地球運動之“時間、日影與光線”試題分析與設計

劉 磊

(贛州市文清外國語學校)

地球運動是高中地理課程的重點和難點,也是高考地理考查的重要內容。學習地球運動及其產生的地理意義等相關知識具有較大的難度,教學中教師對概念解釋與過程推導的呈現(xiàn)更為抽象,需要學生具備較強的地理綜合思維能力。在這一章節(jié)的學習過程中部分學生往往會存在膽怯和畏難的心理,一定程度上說明學生對知識的理解不清晰、不全面,使得課后練習或考試過程中會有較高的錯誤率,因此對教師在教學中幫助學生搭建和培養(yǎng)地球運動立體空間的思維與感知提出了更高的要求。面對地球運動產生的諸如時間、日影與光線問題,學生不僅要理解地球運動與其產生的地理意義的知識,還要學會仔細觀察生活中所看到的自然地理現(xiàn)象,分析不同地點因經度差所產生的地方時或區(qū)時、太陽方位、太陽高度及日影長短隨太陽直射點的變化而產生變化等問題,真正做到知識源于課本,案例取材與知識應用于生活情境之中。由此代入地理思維的訓練,加深對地球運動相關知識的理解,加強地理空間視覺能力的培養(yǎng),提高學生對知識的應用能力,提升地理實踐力。

本文挑選了近年來高考考查地球運動及其地理意義的相關試題,并結合最新的模擬試題,總結地球運動章節(jié)中涉及時間、日影與光線問題的學習方法,分析此類題目在解題過程中的思維鏈條,歸納出應對考試中本類試題難點的方法和技巧。最后結合生活情境案例,設計了一組綜合時間、日影和太陽光線有關的考查試題,以供地球運動相關課程教學參考。

一、試題解析

【例1】(2020年天津市等級考,14,15題)

圖1為我國某地一住宅小區(qū)示意圖,圖2中四個方向的陰影分別為小區(qū)內某棟住宅樓二至日8:00和16:00的日影。讀圖文材料,完成14,15題。

圖1

圖2

14.該小區(qū)最可能位于

( )

A.北京 B.銀川

C.杭州 D.?？?/p>

15.小區(qū)內各住宅樓樓高一致,休閑廣場被樓影遮擋面積最大的時段是

( )

A.夏至日8:00—12:00

B.夏至日12:00—16:00

C.冬至日8:00—12:00

D.冬至日12:00—16:00

【解題指導】第14題,依據圖中二至日住宅樓日影的長短及方向,且08:00和16:00是關于北京時間正午對稱的兩個時刻,二至日8:00,16:00的太陽在天空中的位置在住宅樓的南北兩側,判斷小區(qū)所在地應位于回歸線與赤道之間,推斷該小區(qū)最可能位于?？?選D選項。

第15題,在我國的休閑廣場要被遮擋的面積更大,說明樓影更長,為冬至日;結合圖中休閑廣場東南側住宅樓較為密集,太陽位于當地東南側天空,時刻為08:00—12:00,休閑廣場被樓影遮擋面積較大。選C選項。

【例2】(2021年1月浙江省選考,19,20題)我國某中學生發(fā)現(xiàn),在書桌的固定觀測點上,每年僅有一天通過窗戶既可觀察到日出也可看到日落。圖3為該日日出、日落的位置示意圖。完成19,20題。

圖3

19.若乙為該日日出位置,則該窗朝向

( )

A.正南 B.東北

C.正北 D.西南

20.若該日日出為北京時間6點56分,日落地方時為18點59分,正午太陽高度為83.8°,則該學生所在地最可能是

( )

A.濟南 B.廣州

C.武漢 D.拉薩

【解題指導】第19題,圖中甲和該日日出、日落視角小于180°,可能為夏半年和冬半年的太陽視運動,因此窗戶朝向為正北或正南;而在我國只有夏半年日出東北、日落西北的情形符合題目要求,因此圖示窗戶朝向為正北。選C選項。

第20題,材料提示晝長夜短,為北半球的夏半年。由正午太陽高度83.8°可知,所在的城市應在較低緯度地區(qū),且根據日落地方時推算出該地的日出地方時為5點01分,這與北京時間(中央經線120°地方時)相差1小時55分,約30°經度,即約90°E,故最有可能是拉薩。選D選項。

