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《地球公转》

发布时间:2013-12-13 15:34:38  

必修Ⅰ

第二章
宇宙中的地球

第 4 节
地 球 公 转
1

一、公转基本规律 1.运动轴心及轨道 (1)轨道为黄道,是 一个近似正圆的椭圆轨道。 (2)太阳位于椭圆的一个焦点上,地球有 近日点(1月初)和远日点(7月初)之分。 2.方向:自西向东,从北极上空看呈逆 时针,从南极上空看呈顺时针。
2

地球公转轨道示意图及两分、两至 日位臵的判断 (1)从北极上空看地球自转与公转的方 向一致,都是逆时针;从南极上空看地球 自转与公转的方向一致,都是顺时针。 (2)冬至日,太阳直射南半球,地球公 转至近日点附近;夏至日,太阳直射北半 球,地球公转至远日点附近。

3

(3)在地球公转图上,若南极点在上,说 明此地球公转图是从南极上空向下看,地球 公转为顺时针;若北极点在上,说明此地球 公转图是从北极上空向下看,地球公转方向 为逆时针。地球公转方向、自转方向、地球 南北极位臵和近、远日点位臵之间的关系见 下图。

4

(4)关键看日地连线与地球表面的交点(太 阳直射点)的位臵,若在赤道以北,且直射 23°26′N,则为北半球的夏至日;若在赤道以 南,且直射23°26′S,则为北半球的冬至日; 再根据公转方向判断两分日。 (5)根据地球公转的变形图判断地轴倾斜 方向和两分两至日。关键是判断远、近日点位 臵,若为近日点,太阳直射23°26′S附近;若 为远日点,太阳直射23°26′N附近。地轴与赤 道始终垂直。
5

3.周期 (1)恒星年,公转360°,365天6时9分10 秒,是真正周期。 (2)回归年,太阳直射点移动一个周期, 365天5时48分46秒,是日常所用周期。 4.速度 (1)位于近日点(1月初)时速度快,位于远 日点(7月初)时速度慢。 (2)平均角速度为每日约1°。 (3)平均线速度为30千米/秒。
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地球自转和地球公转的关系——黄

赤交角 1.概念:黄赤交角是地球自转的赤道 面与公转的黄道面之间的夹角,目前是 23°26′。 2.黄赤交角的影响:由于黄赤交角的 存在,并且地轴在宇宙空间的方向不因季 节变化而变化,因而,太阳直射点相应地 在南北回归线之间往返移动,称为太阳直射 点的回归运动。
7

二、地球公转产生的地理意义
(一)昼夜长短的纬度分布规律和季节变化规律

1.昼夜长短按纬度分布规律 日期 3.21~6.22~9.23 北半球夏半年
直射点 位臵

北半球

南半球

赤 道

昼长夜短 昼短夜长

北半球

昼 夜 昼短夜长 昼长夜短 等 9.23~12.22~3.21 南半球 长 愈往北昼愈短, 南半球夏半年 夜愈长
3.21和9.23 赤道 昼夜等长
8

愈往北昼愈长, 夜愈短

如下图所示:①二分日,各纬度带昼长 均为12小时;②夏至日南极圈及其以内昼长 均为0,从南极圈向北,昼长逐

渐变长,赤 道上昼长为12小时,北温带昼长长于12小时 ,北极圈内昼长为24小时;③冬至日南极圈 及其以内昼长均为24小时,从南极圈向北, 昼长逐渐变短,赤道上昼长为12小时,北温 带昼长短于12小时,北极圈及其以内昼长均 为0小时;④直射点的纬度越高,各纬线间 的昼夜长短差异越大。
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2.昼夜长短随季节变化规律
季节 12.22~ 3.21~6.22 6.22~ 9.23~12.22

