在正午太陽高度角那期，我們初步的了解到了太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，今天我們來完整的了解認(rèn)識(shí)一下這個(gè)知識(shí)點(diǎn)
“太陽視運(yùn)動(dòng)”的相關(guān)性
1.相關(guān)概念
1.1天球
人眼不僅能夠察覺物體的存在，而且能夠辨別物體的遠(yuǎn)近。觀察天體也如此，因天體同地物相比是遙遠(yuǎn)的，以致人眼無法辨別它們?cè)诰嚯x上的千差萬別，似乎都是等距的，天空看起來似乎是一個(gè)球面，那么，不妨把宇宙空間當(dāng)作球體看待，并把天體在球體上的位置當(dāng)作它們的真實(shí)位置，這種假想的球體叫天球。通常所說的天球指地心天球，而不是指太陽天球。如圖1所示。
圖1 圖2
1.2地平圈和天赤道
地平圈和天赤道是天球的兩個(gè)重要的大圓。由于任意兩個(gè)大圓相交且相互平分，所以人們看到的宇宙只是半個(gè)天球。地平圈和天赤道的交點(diǎn)是東點(diǎn)（常記作E）和西點(diǎn)（常記作W），是地平圈上當(dāng)?shù)卣龞|和正西的標(biāo)志。但高中教學(xué)中，往往把問題簡單化，常用圖2或圖3來表示地平圈與天球的相對(duì)位置。
1.3太陽視運(yùn)動(dòng)
人們?cè)诘仄饺ι细杏X到太陽是東升西落的，且有它的運(yùn)動(dòng)路線，我們把某一天中太陽在天球上的運(yùn)動(dòng)叫做太陽的視運(yùn)動(dòng)，如圖4。可見，太陽視運(yùn)動(dòng)圖是一種視覺效果，能揭示太陽在天球上的運(yùn)動(dòng)的相對(duì)方位的變化，再和教材某些知道點(diǎn)結(jié)合是一個(gè)常常被采用的命題點(diǎn)。
2.太陽視運(yùn)動(dòng)圖的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)
2.1日出和日落的方位
當(dāng)太陽直射在δ°N時(shí)，非極晝（夜）區(qū)的太陽都是東偏北δ°角升起，西偏北δ°角落下。
當(dāng)太陽直射在δ°S時(shí)，非極晝（夜）區(qū)的太陽都是東偏南δ°角升起，西偏南δ°角落下。
當(dāng)太陽直射在赤道時(shí)，除兩極點(diǎn)外，太陽都從正東方升起，正西方落下。
注：因北（南）極點(diǎn)的四周都是正南（北）方，所以每時(shí)每刻的太陽都在正南（北）方。
2.2正午時(shí)刻太陽在天球上的方位和高度
某日太陽直射緯線上的各地，該日正午時(shí)刻太陽位于天球的天頂。
某日太陽直射緯線以北的各地，該日正午時(shí)刻太陽位于天球的正南方。
某日太陽直射緯線以南的各地，該日正午時(shí)刻太陽位于天球的正北方。
正午太陽高度的計(jì)算：H = 90°－Δφ （Δφ表示緯度差）
2.3極夜區(qū)某一地的子夜(0：00)的太陽高度及在天球上的方位
子夜時(shí)刻的太陽高度h = φ當(dāng)?shù)?/span>－φ外圍
注：φ當(dāng)?shù)?/span>表示當(dāng)?shù)氐木暥龋?/span>φ外圍表示極晝區(qū)最低緯線的緯度，公式的證明較簡單，此略。
方位：與正午時(shí)刻在天球上的方位相反
如：當(dāng)太陽直射在22°N時(shí)，試計(jì)算85°N在0：00時(shí)的太陽高度角，并說出此時(shí)太陽在天球上的方位。
簡析：當(dāng)?shù)鼐暥葹?/span>85°N，外圍緯線的緯度與太陽直射緯度互余，所以
h = 85°－（90°－22°）= 17°
方位為正北方（因正午時(shí)刻為正南方）
2.4上午和下午的任一時(shí)刻，太陽在天球上的方位
例1：當(dāng)太陽直射在20°N時(shí)，請(qǐng)說明上午和下午的任一時(shí)刻太陽在天球上的方位。
先畫出這時(shí)的太陽視運(yùn)動(dòng)示意圖，如下圖，
據(jù)前面所述可知日出點(diǎn)在東偏北20°角的A點(diǎn)，日落點(diǎn)在西偏北20°角的圖中的B點(diǎn)，先計(jì)算晝長：
Cost =－tanδ×tan φ
