地理人教版一师一优课必修一教学设计第一章 第四节《地球的圈层结构》4.docx
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地理人教版一师一优课必修一教学设计第一章第四节《地球的圈层结构》4
《地球的圈层结构》教学设计
【核心突破】
核心要点一黄赤交角及其影响
【归纳总结】
1.地球自转与公转的关系
地球在自转的同时围绕太阳公转，因此地球的运动是这两种运动的叠加。
地球自转和公转的关系，可以用赤道平面和黄道平面的关系来表示。
（1）黄赤交角的概念：
黄道平面与赤道平面的夹角叫黄赤交角。
（2）大小：
如图所示，赤道平面与黄道平面之间的夹角为23°26′。
2.黄赤交角的地理意义
（1）引起太阳直射点的季节移动在公转过程中，引起太阳直射点在南北回归线之间往返运动。
（2）影响太阳直射点的位置，极昼、极夜、五带的范围一轴：
地轴。
二面：
黄道面和赤道面。
三角：
地轴与赤道面夹角、地轴与黄道面夹角、黄道面和赤道面夹角。
南北回归线的度数＝黄赤交角的度数＝23°26′；
南北极圈的度数＝90°－黄赤交角的度数＝66°34′。
（3）影响正午太阳高度的年变化幅度
各地正午太阳高度的年变化幅度与黄赤交角呈正相关，随黄赤交角增大而增大，减小而减小。
3.黄赤交角变化
黄赤交角变化→太阳直射点移动范围的变化→五带范围变化和气压带、风带移动范围的变化→气候分布范围的变化→自然带分布范围的变化。
如果黄赤交角为0°，太阳直射点一直在赤道上，各地不再有昼夜长短和正午太阳高度的季节变化，没有四季的更替。
如果黄赤交角为90°，太阳直射点在南、北两极点之间来回移动，全球都有直射现象。
【方法技巧】
黄赤交角变化带来的影响分析
理解黄赤交角的变化带来的影响，关键是理解几种数据间的关系。
如图：
1.α＝黄赤交角＝回归线的纬度数＝1/2太阳直射点移动的纬度范围＝1/2热带范围。
2.β＝90°－2α＝北（南）温带范围。
3.μ＝α＝90°－极圈的纬度数＝1/2晨昏线移动的纬度范围＝北（南）寒带的范围。
由此可见，黄赤交角的变大或变小将导致上述一系列现象的变化。
【知识拓展】1.傅科摆实验
1851年法国物理学家傅科为证明地球自转所设计的一种摆，称为傅科摆。
傅科摆绳长67米，绳端摆锤重27公斤，这种摆自由摆动时间较长，便于人们观察。
摆下有一个有刻度的圆盘，盘上刻有通过圆心的直线。
静止时，摆锤正中应对准盘的圆心，观察时先确定盘中某一直线与通过圆心的子午线重合，然后推动摆锤沿子午线方向作南北方向运动。
过一段时间，就会看到摆动方向偏离了子午线方向。
在北半球向右偏转，时间越长，偏转的角度越大。
摆开始动以后，除重力外，没有受其他力的作用，按照惯性定律，摆的方向是应该不变的；但摆却偏转了。
这是因为地球自转的缘故。
我们站在地球上，随着地球一起自转，感觉不到子午线的方向在变化，反而觉得是摆在偏转。
假若傅科摆在北极，以极点为圆盘的中心，转一周为24小时，每小时偏转15°。
摆若设在赤道，则不发生偏离；摆若在赤道与两极之间的任何纬度上，摆动平面偏转角速度（θ）与纬度（α）的正弦函数成正比。
即θ=t·sinα，其中t为地球每小时所转的角度。
在南半球，摆向左偏转。
2.运用数学椭圆的定义和物理学开普勒定律分析地球绕日公转线速度的变化规律开普勒第二定律:
同一行星的面积速度保持不变。
所谓面积速度就是行星同太阳连线在单位时间所扫过的面积。
根据定律可知:
如果图中S1、S2、S3分别是地球同太阳连线一个月所扫过的面积，且S1=S2=S3，线速度v=Δs/Δt。
近日点弧长Δs大于远日点Δs，所以近日点公转线速度稍快，远日点公转线速度稍慢。
【典题探究】
【例1】读图，完成
（1）～
（2）题。
（1）若EF为赤道，P点出现极昼现象，则太阳直射的范围是（ ）
A．0°～20°N B．0°～20°S
C．20°N～23°26′ND．20°S～23°26′S
（2）若EF为地球公转轨道平面，PQ为地轴，下列变化可信的是（ ）
A．福州冬季均温升高B．北温带范围变小
