影子的方向。如下图,第一张图中,影子位于白色平台的上面,天塔的右侧为一个暗色的凸出港口;对应到第二幅图上面,应该是下图第二幅图中红色线的位置。第二幅图中有指北针,因此该红线所指的西北方,即为天塔的影子方向。
图4 太阳高度角示意图
(2)判断太阳的位置,进而确定时间。影子在西北方,因此太阳应该位于东南方,应该是日出后的一段时间。天津低处北半球40°N左右,因此春季秋季6点日出,夏季6点前日出,冬季6点后日出。因此只有8:00-10:00符合条件,每个季节都是刚刚日出后。
(3)判断太阳高度角,进而确定日期。如上图第一幅图,红线为影子的位置,黄线为天塔,橙色的为角度α(太阳高度角)。当太阳直射的时候,α=90°;当日落时,α=0°。此时tan(α)=2。因为tan(60°)=√3=1.732,因此我们可以知道,该角度大于60°,且接近60°(arctan2=63.5°)。因为天津为40°N,因此春分、秋分时,太阳直射赤道,正午太阳高度角为:90°-|40°N-0°|=50°;夏至时为90°-|40°N-23°26′N|=73°26′;冬至时为90°-|40°N-23°26′S|=26°34′。而正午太阳高度角为一天之内太阳高度角最大的时刻,即任何时刻的太阳高度角
总结
该题难度很大,应该按照清晰的思路来解答:
①确定影子方向,进而确定时间;②确定影子长度,进而计算出太阳高度角α;③α为清晨的太阳高度角,因此一定小于正午太阳高度角。因此将α与每个季节的正午太阳高度角相比较,得出答案。