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高中地理知识讲解-太阳高度角、太阳能板的最佳角度、太阳直射点移动

时间:2020-02-17 17:42 来源:未知 作者:地理教师 责任编辑:地理教师
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知识点
1. 正午太阳高度角

正午太阳高度角,指的是当地时间12:00时,太阳光线与地平面的夹角(下图中的α)。太阳高度角的大小,与太阳直射点的位置、观察者的纬度有关,计算公式如下:

α = 90° - | β - γ |

其中α为正午太阳高度角,β为观察者所处的纬度,γ为太阳直射点的纬度。观察者距离太阳直射点越近,正午太阳高度角越大。在计算时,β-γ表示的是两地的纬度差。当β与γ不处于同一个半球时,计算时应当转换为加法,例如:40°N-23°26′S=63°26′。

高中地理——每日讲1题(太阳高度角、太阳直射点、昼夜长短)

图1 正午太阳高度角

  • 2. 太阳能板的最佳角度

当太阳光线垂直于太阳能板时,光能的利用率最高。此时太阳高度角α与太阳能板的角度β“互余”,即:α+β=90°。

高中地理——每日讲1题(太阳高度角、太阳直射点、昼夜长短)

图2 太阳能板的最佳角度


例题

高中地理——每日讲1题(太阳高度角、太阳直射点、昼夜长短)

图3 例题

答案:C、D

精讲精析:(1)判断图中的南北方向。①该地区的纬度为40°N,而太阳直射点的纬度为23°26′N~23°26′S,即太阳直射点一直位于该地区的南边;②屋顶的太阳能应该迎着太阳的方向,因此太阳能的朝向,即为南方,即图中的右侧为南方,左侧为北方。

(2)分析树种的选择。①落叶阔叶林夏季枝叶丰富,冬季只剩枝干;常绿阔叶林一年四季枝叶丰富;②夏季时天气炎热,太阳位于南面,因此夏季时房屋南面的树木应该枝叶丰富,遮挡阳光,因此这两种树木都满足条件;③冬季时天气寒冷,因此房屋南面的树木应该稀疏一些,透过更多的阳光,因此南侧应该为落叶阔叶林;冬季时我国盛行西北风,此时北方应该种植枝叶茂盛、能够挡风的树木,因此为常绿阔叶林。综合来看,南侧应种植落叶阔叶林,夏季乘凉、冬季透光;北侧应种植常绿阔叶林,冬季挡风。

(3)判断冬季太阳能的角度。①太阳光线垂直于太阳能板时,太阳能的加热效果最好,此时太阳高度角+太阳能板角度=90°;②冬至时,太阳直射南回归线,此时太阳高度角=90°-|40°N-23°26′S|=26°34′,则此时太阳能板的角度=90°-太阳高度角(26°34′)=63°26′;③同理,在秋分时太阳直射赤道,此时太阳高度角为50°,太阳能板的最佳角度为40°。秋分-立冬-冬至,则可以推断立冬时的太阳能板最佳角度介于40°~63°26′之间,估算为52°;④在整个冬季,冬至的太阳高度角最小,太阳能能板的角度最大;立冬时太阳高度角最大,太阳能板的最佳角度最小。因此在整个冬季,太阳能板最合适的角度应该为52°~63°26′,因此选项D正确。


总结

  • 太阳直射点的移动

由于地球的自转平面(赤道面)与公转平面(黄道面)存在着夹角:黄赤交角(23°26′),因此在一个回归年中(365日5时48分46秒),太阳直射点在23°26′N~0°~23°26′S之间往复移动,如下图所示:

①夏半年(春分-夏至-秋分),太阳直射点由赤道开始,先向北移动到北回归线,后向南回到赤道。北半球所有地区昼长夜短,北极点附近出现极昼。

②冬半年(秋分-冬至-春分),太阳直射点由赤道开始,先向南移动到南回归线,后向北回到赤道,北半球所有地区昼短夜长,北极点附近出现极夜。

高中地理——每日讲1题(太阳高度角、太阳直射点、昼夜长短)

图4 太阳直射点的移动



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