C．全球极夜范围扩大D．悉尼（约34°S）夏季昼变长
答案CA
【变式精练】
1.下面甲图中的A点是晨昏线与某一纬线圈的切点，在一年中，与晨昏线相切的纬线是变化的，因此A点也是移动的。
据此完成
（1）～
（2）题。
（1）当A点移到最低纬度位置时，太阳直射点（ ）
A.在23°26′N上B.可能在赤道上C.在66°34′S上D.可能在极圈上
（2）乙图中能正确表示A点在一年中的运动轨迹的是（ ）
A.AB线B.CD线C.EF线D.AF线
答案AA
核心要点二昼夜长短的季节变化和昼夜长短的纬度分布及变化规律
【归纳总结】
由于晨昏线和太阳直射光线垂直，随着太阳直射点在南北回归线之间的回归运动，晨昏线也在不断移动，从而产生了昼夜长短的时空变化，具体表解昼夜长短变化的原因及时空变化规律。
夏半年（北半球）
春秋分
冬半年（北半球）
直射点
光照图
纬度变化
北半球昼长夜短，纬度越高，昼越长，北极圈及以北地区出现极昼现象；南半球相反
全球昼夜平分
北半球昼短夜长，且纬度越高，昼越短，北极圈及其以北地区出现极夜现象；南半球相反
季节变化
北半球：
太阳处于①段时，昼长夜短，昼渐长，夜渐短；
太阳处于②段时，昼长夜短，昼渐短，夜渐长，南半球相反
全球昼夜平分
北半球：
太阳处于③段时，昼短夜长，昼渐短，夜渐长；
太阳处于④段时，昼短夜长，昼渐长，夜渐短，南半球相反
【方法技巧】
1.昼夜之分、昼夜更替和昼夜长短变化
三者都是地球上所固有的自然现象，虽然都涉及到昼夜状况，但成因各不相同。
昼夜之分是一个静止的概念，它不涉及地球的运动，而是由“地球是一个不透明不发光的球体、太阳光只能照亮地球表面的一半”这一特性所决定的。
昼夜更替是一个动态的概念，主要是由地球自转这一运动而产生的，因光源来自太阳，所以昼夜更替的周期就是一个太阳日，即24小时。
如果地球不自转，只要公转也会产生昼夜更替，只不过昼夜更替时间较长，为一年。
昼夜长短变化是除赤道以外，其他纬度地区随地球公转而产生的周期性变化，形成原因是地球公转过程中黄赤交角的存在。
太阳直射该地，该地不一定昼最长夜最短。
北半球各地夏至日这一天昼最长，南半球各地冬至日这一天昼最长。
昼变长夜变短不等于昼长夜短，如北半球昼变长说明太阳直射点向北移动，但其可能直射南半球，此时，北半球昼短夜长；也可能直射点在北半球，此时，北半球昼长夜短。
2．日出、日落时间计算和昼夜长短时间计算
理论含义：
过晨线为日出，过昏线为日落，从日出到正午再到日落为昼长时间。
日出、日落与昼夜长短的关系示意图
计算方法：
（1）找到该点所在纬线与晨昏线相交点；与晨线交点所在经线时间为日出时间；与昏线交点所在经线时间为日落时间。
（2）昼长时间＝日落时间－日出时间＝（12－日出时间）×2＝（日落时间－12）×2＝24－夜长时间＝（昼弧所跨经度/360）×24。
规律：
同纬线日出、日落地方时相同，昼长时间相同；南北半球对应的纬线，如北纬（如40°N）的昼长等于南纬（如40°S）的夜长；纬度越高，昼夜长短变化幅度越大。
极点将近半年是极昼或极夜，极圈仅出现一天极昼或极夜，赤道全年昼夜等长，各为12小时。
3．太阳直射点与昼夜长短的关系
（1）太阳直射点所在的半球（该半球为夏半年）。
昼长夜短，纬度越高，白昼越长；另一半球（冬半年）昼短夜长，纬度越高，白昼则越短。
（2）直射点的纬度越高，地球上各地昼夜相差越大，出现极昼极夜的范围越大。
太阳直射北回归线时，北半球各地昼最长，夜最短，北极圈及以内出现极昼现象，而南半球则昼最短，夜最长，南极圈及以内出现极夜现象。
太阳直射南回归线时则相反。
（3）赤道上全年昼夜等长，春、秋分日全球昼夜等长。
（4）太阳直射的纬线或地区白昼不一定最长。
（5）昼夜长短的变化，可借助下图进行直观形象的记忆。
4.晨昏线的综合运用技巧
（1）确定日期和季节
（1）晨昏线经过南北两极，与某一经线圈重合，与所有纬线圈垂直相交，可判定这一天为3月21日或9月23日。
（2）晨昏线与南北极圈相切，北极圈内出现极昼现象，可判定这一天是6月22日。
