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“太阳高度”相关内容具有高度抽象性,对学生的空间想象能力和空间联系能力要求很高。如太阳高度角的概念、太阳高度角的变化、太阳直射点的移动等人们看不进、摸不着,很难理解。为此,教师必须想方设法使教学内容更加为直观、形象和具体。
一、用图示法明晰地理概念
1.太阳高度角的概念。太阳高度角是太阳光线与地面的夹角,具有日变化和年变化(如图1)。
2.正午太阳高度的概念。正午太阳高度角是当地正午时太阳光线与地面的夹角,根据立体几何知识,它实际上是正午时太阳光线与当地经线的夹角(如图2)。
3.太阳直射点的概念。太阳直射点是太阳高度为90°的地点。太阳直射点处的太阳光线与地面垂直。根据立体几何知识,一条直线要与一个平面垂直必须与这个平面上的两条交线垂直,也就是说直射光线应该同时垂直当地的经线和纬线(如图3)。太阳直射点所在经线的地方时为正午12时,直射光线的延长线必定经过地心(如图4)。
二、用读图分析法发现地理规律
要求学生分析春分日正午太阳高度随纬度的变化图(图5),读出图中隐含的相关信息,经相互讨论、交流(分享)、评价后不难得出有以下几点规律:
1.正午太阳高度在太阳直射点处最大(90°),由此向南北两侧降低。
2.离太阳直射点越近的地方,正午太阳高度越大,反之越小。这也就可以得出太阳直射点在移动过程中靠近某地,那里的正午太阳高度就变大,反之就变小。
3.离太阳直射点一样远的地方,正午太阳高度相等。进一步引出等太阳高度线的概念(见图6)。
4.离太阳直射点n°的地点,正午太阳高度数值为90°-n°。进一步得出某地正午太阳高度的计算公式为:H=90°-(当地与太阳直射点之间的纬度距离)。
三、用动画演示法揭示地理过程
播放Flash动画(动画中的A地代表北回归线以北地区,B、C表示南北回归线之间的地区,D代表南回归线以南的地区),演示从冬至日到夏至日太阳直射点的移动过程(见图7),可以看到太阳直射点离A地越来越近,而离D地越来越远,太阳直射点到达C、B两地后还要继续北移。这说明太阳直射点北移时,正午太阳高度在北回归线以北的地区会越来越大,南回归线以南地区则越来越小,而南北回归线之间的地区达到最大值(90°)后再逐渐减小。到夏至日,太阳直射点移动到最北位置(见图8),此时太阳直射点离A地一年中最近,而离C、D两地一年中最远,这就很容易得出夏至日正午太阳高度在北回归线及其以北地区达一年中最大值,而南半球各纬度达一年中最小值。然后再演示从夏至日到冬至日太阳直射点的移动过程,不难得出太阳直射点南移过程中,正午太阳高度在南回归线以南的地区会越来越大,北回归线以北地区会越来越小,而南北回归线之间的地区达到最大值后再逐渐减小(见图9)。到冬至日,正午太阳高度在南回归线及其以南地区达一年中最大值,而北半球各纬度达一年中最小值(见图10)。
四、用数学知识解决相关地理计算
1.利用正弦曲线计算正午太阳高度
前面我们已经知道了正午太阳高度的计算公式,具体在计算时如果能借助正弦曲线图(见图11),则更为简洁明了,而且可以很好地避免公式计算产生的错误。
例如求夏至日图中P1、P2、P3三地的正午太阳高度,我们很容易地得到:
P1地的正午太阳高度为:H1=90°-(φ1-δ)
P2地的正午太阳高度为:H2=90°-(δ-φ2)
P3地的正午太阳高度为:H3=90°-(φ3+δ)
(φ1、φ2、φ3分别为P1、P2、P3三地纬度,δ为太阳直射点的纬度)
2.利用平面几何知识计算子夜太阳高度
子夜太阳高度通常是指处于极昼期间的某地在地方时为0点或24点时的太阳高度(见图12)。其计算方法与正午太阳高度计算方法实际上是完全一致的,但由于学生空间想象能力有限,理解还是有困难。为此我们不妨借助另一种方法给学生直观的展示。这里以北极圈内的某地P为例,其夏至日子夜太阳高度见图13中的H,图中BPF表示地平面,直线APG为P地的纬线及其延长线,EPC为太阳光线及其延长线,OPD表示该地地球半径及其延长线,∠EPF即为P地的子夜太阳高度角。
根据平面几何知识可以得出∠APD的度数等于P地的纬度数(φ);∠EPG的度数等于太阳直射点的纬度数(δ)。由于∠APB+φ=90,而∠APB=δ-H,故(δ-H)+φ=90°。不难得出子夜太阳高度的公式为:H=φ+δ-90°。例如求夏至日83°34'N的子夜太阳高度。则H=83°34'+23°26'-90=17°。
