四、地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)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(yīng)比較兩地晝弧或夜弧所占據(jù)的經(jīng)度數(shù)值的大小，數(shù)值越大，時間越長，弧長上每150占據(jù)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(xiàn)極晝現(xiàn)象，夏至日白晝最長，北極點到北極圈范圍出現(xiàn)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(xiàn)極夜現(xiàn)象，冬至日白晝最短，黑夜最長，北極點到北極圈范圍出現(xiàn)最大范圍的極夜現(xiàn)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。 （1）該地位于（ ）
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(zhuǎn)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(jù)表分析
回答（1）～（2）題。

（1）該地的地理坐標是為
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(jù)二分日正午太陽高度50°，計算出當?shù)鼐暥葹?0°N，根據(jù)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?shù)亟?jīng)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?shù)貢r間7：30分日出，換算出此時北京時間為8:10，當?shù)貢r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(yīng)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
?、軣崴鞯慕嵌葐栴}
例如：為了冬季采光，我國在居住區(qū)規(guī)劃設(shè)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(jù)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(shù)據(jù)，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(guān)極晝極夜問題

（1）出現(xiàn)極晝和極夜時間以及極晝和極夜天數(shù)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(jù)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(shù)，北半球出現(xiàn)極晝時間為3月21日+該天數(shù)，出現(xiàn)極夜時間為9月23日+該天數(shù)，南半球出現(xiàn)極晝時間為9月23日+該天數(shù)，出現(xiàn)極夜時間為3月21日+該天數(shù)。北半球出現(xiàn)極晝時間為（6月22日-出現(xiàn)極晝時間）*2，南半球出現(xiàn)極晝時間為（12月22日-出現(xiàn)極晝時間）*2。

例如：70°N出現(xiàn)極晝的時間和極晝天數(shù)是多少？計算：70°N距離北極點差20°，需要77天，出現(xiàn)極晝時間為3月21日+77天，向下推算出現(xiàn)時間為6月6日，出現(xiàn)極晝天數(shù)為（6月22日-6月6日）*2=32天。
（2）正好出現(xiàn)極晝或極夜緯度的計算：
方法：直射點緯度+正好出現(xiàn)極晝或極夜緯度=90°。例如：當70°N出現(xiàn)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(xiàn)極夜緯度范圍是什么？答案：80°N—90°N。
（3）正好出現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(zhuǎn)示意圖”。讀圖回答下列問題：

（1）地球公轉(zhuǎn)到圖中________位置時，正午射進屋內(nèi)的陽光面積可達一年中最大。
（2）地球從A公轉(zhuǎn)到C位置時，正午屋內(nèi)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(nèi)的光照面積最?。?2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(jù)此回答（1）-（4）題。 （1）該小組每天測量影長時，北京時間應(yīng)為（ ）
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?shù)乩砼d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(yīng)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(yīng)該是大約位于20°E，因而本題應(yīng)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(yīng)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(yīng)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?shù)氐奶柛叨冉菫?5°，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(chǎn)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(guān)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?shù)鼐暥?，取正值；δ為太陽直射點的緯度，當?shù)叵陌肽耆≌担肽耆∝撝怠?br>②tan35°≈0.7 tan45°≈l tan69°≈1.732
（1）房地產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)開發(fā)商在建樓時，應(yīng)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(jù)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(yīng)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(yīng)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(jù)太陽高度的變化隨季節(jié)調(diào)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(jù)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(yīng)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(yīng)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(xiàn)______________現(xiàn)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(xiàn)極晝現(xiàn)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(jīng)線（60°E）為子夜，則與其正相對的經(jīng)線（120°W）是太陽直射點所在的經(jīng)線，其時刻為6月22日12時。B地日出和日落時間應(yīng)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(yīng)根據(jù)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
A．①23°26′S ②46°52′N ③66°34′N ④90° N
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(xiàn)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(jù)表中數(shù)據(jù)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(jù)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(jīng)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?shù)鼐暥葹?5°26′S。北京時間為23日0：20，即東經(jīng)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(jīng)度差為175度，順著地球自轉(zhuǎn)方向推出該地經(jīng)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(yīng)該在南美洲中緯度大陸東側(cè)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(jīng)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(jù)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(jīng)75度，此時北京時間即東經(jīng)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(xiàn)的現(xiàn)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 D．拉普拉塔河正值枯水期
答案：C點撥：此時南半球晝長夜短，為夏季，北半球為冬季。美國中部小麥黃熟不可能在冬季，中國江淮流域冬季低溫干燥，地中海北岸為地中海氣候，此時為冬雨季節(jié)，阿根廷的拉普拉塔河此時為夏季，河流為豐水期。
練習題3：讀下圖，判斷下列敘述正確的是