（3）晨昏线与南北极圈相切，北极圈内出现极夜现象，可判定这一天是12月22日。
（2）确定太阳直射点的位置
日照图上平分昼半球的经线的经度就是太阳直射点的经度。
太阳直射点的纬度需要根据与晨昏线相切的纬线的纬度来确定，若与晨昏线相切的纬线的纬度为α，则太阳直射点的纬度等于90°－α（南北纬视具体情况而定）。
（3）确定昼夜长短
某地的昼长等于该地所在纬线圈与晨线和昏线两交点之间昼弧所跨的时间数，夜长等于该地所在纬线圈上夜弧所跨的时间数。
（4）确定日出日落时间
某地的日出时间就是该地所在经线与晨线的交点上的时间，日落时间就是该地所在经线与昏线的交点上的时间。
某地日落日出时间的计算公式是12±昼长/2。
（5）确定极昼极夜的范围
晨昏线与哪个纬线圈相切，该纬线圈与极点之间的纬度范围内就会出现极昼或极夜现象，南北半球的极昼、极夜现象正好相反。
【典题探究】
【例2】（福建省厦门市2014届高三毕业班适应性考试）某同学对居住地每天的日出时间进行了一段时间的持续观测与记录，绘成下图。
读图完成下列问题。
（1）a～b期间，该地的昼夜长短及其变化趋势是
A．昼长夜短，且昼渐长夜渐短B．昼长夜短，且昼渐短夜渐长
C．昼短夜长，且昼渐长夜渐短D．昼短夜长，且昼渐短夜渐长
（2）该地一年中昼夜长短的变化幅度约为
A．1小时40分钟B．2小时20分钟C．3小时20分钟D．4小时40分钟
答案CD
【例3】下图为“甲、乙、丙、丁四地12月某日昼夜分布示意图”，阴影表示黑夜。
读后回答
（1）～
（2）题。
（1）甲、乙、丙、丁四地中，肯定位于西半球的是（ ）
A.乙和丁B.甲和乙C.丙和丁D.甲和丁
（2）判断甲地位于丙地的（ ）
A.东南方向B.东北方向C.西南方向D.西北方向
答案CD
下图示意地球位于近日点附近的光照情况（虚线为晨昏线）。
读图，回答2-4题。
2．关于图示各点相对方向的判断，正确的是（ ）
A．R点位于P点东南B．R点位于Q点西南
C．Q点位于P点的正东D．P点位于Q点的正东
3．图示时刻（ ）
A．R点的地方时12时B．Q点的地方时不到18时
C．P点的地方时不到6时D．Q点的地方时较R点早
4．下列地理现象，与图示日期相符的是（ ）
A．太阳直射点位于南半球，向北移动
B．70°S纬线圈上出现极夜现象
C．北京昼短夜长，此后昼渐短、夜渐长
D．杭州正午太阳高度达一年中最小值
答案DCA
核心要点三正午太阳高度的计算及其应用
【归纳总结】
1.图示正午太阳高度
正午太阳高度就是一天中最大的太阳高度，也就是太阳直射当地子午线时的太阳高度。
2.正午太阳高度的概念与测量
正午太阳高度是各地一日内最大的太阳高度，即地方时为12时的太阳高度。
可利用“立竿见影”的方法进行正午太阳高度的测量与计算。
如图所示，已知图中杆高为h，当太阳从3位置照射时的影长为l，则该日正午太阳高度H可通过公式计算：
tanH=h/l。
规律总结：
“立竿见影”，近大远小，来增去减
3．正午太阳高度的纬度分布规律（近大远小）
某日太阳直射某纬线，则该纬线的正午太阳高度为90°，离该纬线越远，则正午太阳高度越小（简记为“近大远小”）。
由此可以推知：
一日内，同一纬线各地正午太阳高度相同；正午太阳高度从直射点所在纬线向南北两侧递减。
例如，夏至日，太阳直射北回归线，正午太阳高度从北回归线向南北两侧递减；冬至日，太阳直射南回归线，正午太阳高度从南回归线向南北两侧递减；二分日，太阳直射赤道，正午太阳高度向赤道两侧递减。
4．正午太阳高度的季节变化规律（来增去减）
由近大远小的规律可以推知：
直射点向本地所在纬线移来，正午太阳高度增大，反之减小（简记为“来增去减”）。
例如，北回归线及其以北地区，夏至日正午太阳高度达一年中最大值，冬至日达一年中最小值；南回归线及其以南地区，冬至日正午太阳高度达一年中最大值，夏至日达一年中最小值；南北回归线之间的地区，太阳直射时正午太阳高度达一年中最大值，离太阳直射点所在纬线最远时达一年中最小值。
5．正午太阳高度的计算公式
H＝90°－纬度差
