正午太陽高度角的變化教學設計

1/1正午太陽高度角的變化（教學設計）同學們，大家好。本節(jié)課我們一起研究公轉與自轉共同作用下產生的地理意義——正午太陽高度角的變化。老師找到了幾幅圖片，與大家分享一下。在天津，這種太陽能路燈很常見，細心的人發(fā)現(xiàn)集熱板總是面朝南面傾斜，太陽能集熱板為什么是傾斜的？天津和其他城市相比，集熱板傾斜角度一樣嗎？（暫停一會）物影時刻都在變化，天津一天中，哪一時刻物體影子最短？一年中哪一天物體影子最短？要想解開這些謎團，我們就要一起研究今天的課題——正午太陽高度角的變化。正午太陽高度角存在空間變化和時間變化特點，讓我們一起來研究正午太陽高度角的時空變化規(guī)律吧！太陽光線和地面的夾角叫做太陽高度角，白天任意時刻太陽高度角大于0度，黑夜太陽位于地平線以下，因此太陽高度角小于0度。正午時刻，太陽光線與地面的夾角，稱為正午太陽高度角。正午是一天中太陽高度角最大的時刻。一天中日出時，太陽位于晨線上，太陽光線與地面夾角為零度，所以此時太陽高度角等于零度。之后，太陽逐漸升高，太陽高度角逐漸變大。到正午達一天中最大。之后太陽逐漸降低，太陽高度角逐漸減小，日落時太陽位于昏線上，太陽光線與地面夾角為零度，太陽高度角等于零度。正午太陽光線與地面的夾角為大H，角度小于90度，所以正午太陽高度角不一定是90度。正午，若太陽位于頭頂正上方，則太陽光線與地面的夾角為90度，此時的正午太陽高度角才是90度。而此時太陽光線與地面的交點為直射點。我們可以認為，同一緯度隨著地球的自轉，一天內太陽高度角均會在太陽直射此經(jīng)線（也就是12點時）達到最大值。此圖為北半球夏至日太陽光照圖，此時，太陽光線垂直入射地面上的A點。A點即為直射點，由此可知直射點的太陽高度角為90度。一天中只有正午太陽高度角才可能達到90°，所以直射點的地方時為12點。同學們跟著老師看這樣一幅圖，我們一起理解正午太陽高度角與我們生活的關系。正午時，物體在陽光照射下都會產生影子嗎？這三地樓房的影子長短是什么樣的呢？我們一起畫一下。先看A地，正午太陽光線照射A地，影長為LA。再看B地，影長為LB。C地太陽光線從正上方垂直入射，C為直射點，因此影子在腳下。所以三地同高度的三座樓的影長關系是A大于B大于C。我們再比較一下這三處正午太陽高度角的大小。很明顯，C大于B大于A。大家能不能發(fā)現(xiàn)正午太陽高度角與物體影長的關系?。空缣柛叨冉窃酱?，物體影子越短，反之越長。大家能不能分析一天中物體影長的變化情況?。浚〞和Ｒ粫┰绯亢桶碛白虞^長，正午影子最短。正午太陽高度角的變化究竟有什么規(guī)律呢？下面我們通過一組探究活動來研究一下?；顒右唬哼@里的圖是二分二至日的太陽日照圖，我們分別來看看，這些時刻正午太陽高度角的變化規(guī)律我們先來看春秋分時正午太陽高度角的空間變化有何規(guī)律。同學們，我們應該如何分析呢？老師有一個好方法告訴大家。我們先找到太陽直射點，然后分析幾條特殊緯線的正午太陽高度角的變化情況，進而推測從太陽直射點所在緯線向南北兩側，正午太陽高度角的遞變規(guī)律。大家可以借助投影中的光照圖進行分析。春秋分時太陽直射赤道，赤道的正午太陽高度角為90度。