(作者单位:江苏省梁丰高级中学)
一、用图示法明晰地理概念
1.太阳高度角的概念。太阳高度角是太阳光线与地面的夹角,具有日变化和年变化(如图1)。
2.正午太阳高度的概念。正午太阳高度角是当地正午时太阳光线与地面的夹角,根据立体几何知识,它实际上是正午时太阳光线与当地经线的夹角(如图2)。
3.太阳直射点的概念。太阳直射点是太阳高度为90°的地点。太阳直射点处的太阳光线与地面垂直。根据立体几何知识,一条直线要与一个平面垂直必须与这个平面上的两条交线垂直,也就是说直射光线应该同时垂直当地的经线和纬线(如图3)。太阳直射点所在经线的地方时为正午12时,直射光线的延长线必定经过地心(如图4)。
二、用读图分析法发现地理规律
要求学生分析春分日正午太阳高度随纬度的变化图(图5),读出图中隐含的相关信息,经相互讨论、交流(分享)、评价后不难得出有以下几点规律:
1.正午太阳高度在太阳直射点处最大(90°),由此向南北两侧降低。
2.离太阳直射点越近的地方,正午太阳高度越大,反之越小。这也就可以得出太阳直射点在移动过程中靠近某地,那里的正午太阳高度就变大,反之就变小。
3.离太阳直射点一样远的地方,正午太阳高度相等。进一步引出等太阳高度线的概念(见图6)。
4.离太阳直射点n°的地点,正午太阳高度数值为90°-n°。进一步得出某地正午太阳高度的计算公式为:H=90°-(当地与太阳直射点之间的纬度距离)。
三、用动画演示法揭示地理过程
播放Flash动画(动画中的A地代表北回归线以北地区,B、C表示南北回归线之间的地区,D代表南回归线以南的地区),演示从冬至日到夏至日太阳直射点的移动过程(见图7),可以看到太阳直射点离A地越来越近,而离D地越来越远,太阳直射点到达C、B两地后还要继续北移。这说明太阳直射点北移时,正午太阳高度在北回归线以北的地区会越来越大,南回归线以南地区则越来越小,而南北回归线之间的地区达到最大值(90°)后再逐渐减小。到夏至日,太阳直射点移动到最北位置(见图8),此时太阳直射点离A地一年中最近,而离C、D两地一年中最远,这就很容易得出夏至日正午太阳高度在北回归线及其以北地区达一年中最大值,而南半球各纬度达一年中最小值。然后再演示从夏至日到冬至日太阳直射点的移动过程,不难得出太阳直射点南移过程中,正午太阳高度在南回归线以南的地区会越来越大,北回归线以北地区会越来越小,而南北回归线之间的地区达到最大值后再逐渐减小(见图9)。到冬至日,正午太阳高度在南回归线及其以南地区达一年中最大值,而北半球各纬度达一年中最小值(见图10)。
四、用数学知识解决相关地理计算
1.利用正弦曲线计算正午太阳高度
前面我们已经知道了正午太阳高度的计算公式,具体在计算时如果能借助正弦曲线图(见图11),则更为简洁明了,而且可以很好地避免公式计算产生的错误。
例如求夏至日图中P1、P2、P3三地的正午太阳高度,我们很容易地得到:
P1地的正午太阳高度为:H1=90°-(φ1-δ)
P2地的正午太阳高度为:H2=90°-(δ-φ2)
P3地的正午太阳高度为:H3=90°-(φ3+δ)
(φ1、φ2、φ3分别为P1、P2、P3三地纬度,δ为太阳直射点的纬度)
2.利用平面几何知识计算子夜太阳高度
子夜太阳高度通常是指处于极昼期间的某地在地方时为0点或24点时的太阳高度(见图12)。其计算方法与正午太阳高度计算方法实际上是完全一致的,但由于学生空间想象能力有限,理解还是有困难。为此我们不妨借助另一种方法给学生直观的展示。这里以北极圈内的某地P为例,其夏至日子夜太阳高度见图13中的H,图中BPF表示地平面,直线APG为P地的纬线及其延长线,EPC为太阳光线及其延长线,OPD表示该地地球半径及其延长线,∠EPF即为P地的子夜太阳高度角。
根据平面几何知识可以得出∠APD的度数等于P地的纬度数(φ);∠EPG的度数等于太阳直射点的纬度数(δ)。由于∠APB+φ=90,而∠APB=δ-H,故(δ-H)+φ=90°。不难得出子夜太阳高度的公式为:H=φ+δ-90°。例如求夏至日83°34'N的子夜太阳高度。则H=83°34'+23°26'-90=17°。
(作者单位:江苏省梁丰高级中学)