直射点移 动方向
向北移 向南移 直射北 回归线 直射南

北半球

南半球

赤道

昼渐长, 昼渐短, 夜渐短 夜渐长 昼渐短, 昼渐长, 夜渐长 夜渐短 昼最长, 昼最短, 昼夜 等长 夜最长 夜最短 昼最短, 昼最长, 夜最长 夜最短
10

6.22 12.22

回归线

如下图所示:赤道上全年的昼长均为12 小时(曲线①);北极点从春分到秋分昼长均 为24小时(线段②);南极点从秋分到次年春 分昼长均为24小时(线段③);从3月21日到9 月23日北半球昼长大于12小时(曲线④和⑥) ,南半球昼长小于12小时(曲线⑤和⑦);从9 月23日到次年3月21日北半球昼长小于12小 时(曲线④和⑥),南半球昼长大于12小时(曲 线⑤和⑦)。纬度越高,昼夜长短的季节变 化幅度越大。
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3.昼夜长短与日出日落时刻(地方时)的 关系 用下图表示二者的关系(阴影部分表示黑 夜,非阴影部分表示白昼),假设日出时刻 是X点,日落时刻是Y点。
从图上可以看出: 日出时刻X=半个夜长 日落时刻Y=X+昼长=12+半个昼长=24半个夜长 昼长=日落时刻Y-日出时刻X
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4.极昼、极夜的产生和分布 日期直射的纬线北极圈及其以内 南极圈及其以内6.22北回归线极昼极 夜12.22南回归线极夜极昼注意: ①极昼、极夜的范围是从极点逐 渐向外扩大的,最大扩大到南、北极 圈,然后又逐渐向内收缩。

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②夏至日是北半球极昼范围和南半球极夜 范围最大的一天,冬至日是北半球极夜范围和 南半球极昼范围最大的一天。 ③春分日是北极点附近极昼开始和极夜消 失的一天,秋分日是北极点附近极夜开始和极 昼消失的一天。 ④一年中,发生极昼、极夜的最低纬度值 等于地轴的倾斜角。地轴倾斜角与黄赤交角互 余。某一天,发生极昼、极夜的最低纬度值与 太阳直射点所在的纬度值互余。
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⑤纬度越高,极昼、极夜的天数越多,南、 北极圈上一年内只有一天,南北极点附近有近 半年。 ⑥因为地球公转速度不均匀,北极附近的 极昼、极夜天数与南极附近的极昼、极夜天数 并不相等。北极附近极昼的天数多于南极附近, 或南极附近极夜的天数多于北极附近。 ⑦黄赤交角越大(地轴倾斜得越厉害),极 昼、极夜的范围越大。 ⑧发生极昼的半球与太阳直射的半球一致。
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5.日出日落的方位与时刻、日影朝向 的变化 (1)在二分日,全球各地太阳于当地地 方时6点从正东方升起,于当地地方时18点 从正西方落下。日出时日影朝正西,日落 时日影朝正东(如下图所示)。

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(2)太阳直射北半球,全球各地太阳从东 北方升起,日影朝西南方,太阳从西北方落 下,日影朝东南方。北半球各地日出时刻早 于当地地方时6点,日落时刻晚于当地地方 时18点,纬度越高日出时刻越早,日落时刻 越晚。南半球相反。(如下图所示)

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(3)太阳直射南半球,全球各地太阳从东南 方升起,日影朝西北方,太阳从西南方落下, 日影朝东北方。北半球各地日出时刻晚于当地 地方时6点,日落时刻早于当地地方时18点,纬 度越高日出时刻越晚,日落时刻越早。南半球 相反。(如下图所示)

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由此可见,太阳的升落方向(日影的朝向 与升落方向相反)和时刻,不仅随空间而且随 季节的变化而变化。纬度越高,太阳升落在 南北方向上的变化幅度越大。

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(2009· 长沙模拟卷)读图,图示区域经度 范围为南半球一半的3/4,AB为赤道,EF为南 极圈,AC、GI、BD为三条经线,AHK为晨 昏线,H为JI的中点。完成(1)~(3)小题。

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(1)若北极附近是极夜,则B点所在经线 的地方时是( A ) A.3:00 B.6:00 C.15:00 D.18:00

第(1)题,北极附近为极夜,则AHK以 北为夜,GI的地方时为0:00,由于该区域 所跨经度范围为南半球一半的3/4,为135° ,由此可知G与B经度差为45°,相差3小时 ,则BD地方时为3:00。
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(2)若北极附近是极昼,则该图所示的月 份最有可能是( C ) A.2月 B.4月 C.8月 D.10月
第(2)题,北极附近为极昼,则AHK 以北为昼,太阳直射点在北半球,H为JI中 点,则H纬度约为66°34′+11°43′,则太阳 直射点在北纬11°43′。则所示月份应该是5 月或8月。
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(3)若此时垂直于K点地面物体的影子指向 西北方,则这个季节下列叙述正确的是( C ) A.索马里半岛沿岸是寒流 B.黄河河口三角洲向渤海延伸速度较快 C.正是南极洲科考的好时期 D.我们能看到大雁往北飞行