【例3】(2021年6月浙江省選考,19,20題)我國某中學組織學生對直立物日影變化進行觀測﹐具體做法是:先在一塊平坦的地面上直立一根標桿,再以此桿直立點(甲)為圓心,以桿長為半徑繪一半圓。圖4為某日桿影變化圖,圖中陰影部分為標桿影子范圍。完成19,20題。

圖4

19.甲地位于

( )

A.東北平原

B.華北平原

C.四川盆地

D.珠江三角洲

20.若從甲地垂直上方朝下看,一年中某時刻地面上晝夜狀況與經緯線位置關系最有可能是

( )

A.① B.② C.③ D.④

【解題指導】第19題,由材料描述地面半圓以桿長為半徑所繪,可以得出甲地正午時太陽高度為45°,再依據日出日落影子的方位可知,此時為二分日,則太陽直射赤道,可推得當地的緯度大約為45°N,因此可以得出甲地為東北平原,A選項正確。

第20題,由甲地緯度位置為45°N可知,相同經度差之間的緯線長度往北逐漸減小,排除①④;若從甲地垂直上方朝下看,其左右兩側的經線應該是對稱的,②正確,③錯誤。B選項正確。

【例4】(2021年山東省等級考,12,13題)某日,小李在某地(110°E,40°N)廣場游玩時,發(fā)現(xiàn)廣場平面圖中的指向標模糊不清(圖5a)。他通過觀測廣場石柱影子的長度和方向(圖5b),確定了平面圖的指向標。據此完成12,13題。

圖5

12.該廣場平面圖的指向標應該是圖c中的

( )

A.① B.② C.③ D.④

13.一周后的相同時刻,小李再次測量發(fā)現(xiàn)該石柱的影長變長,則第二次觀測日期可能在

( )

A.2月16日前后

B.5月8日前后

C.8月20日前后

D.11月10日前后

【解題指導】第12題,由材料可知,廣場為110°E,北京時間為12:10,可計算當地地方時為11:30,因此太陽位于南偏東,影子則朝向北偏西,判斷圖中指向標為②,B選項正確。

第13題,根據石柱高度和影長可算出此時太陽高度略大于60°,大于春秋分日的正午太陽高度50°,說明太陽直射點在北半球;結合影長變長信息,說明正午太陽高度減小,太陽直射點向南移,8月20日前后,太陽直射點向南移,正午影子變長。C選項正確。

【例5】(2021年江蘇省選考,1,2題)圖6為2016年12月8日游客在悉尼(33°55′S,150°53′ E)15時15分拍攝的照片。據此回答問題。

圖6

1.該日悉尼的正午太陽高度角大約是

( )

A.32° B.58° C.66° D.79°

2.此時月球的方位

( )

A.偏東 B.偏南

C.偏西 D.偏北

【解題指導】第1題,冬至日(12月22日前后)太陽直射點在23.5°S附近,且太陽直射點在回歸線之間移動速度大概1°/4d,因此12月8日太陽直射點位于20°S附近,結合正午太陽高度計算公式H=90°-∣緯度差∣,求得悉尼的正午太陽高度約76°05′,最接近D選項,故D選項正確。

第2題,材料說明此時是15時15分,太陽位于西北方向,物影位于東南方向,悉尼位于太陽直射點以南,正午太陽在正北方向,圖中物影朝向東南方向,再向左偏轉一個銳角即可正面面對月球,說明此時月球的方位偏東,A選項正確。

【例6】(2022年秋江蘇連云港高三模擬題,1,2題)圖7中曲線L為我國某地冬至日棒影,曲線L′與曲線L關于O點對稱。圖8為甲建筑(與棒等高)和曲線L′的位置關系(圖中時間為地方時)。據此完成1,2題。

圖7

圖8

1.北京時間該日12時16分測得棒影最短,該地可能位于

( )

A.上海 B.北京

C.烏魯木齊 D.重慶

2.受樓影阻擋的影響,該日O點正午前后的光照時長約為

( )

