四、地球自轉和公轉共同的地理意義
1、晝夜長短的判斷和變化規(guī)律
（1）晝夜長短的判斷
①某地的晝夜長短情況取決于該地所處緯線的晝弧和夜弧的長度比例，任一緯線的晝弧和夜弧的時間總長均為24小時。
②不同緯度的地點的晝長或夜長的比較，應比較兩地晝弧或夜弧所占據的經度數值的大小，數值越大，時間越長，弧長上每150占據1個小時。
（2）晝夜長短的緯度變化規(guī)律
①春、秋分日：全球晝夜相等
②春分→夏至→秋分：由南向北晝越來越長，夜越來越短；南極附近有極夜；北極附近有極晝；夏至日時，極晝、極夜范圍最大。
③秋分→冬至→次年春分：由南向北晝越來越短，夜越來越長；南極附近有極晝；北極附近有極夜；冬至日時，極晝、極夜范圍最大。
（3）晝夜長短的周年變化規(guī)律
①北半球晝夜長短的周年變化規(guī)律：
太陽直射點位于北半球時，晝長夜短，北極點附近出現極晝現象，夏至日白晝最長，北極點到北極圈范圍出現最大范圍的極晝，黑夜最短。直射點位于南半球時，晝短夜長，北極點附近出現極夜現象，冬至日白晝最短，黑夜最長，北極點到北極圈范圍出現最大范圍的極夜現象。
②南半球晝夜長短的周年變化規(guī)律（略）
③赤道上晝夜長短無變化：全年晝夜相等
④極點上晝夜長短無變化：南北極點均為半年晝半年夜。
2、正午太陽高度角的計算和變化規(guī)律
（1）正午太陽高度角的計算
計算公式：H=900－緯度差（緯度差指所求地點與太陽直射點之間的緯度差；若兩點在同一半球，緯度差為兩地緯度值相減；若兩點分別在南、北半球，緯度差為兩地緯度值相加）
（2）正午太陽高度角的緯度變化規(guī)律
——太陽直射點的正午太陽高度角最大，為90°，分別向南、向北逐漸遞減。
（3）正午太陽高度角的周年變化規(guī)律
例1：讀某地正午太陽高度年變化情況圖，回答（1）～（2）題。
A．南半球溫帶地區(qū) B．北回歸線以北地區(qū)
C．0°～23°26′N之間 D．0°～23°26′S之間
答案：D點撥：該地全年正午太陽高度較大，夏至最小，說明位于南半球，一年有兩次太陽直射，位于南北回歸線之間，故D對。
（2）圖中P點表示的這一天（ ）
A．太陽直射南回歸線 B．北半球緯度越高晝越長
C．太陽直射赤道 D．地球公轉速度最慢
答案：A點撥：P點為冬至日。
例2：下表為我國某地二分二至日日出、日落時間(北京時間)和正午太陽高度，據表分析
回答（1）～（2）題。
A．100°E、50°N B．110°E、40°N C．125°E、40°N D．130°E、50°N
答案：B點撥：根據二分日正午太陽高度50°，計算出當地緯度為40°N，根據二分日時，各地地方時6點日出，而此時北京時間為6：40，計算出，當地經度為110°E。
（2）圖中X、Y的時間可能為
A．8．00、17：00 B．7:50、17：10 C．8：20、17:00 D．8:10、17:10
答案： D點撥：夏至日時，日落時間減日出時間為晝長，24小時減晝長等于夜長，夏至時的夜長等于冬至日晝長，為9小時，當地時間7：30分日出，換算出此時北京時間為8:10，當地時間16：30分日落，換算為北京時間為17:10。
（4）正午太陽高度角問題的綜合應用
?、訇柟庹丈浞较虻膯栴}?、诹⒏蜏y影的問題
?、蹣欠块g距的問題
④熱水器的角度問題
例如：為了冬季采光，我國在居住區(qū)規(guī)劃設計標準中，對不同緯度帶住宅間的合理間距有明確規(guī)定。分析下表(表中H是住宅的高度)，回答（1）～（2）題。
（1）表中的4個城市所處緯度從低到高依次是
A．①②③④ B．①④③② C．②①③④ D．②③④①
答案：D點撥：冬至日直射點位于南回歸線，我國從南向北正午太陽高度逐漸減小，樓間距逐漸增大，故D對。
（2）根據表中信息，在北京修建南北兩棟20米高的住宅樓，其理論日照間距約為
A．23米 B．28米 C．37米 D．40米
答案：C點撥：北京緯度大致為北緯40度，冬至日時的正午太陽高度為26°34′，對照表中數據，理論樓間距為樓高的1.86倍，計算得出樓間距為37.2米，故C對。