δ表示太陽赤緯，φ表示地理緯度，t表示晝弧的一半。在計(jì)算時(shí)，按照習(xí)慣，δ和φ都以北半球?yàn)檎?hào)，南半球?yàn)樨?fù)號(hào)。再算太陽運(yùn)動(dòng)的角速度。
但用這公式計(jì)算很麻煩，可采用估計(jì)的方法處理：
以二分日為對(duì)照，太陽運(yùn)動(dòng)的角速度為：
180°÷12h = 15°/時(shí)
而∠1 = 20°且20°÷15°/h = 1小時(shí)20 分鐘
于是：日出到日出后1小時(shí)20分內(nèi)（即A→D）,太陽位于東北方，D點(diǎn)的太陽在正東，之后到正午（即D→C）太陽位于東南方，正午（對(duì)應(yīng)C點(diǎn)）在正南，之后一直到日落前1小時(shí)20分內(nèi)（即C→F）太陽位于西南，F(xiàn)點(diǎn)的太陽在正西，之后的1小時(shí)20分內(nèi)位于西北。
例2：當(dāng)太陽直射在以下緯線時(shí)，畫圖說明此日直射緯線上某點(diǎn)的太陽在天球上的方位的變化情況。
（1）20°S （2）20°N （3）0°
答：作圖如下：
從圖中可以看出：
在圖（1）中，當(dāng)太陽直射在南半球時(shí)，太陽視運(yùn)動(dòng)平面由A、B和天頂三點(diǎn)決定，上午任意時(shí)刻太陽均位于天球的東南方下午任意時(shí)刻均位于天球的西南方（地物的影子朝向與此相反）。
同理：當(dāng)太陽直射在北半球時(shí)，上午任意時(shí)刻太陽均位于天球的東北方，下午任意時(shí)刻均位于天球的西北方（圖2）；當(dāng)太陽直射在赤道時(shí)，上午任意時(shí)刻太陽均位于天球的正東方，下午任意時(shí)刻均位于天球的正西方（圖3）。
3.畫太陽視運(yùn)動(dòng)示意圖的相關(guān)點(diǎn)
3.1非極晝（夜）區(qū)的地點(diǎn)有三個(gè)相關(guān)點(diǎn)
日出點(diǎn)、日落點(diǎn)和正午點(diǎn)
3.2極晝區(qū)的地點(diǎn)有二個(gè)相關(guān)點(diǎn)
子夜（0：00）和正午（12：00）
3.3畫圖步驟
第一步畫底圖，如圖2或圖3（極點(diǎn)都是同一方位）
第二步計(jì)算相關(guān)點(diǎn)的有關(guān)數(shù)據(jù)，并確定其方位
第三步描點(diǎn)并連線（拋物線或橢圓，實(shí)際上是大圓或大圓的一段弧線）
例當(dāng)太陽直射在20°N時(shí)，畫出下列緯度的太陽視運(yùn)動(dòng)示意圖。
（1）20°N（圖1）
（2）赤道 （圖2）
（3）50°N（圖3）
（4）70°N（圖4）
（5）80°N （圖5）
（6）90°N（圖6）
簡析：前面的3道小題要找三個(gè)相關(guān)點(diǎn)，后面的3道只找二個(gè)相關(guān)點(diǎn)。
如（2）小題的三個(gè)相關(guān)點(diǎn)如下：
日出點(diǎn) 在東偏北20°的A點(diǎn)
日落點(diǎn) 在西偏北20°的B點(diǎn)
正午點(diǎn) 在天球上正北方且H=90°－（20°－0°）=70°的圖中的C點(diǎn)
再如第（5）題的二個(gè)相關(guān)點(diǎn)如下：
正午相關(guān)點(diǎn) H=90°－（80°－20°）= 30°即∠2 = 30° 方位在天球的正南方
0：00相關(guān)點(diǎn) h = 80°－（90°－20°）= 10°即∠1=10°方位在天球的正北方
注：前3個(gè)小題過三個(gè)相關(guān)點(diǎn)連成拋物線，而后3個(gè)小題是過二個(gè)相關(guān)點(diǎn)連成圓；北極點(diǎn)的四周都是正南方。
4.相關(guān)知識(shí)點(diǎn)
4.1極晝區(qū)的正午太陽高度（H）和子夜（0：00）太陽高度h與太陽直射緯度δ之間的數(shù)量關(guān)系（φ當(dāng)?shù)?/span>表示當(dāng)?shù)氐木暥龋?/span>φ外圍表示極晝區(qū)最低緯線的緯度）
在前面的第（5）題圖中
h = ∠1 =φ當(dāng)?shù)?/span>－φ外圍
φ外圍 = 90°－δ
H = ∠2 = 90°－Δφ
Δφ =φ當(dāng)?shù)?/span>－δ
所以：