其中，H为所求点的正午太阳高度；90°为太阳直射点的太阳高度；
纬度差是指某地的地理纬度与当日太阳直射点所在的纬度之间的差值（当所求点与太阳直射点在同一个半球时，纬度差为两地纬度数之差；当所求点与太阳直射点不在同一个半球时，则纬度差为两地的纬度数之和，简记为“同减异加”）。
6．正午太阳高度的年变化规律
在南北回归线之间的地方，其正午太阳高度的年变化幅度ΔH＝23°26′＋Φ（Φ为当地纬度）；在回归线与极圈之间的地方，其正午太阳高度的年变化幅度恒为46°52′；从极圈到极点之间的地方，其正午太阳高度年变化幅度从46°52′逐渐降低至23°26′，任一纬度Φ的正午太阳高度年变化幅度ΔH＝90°－Φ＋23°26′。
【方法技巧】
1.正午太阳高度和太阳高度的区别（等太阳高度线的判读）
太阳高度是太阳光线相对于地面的仰角，正午太阳高度则是正午12时时太阳光线与地表的夹角，是一天中最大的太阳高度。
可以在等太阳高度线图上加以区别：
（1）一般而言，在等太阳高度图中，圆圈代表等太阳高度线，圆心为太阳直射点，经过圆心的直线为经线（赤道除外），特别注意不一定是同一条经线，经过圆心的弧线为纬线。
如图中经过圆心的经线过北极点，实为相对的两条经线。
（2）如果没有特殊的数字标注，等太阳高度线图中最大的圆圈就是太阳高度为0°的等太阳高度线，即为晨昏线，而图中其余部分各地的太阳高度角均大于0°，因此也可以说图中所示半球全部为昼半球，一般来说太阳直射经线以东最大的半圆为昏线，以西最大的半圆为晨线，但有数字标注的图上例外。
（3）示意图中的中心点为太阳直射点，所以通过该点的经线地方时为12时，通过该点的纬线即为此日太阳直射的纬线，其正午太阳高度角为90°。
根据该纬线可以推知此时太阳直射点所在的半球和季节。
（4）就南北方向而言，在太阳直射的经线上，太阳高度角相差多少度，纬度就相差多少度，就东西方向而言，如果太阳直射赤道，则赤道上太阳高度相差多少度，经度就相差多少度，如果太阳直射其他纬线，此纬线上太阳高度相差多少度，经度的差值一定大于太阳高度的差值。
（5）由于太阳直射点所在经线上太阳高度南北跨度为180°，因此昼半球上太阳直射点所在经线的纬度跨度也是180°。
2.正午太阳高度的应用
（1）利用正午太阳高度确定地方时：
当某地太阳高度达到一天中的最大值时，就是一天的正午时刻，此时该地的地方时为12时。
（2）利用正午太阳高度确定当地的地理纬度：
当太阳直射点位置一定时，如果我们能够知道当地的正午太阳高度，就可以根据“某地与太阳直射点相差多少纬度，正午太阳高度就相差多少度”的规律，求出当地的地理纬度。
（3）利用正午太阳高度确定房屋的朝向：
为了获得最充足的太阳光照，各地房屋的朝向与正午太阳所在的位置有关。
北回归线以北的地区，正午时太阳位于南方，房屋朝向南方；南回归线以南的地区，正午时太阳位于北方，房屋朝向北方。
（4）利用正午太阳高度确定楼距、楼高：
为了更好地保持各层楼都有良好的采光，楼与楼之间应当保持适当距离。
以我国为例，见图甲，南楼高度为h，该地冬至日正午太阳高度为H，则最小楼间距L为：
L＝hcotH。
（5）太阳能热水器的倾角调整：
为了更好地利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角，使太阳光与受热板之间成直角。
其倾角和正午太阳高度角的关系为α＋h＝90°（如图乙）。
（6）判断山地自然带在南坡和北坡的分布高度：
一般情况下，由于向阳坡正午太阳高度大，得到的光热多，背阳坡得到的太阳光热少，因此在相同高度，阳坡温度较高，阴坡温度较低，从而影响到自然带在阳坡和阴坡的分布高度。
3.太阳运行轨迹图判读
下图是某地二分二至日太阳视运动路线图，根据此图可得到如下信息：
（1）全年正午太阳始终位于北方的天空，故该地位于南回归线以南；
（2）①为6月22日太阳视运动路线，太阳东北升、西北落；②为3月21日或9月23日太阳视运动路线，太阳正东升、正西落；③为12月22日太阳视运动路线，太阳东南升、西南落；（3）设②所在平面与地面的夹角为α，则该地的纬度为南纬（90°-α）。