3、有關極晝極夜問題（1）出現極晝和極夜時間以及極晝和極夜天數計算問題
南北極圈每年一天極晝，一天極夜，南北極點每年約半年極晝半年極夜，極圈和極點之間的緯度，可以根據直射點每天移動0.26°來推算。方法是：先計算出該地距離極點緯度差，合算出天數，北半球出現極晝時間為3月21日+該天數，出現極夜時間為9月23日+該天數，南半球出現極晝時間為9月23日+該天數，出現極夜時間為3月21日+該天數。北半球出現極晝時間為（6月22日-出現極晝時間）*2，南半球出現極晝時間為（12月22日-出現極晝時間）*2。
例如：70°N出現極晝的時間和極晝天數是多少？計算：70°N距離北極點差20°，需要77天，出現極晝時間為3月21日+77天，向下推算出現時間為6月6日，出現極晝天數為（6月22日-6月6日）*2=32天。
（2）正好出現極晝或極夜緯度的計算：
方法：直射點緯度+正好出現極晝或極夜緯度=90°。例如：當70°N出現極晝時，直射點緯度是多少？答案為20°N。又如：當直射點位于南緯10°時，地球上出現極夜緯度范圍是什么？答案：80°N—90°N。
（3）正好出現極晝緯度地點的日出時間、日落時間以及太陽高度日變化規(guī)律：
0點日出，24點（0點）日落，即日出日落都在同一時間。太陽高度0點為0°，12點為正午太陽高度，可以計算出來，24點再降到0°。
（4）已經處于極晝期地點，沒有日出日落，太陽高度全天大于0°，太陽高度日變化為0點大于0°，正午最大。24點也大于0°，與日出時相同。
（5）正好處于極夜緯度地點的日出日落時間：12點正好日出，之后立即日落，實際上全天沒有出現太陽。
例題1：下圖是“揚州市某一窗戶朝南的房屋”和“地球公轉示意圖”。讀圖回答下列問題：
（1）地球公轉到圖中________位置時，正午射進屋內的陽光面積可達一年中最大。
（2）地球從A公轉到C位置時，正午屋內的光照面積的變化情況是______________。
（3）一年中每日正午時刻該房屋的陰影朝向規(guī)律是________________________。
答案：（1）D （2）由大變小，再由小變大 （3）都朝正北方
點撥：本題考查的是正午太陽高度變化規(guī)律。地球處于A、B、C、D四點時的日期分別是3月21日、6月22日、9月23日、12月22日。北回歸線以北地區(qū)，6月22日，正午太陽高度角達一年中最大值，正午直接進入屋內的光照面積最??；12月22日，正午太陽高度角達一年中最小值，光照面積最大。揚州位于北回歸線以北，一年中正午時刻太陽直射點總是在其正南方，因此影子也總是向正北方向。
例題2：某學校(110°E)地理興趣小組在平地上用立竿測影的方法，逐日測算正午太陽高度。如圖甲，垂直豎立一根2米長的竿0P，正午時測得竿影長OP′，通過tanα＝0P／0P′，算出正午太陽高度α。據此回答（1）-（4）題。
A.12:00 B.12:40 C.11:20 D.11:00
（2）3月21日，當該小組進行觀測時，下列城市中即將迎來旭日東升的是（ ）
A.英國倫敦 B.匈牙利布達佩斯(約19°E)
C.土耳其伊斯坦布爾(約290E) D.夏威夷檀香山(約158°W)
（3）圖乙是該小組繪制的連續(xù)一年多的竿影長度變化圖。圖中反映3月21日竿影長度的點是（ ）
A．① B．② C．③ D．④
（4）該學校大約位于（ ）
A．21.5°N B．21.5°S C．45°N D．45°S
答案：（1）B （2）B （3）D （4）A
點撥：本題考查的是太陽高度變化、地方時計算。該學校位于1100E，當地理興趣小組測量正午（12點）太陽高度時，北京時間(東八區(qū)的區(qū)時)應為12：40。3月21日當該興趣小組進行觀測時(即1100E為12：00時)，即將迎來旭日東升的城市(地方時6：00前)應該是大約位于20°E，因而本題應選擇布達佩斯。乙是一幅坐標圖，橫坐標是時間，縱坐標是竿影長度，并標有南北方向，從影長變化的南北分布情況，該地應位于北半球，③處的竿影最長，此時為冬至日，①處的竿影向南，故為夏至日，因而，表示3月21日竿影長度的點應該是④。判斷該學校的緯度，有兩種途徑，其一是通過太陽高度計算公式進行計算，首先通過冬至日竿影長度和竹竿實際長度的比值為1，推斷出冬至日當地的太陽高度角為45°，從而計算出緯度大約為21.5°4N，另一種方法是直接從圖乙的竹竿影長兩次為0，可以判斷該地有兩次直射，又位于北半球，因而正確答案是21.5°N。