直射點的地方時為12點，大家應該記得同一經(jīng)線地方時相同，所以這條經(jīng)線（用鼠標指圖）的地方時均為12點。這些太陽光線與地面的夾角都是對應緯線的正午太陽高度角。那么南北回歸線的正午太陽高度角是多少呢？南北極圈呢？南北極點呢？大家仔細觀察，從赤道到南北極點正午太陽高度角有什么變化規(guī)律呢？（暫停一會）從圖中我們能直觀看到，赤道的正午太陽高度角大于北回歸線，北回歸線的正午太陽高度角大于北極圈，北極圈的正午太陽高度角大于北極點。從赤道向北極點正午太陽高度角逐漸減小。南半球也表現(xiàn)出相同的規(guī)律。（用鼠標指圖，以下同）所以春分日和秋分日太陽直射赤道，赤道的正午太陽高度角為90度，由赤道向兩極正午太陽高度角遞減。我們再來看北半球夏至日時，正午太陽高度角的空間變化規(guī)律。北半球夏至日，太陽直射北回歸線，北回歸線的正午太陽高度角為90度，那么赤道的正午太陽高度角是多少呢？南回歸線呢？南極圈呢？從北回歸線到南北兩側，正午太陽高度角有什么變化規(guī)律呢？（暫停一會，給出填空）大家仔細觀察光照圖不難發(fā)現(xiàn)，赤道的正午太陽高度角比北回歸線要小，南回歸線的正午太陽高度角比赤道要小，南極圈的正午太陽高度角比南回歸線要小。在北半球，北極圈的正午太陽高度角比北極點要大。從北回歸線向南北兩側正午太陽高度角逐漸遞減。所以北半球夏至日時，太陽直射北回歸線，北回歸線的正午太陽高度角為90度。由北回歸線向南北兩側正午太陽高度角遞減。我們分析了北半球春秋分和夏至日，正午太陽高度角的空間變化規(guī)律，你是否能自己分析北半球冬至日，正午太陽高度角的空間變化規(guī)律呢？大家試試吧。（暫停一會兒）北半球冬至日，太陽直射南回歸線，南回歸線的正午太陽高度角為90度，由南回歸線向南北兩側正午太陽高度角逐漸遞減。同學們，你的結論和老師的一樣嗎？下面我們一起小結一下正午太陽高度角的空間變化規(guī)律。1.春分日和秋分日，太陽直射赤道，赤道的正午太陽高度角為90度，由赤道向兩極正午太陽高度角遞減。2.北半球夏至日，太陽直射北回歸線，北回歸線的正午太陽高度角為90度，由北回歸線向南北兩側正午太陽高度角遞減。3.北半球冬至日，太陽直射南回歸線，南回歸線的正午太陽高度角為90度，由南回歸線向南北兩側正午太陽高度角遞減。同學們我們剛才總結的二分二至日正午太陽高度角的變化規(guī)律，能不能用一句簡單的話概括一下啊？（暫停一會）正午太陽高度角由直射點所在緯度向南北兩側逐漸遞減。也可以說，距直射點緯度越近，正午太陽高度角越大，反之則越小。下面請同學們練一練：當廣州的正午太陽高度角為90度時，請比較天津、?？谡缣柛叨冉堑拇笮　＃〞和Ｒ粫?。）廣州的正午太陽高度角為90度，說明此時廣州被直射，即直射北緯23度26分。天津位于北緯39度，?？谖挥诒本?0度，相比之下，天津所在緯度距直射點緯度較遠一些，而?？谒诰暥染嘀鄙潼c緯度較近，所以天津的正午太陽高度角比?？谛?。自然景觀在不同緯度地區(qū)呈現(xiàn)出一定差異，這與正午太陽高度角的空間變化存在一定關系。當我國東北積雪覆蓋、白雪皚皚的時候，海南島卻是夏日炎炎、烈日當空。下面我們來研究時間變化規(guī)律。同一地區(qū)不同季節(jié)，正午太陽高度角又是如何變化的呢？我們來看活動二。一年中，天津的正午太陽高度角是如何變化的？