A.4小時 B.6小時

C.8小時 D.10小時

【解題指導】第1題,當地地方時為正午12時地物的影子最短,此時北京時間為12:16,則能求出當地所在的經度為116°E,該地應為北京,B選項正確。

第2題,冬至日受南側甲建筑的遮擋,對于具有相同高度的甲建筑與棒OA,日出日落前后O點無法接受陽光照射,而正午前后太陽高度較大,O點受陽光照射產生日影,且曲線L′與日影L關于O點對稱。圖8中形成L′時間段為10:00—14:00,該時段O點能夠接受陽光照射,約為正午前后的4小時,故A選項正確。

二、試題設計與方法總結

【原創(chuàng)題】北京時間7月28日午11:25,某位同學隨親友沿109國道自駕游玩,拍攝了一張旅游打卡(35.5°N,94°E)圖片,發(fā)現(xiàn)鐵路以橋梁架設的方式通過該區(qū)域。據此完成1～3題。

圖9

1.當日此地的正午太陽高度角約為

( )

A.35° B.42° C.55° D.69°

2.圖示區(qū)域的鐵路橋梁走向為

( )

A.東北—西南 B.東—西

C.西北—東南 D.南—北

3.照片拍攝地太陽位于正南方時全球處于7月28日的范圍約占全球的

( )

A.1/2 B.3/4

C.1/4 D.2/3

【解題指導】第1題,從6月22日至7月28日時間間隔36天,太陽直射點移動速度約為1°/4d,此時太陽直射點距北回歸線緯度差為9°,因此照片拍攝日太陽直射14.5°N,可知當地正午太陽高度為H=90°-(35.5°N-14.5°N)=69°,選D選項。

第2題,根據材料所給時間日期可知,太陽直射點位于北半球,照片拍攝于北京時間11:25,結合太陽視運動知識可知,上午太陽位于東北天空,此時橋梁影子在西南側,故該段橋梁走向為西北—東南,選C選項。

第3題,由材料可知,照片拍攝地為94°E,當太陽位于正南時為地方時正午12:00,此時全球為7月28日的經度范圍從86°W向東至180°,約為3/4,選B選項。

【設計思路】本組試題以旅游打卡素材為背景,從生活情境視角吸引學生關注旅游活動中的地理現(xiàn)象,不僅結合了高中地理重要的地球運動知識模塊,也融入了貼近生活的地理新情境。試題設計緊密聯(lián)系高中地理課程標準要求的培養(yǎng)目標,從地理知識考查的設問角度引導學生運用所學地理知識解決地理問題。依據給定日期、經緯度坐標和109國道信息,考查了學生地球自轉所產生的時間差異與太陽方位判斷、正午太陽高度計算等知識要點,訓練學生的空間思維能力、太陽高度計算能力和判讀區(qū)域地理的空間定位能力。

【創(chuàng)新點分析】從近幾年的高考試題中可以發(fā)現(xiàn)地球運動及其地理意義的相關試題多以現(xiàn)實生活案例為切入點,材料新穎,角度獨特。因此本組試題在設計中也從生活情境材料和區(qū)域定位的角度出發(fā),引導學生認識和分析西藏地區(qū)所處的經緯度位置,加強學生對我國西藏地區(qū)的區(qū)域認知能力,結合地球運動知識考查學生對西藏地區(qū)空間地理位置的綜合思維能力。由材料信息可以推斷出照片拍攝地為青藏高原,該條鐵路為青藏鐵路,考查學生對經緯度坐標掌握的學習和思維能力。依據圖片中地表覆被特征,提高學生對青藏鐵路特有的征象和標志的空間認知能力,鍛煉學生對地球運動產生的相關現(xiàn)象及其背后蘊含的地理原理的空間邏輯思維,從而在大腦中形成地球運動產生的時間、日影與光線的空間立體結構圖,并運用于解決此類學科問題。