H＋h = [90°－（φ當(dāng)?shù)?/span>－δ）]＋[φ當(dāng)?shù)?/span>－(90°－δ)]
故 δ = （H＋h）÷2
4.2極點(diǎn)在極晝期間，每天的太陽高度大小是個(gè)定值，且等于太陽直射緯度δ
從理論上講，極點(diǎn)是所有經(jīng)線的交點(diǎn)，所以沒有地方時(shí)，因此也沒有正午太陽高度這一概念，于是一天中，太陽高度是個(gè)定值。
如下圖，
以北半球的夏至日為例，對(duì)北極點(diǎn)N來說，地平線NA和太陽光線NB的空間位置不隨地球的自轉(zhuǎn)而發(fā)生變化，所以一天的每時(shí)每刻的太陽高度都為h，且不難得出∠h = ∠1 =δ。
所以前面的第（6）題的圖中，北極點(diǎn)該日的太陽視運(yùn)動(dòng)路線與地平圈平行，且h =δ = 20°（因四周都是正南方，所以子夜和正午時(shí)刻的太陽在天球上的方位都是正南方）。
5.太陽視運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律（主要引自福建張露老師）
1．同一緯度地區(qū)日出、日落方位的時(shí)間變化（加上日出、日落方位的偏角可根據(jù)公式）
變化呈現(xiàn)如下規(guī)律：二分日日出正東、日落正西；
從春分到夏至，偏北且偏角漸大；
從夏至到秋分，偏北且偏角漸小；
從秋分到冬至，偏南且偏角漸大；
從冬至到次年春分，偏南且偏角漸小。
2．同一日期日出、日落方位的緯度差異
在春分日和秋分日，全球各地（南北極點(diǎn)除外）太陽均從正東方升起，正西方落下；
在北半球夏半年（從春分日到秋分日），全球各地（極晝極夜地區(qū)除外）太陽均從東偏北方向升起，西偏北方向落下；
在北半球冬半年（從秋分日到次年春分日），全球各地（極晝極夜地區(qū)除外）太陽均從東偏南方向升起，西偏南方向落下。
同一日期，不同緯度地區(qū)日出、日落方位的偏角是不一樣的，緯度越高，日出、日落方位的偏角就越大。
3．不同緯度地區(qū)日出、日落方位的時(shí)間變化
（1）赤道上：
當(dāng)太陽直射赤道時(shí)日出正東、日落正西；
太陽直射北半球期間每天都日出東北、日落西北，且太陽直射點(diǎn)越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日時(shí)日出、日落方位偏離正東、正西方向達(dá)到最大值，偏移角度為23°26′；
太陽直射南半球期間每天都日出東南、日落西南，且太陽直射點(diǎn)越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日時(shí)日出、日落方位偏離正東、正西方向達(dá)到最大值，偏移角度為23°26′。
（2）北半球回歸線以北至北極圈地區(qū)：
當(dāng)太陽直射赤道時(shí)日出正東、日落正西；
太陽直射北半球期間每天都日出東北、日落西北，且太陽直射點(diǎn)越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日時(shí)日出、日落方位偏離正東、正西方向達(dá)到最大值；
太陽直射南半球期間每天都日出東南、日落西南，而且太陽直射點(diǎn)越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日時(shí)日出、日落方位偏離正東、正西方向達(dá)到最大值。
（3）北極圈上：
當(dāng)太陽直射赤道時(shí)日出正東、日落正西；
太陽直射北半球期間每天都日出東北、日落西北，而且太陽直射點(diǎn)越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日時(shí)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，日出、日落方位偏離正東、正西方向達(dá)到最大值，日出正北、日落正北；
太陽直射南半球期間每天都日出東南、日落西南，而且太陽直射點(diǎn)越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日時(shí)出現(xiàn)極夜現(xiàn)象，沒有日出、日落。
（4）北極點(diǎn)上：
當(dāng)太陽直射赤道時(shí)太陽終日在地平圈上運(yùn)動(dòng)；