海口呢？剛才我們得出的結論是：距直射點所在緯度越近，正午太陽高度角越大；距直射點所在緯度越遠，正午太陽高度角越小。所以說，對于同一地區(qū)而言，什么時刻離直射點最近，什么時刻正午太陽高度角就最大，什么時間段直射點向該地接近，什么時間段該地正午太陽高度角就增大，簡而言之，來增去減。同學們想一想，什么時刻天津的正午太陽高度角最小呢？（暫停一會）太陽直射點在南北回歸線之間移動，天津位于北緯39度，當北半球冬至日時直射南回歸線，天津離直射點最遠，正午太陽高度角最小。你答對了嗎？同學們再想一想，什么時刻天津的正午太陽高度角最大呢？當直射點從南回歸線向北回歸線移動時，天津的正午太陽高度角逐漸增大。北半球夏至日時，直射北回歸線，天津離直射點最近，正午太陽高度角最大。當直射點從北回歸線向南回歸線移動時，天津的正午太陽高度角逐漸減小。北京位于北緯40°，大家分析一下北京一年正午太陽高度角的變化規(guī)律。（暫停一會）和天津一樣對不對！哪些地區(qū)與天津具有相同的變化規(guī)律呢？（暫停一會）北回歸線及其以北地區(qū)與天津具有相同的變化規(guī)律。南回歸線及其以南地區(qū)與天津相反。我們一起總結一下。北回歸線及其以北地區(qū)，從冬至到春分到夏至，正午太陽高度角不斷增大，夏至日達一年中最大值。南回歸線及其以南地區(qū)從夏至到秋分到冬至，正午太陽高度角逐漸增大，冬至日達一年中最大值。北回歸線及其以北地區(qū)從夏至到秋分到冬至，正午太陽高度角逐漸減小，冬至日達一年中最小值。南回歸線及其以南地區(qū)，從冬至到春分到夏至，正午太陽高度角逐漸減小，夏至日達一年中最小值。那么南北回歸線之間的地點，一年中的正午太陽高度角又是如何變化呢？我們來看看?？谡缣柛叨冉鞘侨绾巫兓摹Ｍ瑢W們知道，?？谡缣柛叨冉鞘裁磿r候最大嗎？海口位于北緯20度，在直射點的回歸運動圖中，我們直觀看到，?？谝荒暧袃纱沃鄙洌摰乇恢鄙鋾r，正午太陽高度角為90度，達一年中最大值。大家知道海口的正午太陽高度角什么時候最小嗎？當北半球冬至時直射南回歸線，海口離直射點最遠，正午太陽高度角達一年中最小值。我國的曾母暗沙位于北緯4°左右，同學們想一想曾母暗沙一年中的正午太陽高度角又是如何變化呢？（暫停一會）。是不是和?？谝粯影?！大家想一想哪些地區(qū)與?？诰哂邢嗤淖兓?guī)律？（暫停一會）赤道至北回歸線之間與?？谙嗤?。赤道至北回歸線之間，一年有兩次直射，被直射時，正午太陽高度角等于90度，達一年中最大值，冬至日達一年中最小值。赤道至南回歸線之間，一年也有兩次直射，被直射時，正午太陽高度角等于90度，達一年中最大值，夏至日時達一年中最小值。我們一起列表總結一下全球正午太陽高度角的時間變化規(guī)律：北回歸線及其以北地區(qū)無直射現(xiàn)象，北半球夏至日最大，冬至日最小。南回歸線及其以南地區(qū)，無直射現(xiàn)象，北半球冬至日最大，夏至日最小。除赤道外的南北回歸線之間的地區(qū)，一年有兩次直射；一次最小值。赤道一年有兩次兩次直射，分別在春秋分日。有兩次最小值，出現(xiàn)在冬至日和夏至日。本節(jié)課我們研究了正午太陽高度角的空間變化和時間變化規(guī)律，現(xiàn)在我們一起總結一下。一、空間變化。