第(3)题,K点处物体影子朝向西北,说明 AHK以北为夜,太阳直射点在南纬11°43′左右 ,所示月份应为2月或11月。索马里半岛沿岸的 洋流,冬季为暖流,夏季为寒流。
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昼夜长短的计算 (1)可以利用一个地区昼弧所跨的经度范 围来计算,方法是在日照图上某条纬线与晨 昏线有两个交点,两点之间在昼半球的部分 即是白昼的时间。 (2)可以利用已知的日出和日落时间来求 算。方法是:白昼长=2×(12-日出时间)或 白昼长=2×(日落时间-12)或白昼长=日落 时间-日出时间。
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(3)同一半球相同纬度地区昼长相同; 南北半

球相同纬度地区的昼夜长短相反, 如北纬40 度的昼长是15小时,那么南纬 40 度的地区夜长为15小时。 (4)极昼区、极夜区的昼长分别是 24 小时和 0 小时。赤道地区的昼长永远是 12 小时。

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(二)太阳高度与正午太阳高度 1.正午太阳高度的纬度分布规律 (1)直射点上最大(90°),晨昏线上为0°; 从直射点向南北两侧对称递减(如下图所示)。

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(2)某地与直射点纬度距离相差几度,则 正午太阳高度就相差几度。正午太阳高度差 =纬度差。 2.正午太阳高度随季节变化规律
季节 12.22~3.21~ 6.22
6.22~9.23~ 12.22

直射点

北回归线 南回归线

移动方向 及其以北 及其以南

向北移
向南移

逐日增大 逐日减小
逐日减小 逐日增大
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3.正午太阳高度的极值问题 (1)夏至日,北回归线及其以北的地区达到 全年的最大值,赤道和整个南半球达到全年的 最小值。 (2)冬至日,南回归线及其以南的地区达到 全年的最大值,赤道和整个北半球达到全年的 最小值。 (3)春、秋分日,赤道达到全年的最大值。 (4)北回归线及其以北和南回归线及其以南 的地区一年内只有一次最大值,一次最小值; 南北回归线之间的地区一年内有两次最大值, 两次最小值。
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4.正午日影指向、长短与太阳直射点的 位臵及太阳高度的关系 (1)赤道上物体在二分日的正午日影最短, 在二至日的正午日影最长;3月21日~9月23 日的正午日影指向南方,9月23日~次年的3 月21日正午日影指向北方。 (2)北温带地区,物体的正午日影终年指 向北方,在6月22日的正午日影最短,在12 月22日的正午日影最长。
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(3)南温带地区,物体的正午日影终年指向 南方,在12月22日的正午日影最短,在6月22 日的正午日影最长。 (4)北极点的物体日影只能朝南,二分日正 午日影最长,6月22日正午日影最短。 (5)南极点的物体日影只能朝北,二分日正 午日影最长,12月22日正午日影最短。 (6)北半球热带地区正午日影朝北的天数多 于朝南的天数,在12月22日正午日影最长。 (7)南半球热带地区正午日影朝南的天数多 于朝北的天数,在6月22日正午日影最长。
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5.正午太阳高度的计算 (1)已知某地的纬度和太阳直射点的纬度, 求该地的正午太阳高度 原理:某地与直射点纬度距离相差几度, 则正午太阳高度就相差几度,即:正午太阳 高度差=纬距。 公式:某地的正午太阳高度H=90°-该 地与太阳直射点之间的纬距。 该方式中求得纬距是关键,那么如何求 得纬距?
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①若某地与太阳直射点位于同一半球( 均在南半球或均在北半球),则将二者纬度 数相减即得纬距(下左图所示);②若某地与 太阳直射点不位于同一半球,则将二者纬 度数

相加即得纬度差距(下右图所示)。(“同 减异加”)

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假设上图中P的纬度是北纬φ,则: 夏至日的正午太阳高度是: H1=90°-(φ-δ)=90°-(φ-23°26′) 冬至日的正午太阳高度是: H2=90°-(φ+δ)=90°-(φ+23°26′) 推论一 (H1-H2)/2=23°26′ 温带地区某地夏至日的正午太阳高度与 冬至日的正午太阳高度之差的一半等于回归 线的纬度。
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根据正午太阳高度的计算原理还可 以推导出如下结论,在做有关试题时可 以直接运用,加快做题的速度和准确度。 推论二极点的正午太阳高度一定等 于太阳直射点的纬度,如若太阳直射北 纬10°,则北极点的正午太阳高度就等 于10°(注:不考虑出现极夜时的情况)。