太陽直射北半球期間，北極點(diǎn)處于極晝，太陽終日與地平圈平行運(yùn)動(dòng)，太陽直射點(diǎn)越靠北，太陽運(yùn)行的高度越高，日出正北、日落正北；
太陽直射南半球期間北極點(diǎn)處于極夜，沒有日出、日落。
注意：實(shí)際上在一年中僅春秋分日各緯度地區(qū)日出、日落太陽方位是一樣的。由于地球是一球體，因而除春秋分日外，不同緯度地區(qū)日出、日落方位與正東、正西方位的偏角是隨緯度的升高而增加的。
4.正午太陽方位
北回歸線以北地區(qū)，一年四季正午太陽都在正南；南回歸線以南地區(qū)都在正北；南北回歸線之間，在陽直射點(diǎn)以北的地區(qū)正午太陽在正南。反之在正北。如果北極發(fā)生極晝，正午太陽在正南（太陽直射北半球）；如果南極發(fā)生極晝，正午太陽在正北（太陽直射南半球）
話不多說，請(qǐng)看板圖（看內(nèi)容就好，板書不好看可以忽略）
應(yīng)用
讀“某日太陽視運(yùn)動(dòng)圖”（下圖），當(dāng)太陽位于A點(diǎn)時(shí)，北京時(shí)間為16時(shí)?；卮鹣铝袉栴}：
該地地理坐標(biāo)為（_____，_____）
思考時(shí)間
解析：1.地理坐標(biāo)先判讀經(jīng)度：當(dāng)太陽位于A點(diǎn)時(shí)，北京時(shí)間為16時(shí)，當(dāng)?shù)氐胤綍r(shí)為12時(shí).當(dāng)?shù)亟?jīng)度為60oE。
2后判讀緯度；已知當(dāng)?shù)卣缣柛叨?，但不知直射點(diǎn)緯度，不能通過正午太陽高度計(jì)算當(dāng)?shù)鼐暥?，從題中可知的另外信息是：當(dāng)?shù)刈钚√柛叨仁?/span>0o。這樣已知條件有：最小太陽高度是0o，最大太陽高度是46o，且最大太陽高度出現(xiàn)在南方，直射點(diǎn)緯度不變，求當(dāng)?shù)氐乩砭暥取?/span>
把這些條件表示在圖中，見下圖：
C代表直射點(diǎn)，AB表示當(dāng)?shù)厮诘木暥龋?/span>A表示最小太陽高度0 o 所在的位置，B表示最大太陽高度46o所在的位置。由前面所講可知：
最小太陽高度0 o與直射點(diǎn)太陽高度90 o相差90 o，那么A與直射點(diǎn)的緯度距離也應(yīng)該是90 o，則∠AOC=90o。
最大太陽高度46o與直射點(diǎn)太陽高度90o相差44o，那么B與直射點(diǎn)的緯度距離也應(yīng)該是44o，則∠BOC=44o。
由上可知∠AOB=46o，那么∠NOB=23o，所以：AB所在緯度為67oN，直射點(diǎn)所在緯度為23oN。
因而得出最終結(jié)論：某地太陽高度（不是正午太陽高度）與直射點(diǎn)太陽高度（為90o）的差值等于某地與直射點(diǎn)所在大圓上的弧度距離。而正午太陽高度計(jì)算公式是限定了前提條件（正午太陽高度）后的一個(gè)簡化公式。
答案：地理坐標(biāo)（60oE，67oN）
下圖為某地住宅建筑冬夏正午日照示意圖?；卮?/span>2～3題。
2．該地可能是( )
A．剛果盆地 B．撒哈拉沙漠南緣C．巴西高原 D．北美洲五大湖地區(qū)
3．僅考慮地球運(yùn)動(dòng)，圖示窗戶、屋檐搭配對(duì)室內(nèi)光熱的影響有( )
①利于夏季遮陽、冬季采光 ②冬至到春分，正午室內(nèi)的日照面積逐漸增大
③春分到夏至，正午屋檐的遮陽作用逐漸增強(qiáng) ④利于減少室內(nèi)能源消耗
A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④
思考時(shí)間
解析：第2題，從題干“冬夏正午日照”以及圖中信息可知，冬夏正午太陽高度差為46°52′，且冬夏正午時(shí)太陽均在南方天空，圖示有文字南，北，所以該地位于北回歸線以北地區(qū)。從上述分析可以排除剛果地、撒哈拉沙漠南緣、巴西高原，故 “北美洲五大湖地區(qū)”是正確答案。
第3題，從地球運(yùn)動(dòng)的角度看，從冬至到春分，正午太陽高度角越來越大，正午室內(nèi)的日照面積逐漸減小，排除②，故C項(xiàng)正確。 答案：2.D 3.C
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