例題3：近年來，我國房地產業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的居民喬遷新居，居住條件和環(huán)境顯著改善。讀下圖，運用以下公式及相關知識回答(1)～(2)題：
①某地正午太陽高度的大小：H＝90°-|φ-δ|式中H為正午太陽高度；φ為當地緯度，取正值；δ為太陽直射點的緯度，當地夏半年取正值，冬半年取負值。
②tan35°≈0.7 tan45°≈l tan69°≈1.732
（1）房地產開發(fā)商在某城市(北緯30度)建造了兩幢商品住宅樓，某戶居民買到了北樓一層的一套房子，于春節(jié)前住進后發(fā)現正午前后太陽光線被南樓擋住。請問，該房子一年中正午太陽光線被南樓擋住的時間大約是（ ）
A．1個月 B．3個月 C ．6個月 D．9個月
（2）為避免這種糾紛，房地產開發(fā)商在建樓時，應該使北樓所有朝南房屋在正午時終年都能被太陽照射。那么在兩幢樓間距不變的情況下，南樓的高度最高約為（ ）
A．20米 B．30米 C．40米 D．50米
答案：（1）C （2）B
點撥：（1）樓高(南樓)69米／樓間距(南北樓之間)40米＝1.725，與tan60°值接近，據此可以判斷H≈60°，已知φ＝30°，故δ＝0°，即此時太陽直射在赤道上，北樓的一樓正好有陽光照射，太陽直射點位于赤道以南的半年，北樓的一樓陽光被擋，時間應為6個月。
（2）當太陽直射點位于南回歸線時，房屋所在地的正午太陽高度最小，如果此日正午能有陽光照射，則全年都有光照，因此首先要計算出δ＝23.5°(南緯23.5°)時的房屋所在地正午太陽高度，即H＝90°-|30°-23.5°|＝36.5°，接近35°；南樓最高應為：40米×0.7＝28米左右，選項中B最接近。
例題4：某校所在地（120°E、40°N）安置一臺太陽能熱水器，為了獲得最多的太陽光熱，提高利用效率，需根據太陽高度的變化隨季節(jié)調整傾角，下圖中各日照圖與熱水器安置方式搭配不合理的是（ ）
答案：D 點撥：獲得最多太陽光熱必須保證熱水器的集熱板與正午太陽高度角相垂直，該地位于40°N，根據日照圖判斷直射點位置，從而計算出A、B、C、D四項的正午太陽高度角應分別是73°26′、26°34′、50°、50°，最后計算各正午太陽高度角是否與相應選項中集熱板的傾角互為余角，只有D選項不符合要求。
例題5：圖中EDF是晨昏線，其中ED表示昏線。讀圖完成下列各題：
（1）此圖表示_______月_______日的地球光照情況。
（2）此時太陽直射點的地理坐標是___________________。
（3）此時A地出現______________現象（極晝或極夜）。
（4）這一天，B地_______時日出，_______日落，晝長時間是_______小時。
（5）此時，北京時間是_______日_______時。
（6）這一天，C、D、E三地的正午太陽高度由大到小排列的順序是______________。
答案：（1）6；22 （2）23°26′N，120°W （3）極晝 （4）4；20；16
（5）23；4 （6）E、D、C
點撥： EDF是晨昏線，其中ED表示昏線，說明正對我們的部分為夜半球，北極圈以北出現極晝現象，因此圖示時刻是北半球的夏至日，太陽直射在北回歸線上。晨昏線與北極圈相切于D點，說明D所在的經線（60°E）為子夜，則與其正相對的經線（120°W）是太陽直射點所在的經線，其時刻為6月22日12時。B地日出和日落時間應該在晨昏線與緯線圈交叉點上找。C、D、E三地的正午太陽高度排列，應根據距離北回歸線的緯度距離。