Ａ．地球位于遠日點附近，且漸離遠日點 Ｂ．Ｍ點是早晨6點鐘
Ｃ．漠河一年內(nèi)最長白晝 Ｄ．海南島上正午物體的影子都朝北
答案：C點撥：從經(jīng)度數(shù)值分布判斷該圖為北半球俯視圖，北極圈及其以北地區(qū)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，為夏至日，地球接近遠日點，并且不斷靠近遠日點，故A錯；Ｍ點是傍晚18點鐘，故B錯；夏至是北半球各地一年中白晝最長的一天，故C對；海南島位于北緯20度以南，此時正午物體影子應(yīng)朝南。
3、四季和五帶的劃分
地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)共同產(chǎn)生的正午太陽高度和晝夜長短的變化使地球表面發(fā)生能量的分布不均和變化，最終的地理意義是產(chǎn)生四季的變化和地球表面五帶的劃分。

例題1：（2003年上海卷）
下圖中XOY為地軸，MN為赤道，EF、E′F′為回歸線，ST、S′T′為極圈。讀圖回答：

（1）目前黃赤交角在圖上是
A．∠XOF B．∠TOF C．∠FON D．∠TON
（2）按地球上“五帶”的劃分，圖上ST與EF之間為_________帶。
（3）當太陽直射點在圖上自MN向北移動到EF，再由EF向南移動到MN的過程中，在S′T′及其以南范圍內(nèi)，有極夜現(xiàn)象出現(xiàn)的地區(qū)變化規(guī)律是_______________________；
_______________________________；_____________________________。
（4）為了研究黃赤交角對地球自然環(huán)境的影響，假設(shè)黃赤交角變?yōu)?°，這時，在地球上將可能會出現(xiàn)的自然現(xiàn)象有
A．太陽終年直射赤道 B．各地全年都晝夜平分C．各地氣溫都無日變化 D．各地都無四季變化E．無大氣環(huán)流現(xiàn)象 F．自然地理環(huán)境無區(qū)域差異
（5）假設(shè)黃赤交角變?yōu)?5°，這時，地球上北半球夏至日正午太陽高度將自_______（緯度）緯線向南、北降低；在地球上“五帶”的劃分中，與現(xiàn)在相比，范圍將擴大的是?________
__________。
答案：（1）C （2）北溫帶（3）出現(xiàn)極夜的地區(qū)先擴大；當太陽直射EF時，南極圈及以南地區(qū)全部為極夜；之后，出現(xiàn)極夜的地區(qū)逐漸縮小 （4）ABD （5）35°N；熱帶、寒帶（或北寒帶和南寒帶）
點撥：（1）MN為赤道面，E′F為黃道面，所以∠M()E′或∠F()N應(yīng)為黃赤交角。（2）
五帶劃分：南北回歸線之間為熱帶，南北極圈內(nèi)為寒帶，而極圈與回歸線之間為溫帶，則ST與EF間為北溫帶。（3）考查了太陽直射點移動與極晝極夜范圍變化的關(guān)系。
（4）題當黃赤交角變?yōu)?時，太陽終年直射赤道，全年都是晝夜平分，各地正午太陽高度也無季節(jié)變化，所以各地也無四季變化。但一天中太陽高度有變化，因此氣溫仍有日變化。由于熱量存在緯度差異，仍然有大氣環(huán)流現(xiàn)象。各地由于氣溫不同，環(huán)流形勢不同，則自然地理環(huán)境仍有區(qū)域差異。第（5）題中當黃赤交角變?yōu)?5°時，則南北回歸線變?yōu)?5°S和35°N，南北極圈變?yōu)?5°S和55°N，由此知五帶中熱帶、寒帶范圍將擴大，溫帶范圍則縮小。