【典题探究】
【例4】图中a、b两条曲线为太阳高度日变化曲线。
回答
（1）～
（2）题。
（1）若m为北京时间8∶40，且a、b两条曲线分别表示QP两地某日太阳高度日变化情况。
则（ ）
A.Q地昼长小于12小时B.P地该日正午旗杆影长为零
C.Q地一定位于北半球D.P地一年中有两次太阳直射
（2）若a、b两条曲线分别表示X、Y两地某日太阳高度日变化情况。
则（ ）
A.X、Y两地纬度值相同B.X、Y两地昼长相同
C.X、Y两地处在同一经线上D.X、Y两地太阳高度相同
答案DC
【例5】（湖南省怀化市2014届高三第二次模拟考试）图5为南纬30.5°，坡面与水平面的夹角为12.5°、坡向朝北的地表，随着太阳直射点移动，在不同日期的正午时刻获得太阳辐射量的统计图，读图完成下列问题
图5
（1）当太阳辐射量为N时，太阳直射点的纬度可能是
①12.5°S②0°③18°S④23.5°S⑤23.5°N
A．①②B．①④C．③④D．④⑤
（2）当太阳辐射量数值达到M值时，可能的日期是
①2月7日前后②12月1日前后③7月15日前后④12月22日前后⑤1月14日前后
A．①③B．②④C．②⑤D．④⑤
答案BC
【变式精练】
5.近年来，我国房地产业发展迅速，越来越多的居民乔迁新居，居住条件和环境条件显著改善。
请读下图，运用以下公式及相关知识回答
（1）～（3）题。
①某地正午太阳高度的大小：
H＝90°-∣φ-δ∣式中：
H为正午太阳高度；φ为当地纬度，取正值；δ为太阳直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。
②tan35°≈0．7tan45°≈1tan60°≈1．732
（1）房地产开发商在某城市（北纬30°）建了两幢商品住宅楼（上图），某户居民买到了北楼一楼一层的一套房子。
请问，该房子一年中正午太阳光线被南楼挡住的时间大约是:
A.1个月B.3个月C.6个月D.9个月
（2）为避免纠纷，房地产开发商在建楼时，应该使北楼所有朝南房屋在正午时终年都能被阳光直接照射。
那么在两幢楼房间距不变的情况下，南楼的高度最高约为:
A.20米B.30米C.40米D.50米
（3）若其中某房主欲安置一台太阳能热水器，为了获得最多的太阳光热，提高利用效率，需根据太阳高度的变化随季节调整倾角，那么日照图与热水器安置方式不合理的是:
答案CBD
下图所示是北半球的一段纬线，M、N分别是某日的昏线、晨线与该纬线的交点。
该日两点的经度差为90°，一年中M、N两点有重合于O点的现象。
读图，回答6-7题。
6.一年中，O点的太阳高度最大值及此日M地的昼长分别为（ ）
A．23° 6小时B．43° 9小时
C．47° 18小时D．57° 16小时
7．该日后，若N点位置向东远离O点，则太阳直射点（ ）
A．位于北半球，且正向北移动B．位于北半球，且正向南移动
C．位于南半球，且正向北移动D．位于南半球，且正向南移动
答案CB
（浙江省名校新高考研究联盟2014届第二次联考）2013年11月第30次南极考察队乘“雪龙”号赴南极考察，并建立我国第四个南极科学考察站——泰山站（东经76°58′，南纬73°51′）。
途中“雪龙”号获悉俄罗斯“绍卡利斯基院士”号客轮在南极被浮冰困住随即赶往营救。
读“南极轮廓图”结合所学知识分析回答8-9题。
8.2014年1月2日，“雪龙”号成功营救“绍卡利斯基院士”号后准备撤离时被四周涌来的浮冰围困。
之后，“雪龙”号抓住风向转变的有利时机，向东南方向突围。
带来大量浮冰的天气系统及吹散浮冰的风可能是
A.反气旋强劲东风B.气旋强劲东风
C.气旋强劲西风D.反气旋强劲西风
9.2014年2月8日“泰山”站正式建成时，“泰山”站的昼夜长短状况和正午太阳高度是
A.极昼正午太阳高度约28°B.昼长夜短正午太阳高度约28°
C.极昼正午太阳高度约24°D.昼短夜长正午太阳高度约24°
答案CB
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