正午太陽高度角從直射緯度向南北兩側逐漸遞減。春分日、秋分日，直射赤道，赤道的正午太陽高度角為90度，由赤道向兩極正午太陽高度角逐漸減小。北半球夏至日，太陽直射北回歸線，北回歸線的正午太陽高度角為90度，由北回歸線向南北兩側正午太陽高度角逐漸減小。北半球冬至日，太陽直射南回歸線，南回歸線的正午太陽高度角為90度，由南回歸線向南北兩側正午太陽高度角逐漸遞減。二、時間變化。北半球夏至日，北回歸線及其以北地區(qū)，正午太陽高度角達一年中最大值，南半球達一年中最小值。北半球冬至日，南回歸線及其以南地區(qū)，正午太陽高度角達一年中最大值，北半球達一年中最小值。學習了這些知識，下面我們一起研究太陽能路燈與物影的問題吧！同學們應該知道，太陽光線與集熱板垂直才能達到最好的集熱效果。天津地處北緯39度附近，沒有直射機會，正午太陽高度角不會達到90度，所以集熱板是傾斜的。不同城市所處緯度不同，正午太陽高度角不同，所以傾斜角度不一樣。物影長短與太陽高度角相關，太陽高度角越小，物影越長，太陽高度角越大，物影越短。一天中，正午時刻太陽高度角最大，物影最短。天津地處北緯39度，一年中，夏至日，正午太陽高度角達一年中最大值，物影達一年中最小值。下面我們做一些習題，鞏固一下本節(jié)所學知識。我國《物權法》指出，住宅間距必須保證北面樓房底層窗臺面日照時間不少于1小時(如圖)。據(jù)此回答下題。1.“日照時間不少于1小時”的日期指的是？（暫停一會讀題）我國大部分地區(qū)位于北回歸線以北地區(qū)，大部分時間陽光從南面照過來，北半球冬至日，正午太陽高度角最小，物體影子最長，北面底層最易被南面樓房遮住陽光，所以日照時間不少于一小時的日期應該為冬至日。2.按照采光要求，下列四個城市相鄰同高樓房的間距最寬的應該是？（暫停一會讀題）樓間距最寬，說明南面的樓房影子最長，物影與太陽高度角密切相關。影子最長，也就意味著太陽高度角最小。北半球冬至日時，太陽直射南回歸線，選項中的四個城市均位于北半球，緯度越高，離直射點所在緯度越遠，其正午太陽高度角越小，影子越長，所以樓間距最寬的應該是哈爾濱。2016年9月4日～5日，G20峰會在杭州(30°N)舉行，某賓館對傳統(tǒng)的太陽能熱水器進行改造：將太陽能熱水器集熱板裝在一個大玻璃箱里，并將熱水器的支架改造成活動形式?；卮鹣骂}。1.一年中，活動支架最短的日期是？（暫停一會讀題）由圖可知，集熱板與地面夾角與正午太陽高度角互余?；顒又Ъ茏疃蹋f明集熱板與地面夾角最小，該地正午太陽高度角最大，杭州位于北緯30度，北半球夏至日正午太陽高度角達一年中最大值。所以選B。2.為了充分利用太陽能，盡可能使一年內正午太陽光線與集熱板保持垂直，集熱板與地面夾角的調整幅度為？（暫停一會讀題）杭州位于北緯30度，北半球夏至日，正午太陽高度角達一年中最大值，冬至日達最小值，所以正午太陽高度角的變化幅度為二倍的23度26分，也就是46度52分，所以夾角的調整幅度也為46度52分。讀“某地正午太陽高度角年變化折線圖”，完成下題。根據(jù)該地正午太陽高度角年變化規(guī)律判斷該地可能位于？（暫停一會讀題）該圖為坐標圖，橫坐標表示日期，縱坐標表示正午太陽高度角。由圖可知，該地一年中有兩次正午太陽高度角為90度，說明有兩次太陽直射，結合太陽直射點