例題6：下圖中①②③④四根曲線分別表示四地6月22日太陽高度的全天變化情況。判斷四地緯度位置與圖示相符合的是
B．①90° N ②66°34′N ③0° ④23°26′S
C．①0° ②46°52′N ③90° N ④66°34′ N
D．①23°26′N ②46°52′N ③90° N ④66°34′N
答案：B 點撥：本題考查的是正午太陽高度計算和變化規(guī)律。夏至日直射北回歸線，北極點正午太陽高度為23°26′，且處于極晝狀態(tài)，全天太陽高度總是保持23°26′，故①為北極點。赤道上正午太陽高度為66°34′，且6點日出，18點日落，故③為赤道。北極圈正午太陽高度為46°52′，正好出現極晝，即0點日出，24點日落，日出接上日落，故②為北極圈。南回歸線正午太陽高度為43°08′，且晝短夜長，即6點以后日出，18點以前日落，故④為南回歸線。
例題7：下表所列的是12月22日甲、乙、丙、丁四地的白晝時間，根據表中數據回答(1)～(2)題： (1)四地中屬于南半球的是
A．甲地 B．乙地 C．丙地 D．丁地
答案：D 點撥：本題考查的是晝夜長短的緯度分布規(guī)律。冬至日南半球晝長夜短，白晝時間長于12小時，北半球相反，所以丁地屬于南半球。
(2)四地所處緯度從高到低順序排列的是
A．甲乙丙丁 B．甲乙丁丙 C．丙丁乙甲 D．丁丙乙甲
答案：B 點撥：冬至日赤道白晝?yōu)?2小時，甲乙丙丁四地緯度高低可以根據白晝與12小時差值來確定，差值越大距離赤道越遠，緯度越高。
練習題1（寶雞市2010屆一模套用）：某校同學在不過河情況下利用鐵塔及其影子的長度測算太陽高度。在12月22日正午測得太陽高度為β；過一段時間又測得正午太陽高度為α，如下圖所示，讀圖回答下列問題：
（1）該地區(qū)位于________半球。
（2）若β = 68°，此時北京時間為23日0：20，則該鐵塔所處的經度是________________，緯度是________________。
（3）從Q—R，太陽直射點向________方向移動。
（4）該地區(qū)所處的風帶是___________________；圖中海洋是____________洋。
答案：（1）南（2）65°W；45°26′S（3）北（4）盛行西風帶；太平洋
點撥：（1）冬至日正午太陽高度最大，為南回歸線以南地區(qū)。（2）南回歸線以南地區(qū)，冬至日時，正午太陽高度為68°，可以計算出當地緯度為45°26′S。北京時間為23日0：20，即東經120度地方時為0點20分時，該地此時為正午12點，兩地時間差為11時40分，經度差為175度，順著地球自轉方向推出該地經度為65°W。見下圖。
（3）Q直射南回歸線，之后直射點向北移動。（4）該地緯度為45°26′S，位于南緯40到60度之間的中緯西風帶。65°W與45°26′S交叉點附近應該在南美洲中緯度大陸東側的大西洋。
練習題2：讀下圖，一艘由大平洋駛向大西洋的船經過P地（圖中左上角）時，一名中國船員拍攝到海上落日景觀，洗印出的照片上顯示拍照時間為9時0分0秒（北京時間）。據此判斷（1）～（4）題。
（1）該船員拍攝照片時，P地的地方時為
A．22時 B． 14時 C．20時 D．16時
答案：C 點撥：P地位于西經75度，此時北京時間即東經120度地方時為9點，可以計算出P地時間為北京時間前一天的20點。見圖。
（2）拍攝照片的當天，漠河的夜長約為
A．16小時 B．14小時 C．10小時 D．12小時
答案：A點撥：此時南緯54度附近20點日落，晝長為16小時，我國北極村漠河緯度越北緯54度，此時夜長為16小時。
（3）該船即將進入
A．巴拿馬運河 B．麥哲倫海峽 C．德雷克海峽 D．直布羅陀海峽
答案：B 點撥：南緯54度附近，位于太平洋和大西洋之間的海峽為南美洲南端的麥哲倫海峽。
（4）此時世界各地可能出現的現象是
A．美國中部小麥黃熟 B．中國江淮流域干熱
C．地中海北岸連日陰雨