【方法總結】在地球運動及其地理意義的內容中,解答時間、日影和光線相關問題需要結合的知識點較多,比如:①考查時間計算要將已知經度與所求地經度的差異進行分析,東“早”西“晚”,考題情境中很大可能出現(xiàn)的是日影最短,隱含已知條件則是時間為地方時12時;②物體影子的方位與太陽所在的方位相反,日影長短、太陽方位與時間(地方時)相關,一天中正午日影最短,時間越靠近正午影子越短,日出日落影子最長;③北(南)回歸線及其以北(南)地區(qū)正午太陽位于正南(北),影子朝北(南),南北回歸線之間則需要根據太陽直射點所在地緯度與該地的緯度位置關系判斷太陽方位;④一年中二分二至日全球除極晝極夜地區(qū)外日出正東,日落正西;直射點位于北半球則日出日落偏北,直射點位于南半球則日出日落偏南;⑤同一地點的未來某個時間的影子長短變化需要考慮地球公轉、太陽直射點的移動方向,再根據該地與特定日期的太陽直射點緯度位置進行判斷;⑥求取不同緯度位置的太陽高度,則根據給定日期與太陽直射點的移動速度(1°/4d)進行計算。地理試題中關于時間、日影和光線的應用情境還包括考查計算時間早晚及特殊現(xiàn)象,判斷季節(jié)及根據二十四節(jié)氣指導農業(yè)生產活動,野外實踐活動類的試題中考查結合地物的影長等信息進行方向與時間的判別,或根據影長判斷緯度進而得出所處熱量帶,或依據太陽光線考查樓盤選樓、樓房采光、屋頂熱水器安裝以及停車遮陽等問題。

圖10

三、地球運動試題核心素養(yǎng)體現(xiàn)與命題啟示

(一)核心素養(yǎng)

學習和理解地球運動產生的地理意義涉及的時間、日影與光線問題,對于培養(yǎng)學生建構地理的方向感、空間感、立體感具有很大程度的幫助,思考與分析地球自轉和公轉所產生地理問題的過程體現(xiàn)了地理學科的理科屬性,彰顯了高中地理自然部分獨特的理學之美。帶領學生認識地球,在整個太陽系的運動規(guī)律的基礎上,感知地球在宇宙中的渺小,認識人類的渺小,從而更加敬畏自然,尊重自然規(guī)律。探索地球運動的過程中培養(yǎng)學生對生活中的地理現(xiàn)象堅持不懈觀察的意志品質,克服空間思維層面的困難,使學生逐步形成終身探索世界的習慣,或根據情境變化進一步提升地理思維的層次,從而使地理實踐力作為學科意識和能力的培養(yǎng)得到真正的踐行。

地球運動所涉及的時間計算、日影方位判斷和光線角度等問題重點考查學生的地理學科綜合思維,例如,分析極地地區(qū)晝夜狀況,學生不僅需要掌握其所在的經度位置計算時間,還需要結合當地緯度與太陽直射點的緯度差異判斷其晝夜情況。與之相關的試題多基于具體的生活情境,教學實踐活動中要有意識地將教材理論知識與課外實際運用進行有效結合與延伸,對不同緯度區(qū)域特殊時間、日影和光線要加強引導學生的理解與識記,以及指導學生利用地球運動的知識分析相關區(qū)域的工農業(yè)生產活動案例,探討區(qū)域發(fā)展、人類活動與地球運動所產生的地理意義之間的關系,提高區(qū)域認知能力。引導學生關注日益發(fā)展變化的世界,培養(yǎng)地理學科綜合能力與品質,樹立學生對自然和人文地理活動辯證統(tǒng)一的人地協(xié)調觀。使學生真正“學習對生活有用的地理”,發(fā)揮地理學科能力在實踐中的作用。

(二)啟示

地球運動及其產生的地理意義是高考地理考查的重點和難點,要求學生對地球運動與相關現(xiàn)象有深刻的理解和思維過程,因此在學習本章節(jié)時需要激發(fā)學生的興趣和引導學生善于發(fā)現(xiàn)與之相關的生活現(xiàn)象,運用所學知識進行分析和思考地理問題,并應用于解決實際情境中的時間、日影和光線等地理問題。本文通過解析地球運動產生的時間、日影和光線相關高考試題與模擬試題,總結知識的理解方法與技巧,幫助學生更好地形成空間思維。教師需要更多地思考如何循序漸進地培養(yǎng)學生應對地球運動的考查方式的變化所具備的地理綜合能力與核心素養(yǎng),在教學實踐中要善于引導學生留心觀察生活中地球運動帶來的現(xiàn)象,從而培養(yǎng)學生熱愛生活和積極向上的心態(tài),促進身心健康發(fā)展。