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推论三赤道上的正午太阳高度等于太阳直 射点纬度的余角(即等于90°-直射点的纬度), 若太阳直射北纬10°,则赤道的正午太阳高度 就等于80°。 推论四切点(与晨昏线相切的纬线上)的正 午太阳高度等于直射点纬度的二倍,若太阳直 射北纬10°,则北纬80°的正午太阳高度就等 于20°(注:直射点的纬度与切点的纬度互余)。 推论五极昼区内某点的正午太阳高度与其 子夜的太阳高度角之和等于直射点纬度的二倍。
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(2)已知某地在某日的正午太阳高度和该 日太阳直射点的纬度,求该地的纬度 假如某地在夏至日的正午太阳高度为 60°,求该地的纬度。因为夏至日太阳直射 北回归线,该地与北回归线之间的正午太阳 高度相差30°,所以该地位于北回归线以北 的P1或以南的P2,纬度相差30度(如下左图 所示),则:P1的纬度 =30°+23°26′=53°26′(北纬),P2的纬度 =30°-23°26′=6°34′(南纬)。
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(3)已知某地的纬度和该地在某日的正午 太阳高度,求太阳直射点的纬度 假如某地P(29°N)在某日的正午太阳高 度为51°,求太阳直射点的纬度。因为P地 (29°N)位于北回归线以北,直射点只可能 位于P地以南,二者的正午太阳高度相差 90°-51°=39°,则直射点与该地的纬度差 距为39°(如上右图所示),所以直射点的纬 度=39°-29°=10°(南纬)。
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(2009· 浙江卷)图中,当a、c值相差20° 时,该地的纬度值是( ) A.23°N B.63°N C.43.5°N D.27°N

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第一步:根据图中夏至日正午太阳高 度达一年中最大,而冬至日达一年中最小可 判断出该地位于北回归线及其以北地区。 第二步:c值可表示该地春分日与夏至 日的正午太阳高度差值,即太阳直射点在春 分和夏至日之间的移动幅度,为23.5°,且 图中a小于c,a与c相差20°,则a为3.5°, 即该地区冬至日正午太阳高度为3.5°。 第三步:结合正午太阳高度计算公式: H=90°-纬度差,可计算出当地纬度为 63°N,故选B。
39

6.太阳高度的坐标图像表示法 (1)正午太阳高度的年

变化曲线图: 热带的呈马鞍形,温带的呈抛物线形

40

(2)太阳高度的日变化曲线图

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7.太阳高度等值线问题 太阳高度在地面上的分布以直射点为 中心,直射点上太阳高度为90°,从直射 点向四周等距离(球面距离)递减,即与直 射点球面距离相等的点,其太阳高度相等, 所以太阳高度等值线是以直射点为共同圆 心的同心圆圈,最外围的大圈上太阳高度 为0°,即晨昏圈。

42

在判读等太阳高度线图(或太阳高度等值 线图)时要注意把握以下规律: (1)图的中心就是太阳直射点,通过该点 的经线即为太阳直射的经线,其地方时为12 点,通过该点的纬线即太阳直射的纬线,其 正午太阳高度为90°。

43

(2)在太阳直射的经线上任意一点与直射 点之间的纬度相差几度,两点的太阳高度就 相差几度。位于直射点同一侧的任意两点之 间的纬度相差几度,其正午太阳高度也就相 差几度,因为正午太阳高度是从直射的纬线 向南北两侧对称递减的。如图一中,太阳直 射在90°E经线上,O点为直射点,D、E的 纬度则分别为30°N、60°N,F为北极点, G为南极点。
44

(3)如果太阳直射赤道,则在赤道上任意 一点与直射点间的经度差等于这两地的太阳 高度差。在赤道上位于直射点同一侧的任意 两点间的经度差也等于这两地的太阳高度差。 因为赤道和经线圈都是球面上的大圆圈,弧 度数相等的两点间的球面距离也相等。如图 一中的A、B、C三点的经度则分别为东经 120°、东经150°、180°,其地方时分别 为14点、16点、18点。

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(4)如果太阳直射的纬线不是赤道,则 在这条纬线上,两点间的经度差要大于这 两点间的太阳高度差。因为纬线圈是从赤 道向两极方向变小的。如图二中的A、B的 经度分别大于120°E、150°E,C点则位 于180°经线以东,即西经度,其地方时分 别大于14点、16点、18点。

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(5)等太阳高度线图的最外围大圈上若标 注的是0°,则该圆圈为晨昏圈,此图是昼 半球的全部,一般是直射经线以东的最大的 半圆圈为昏线,以西的最大的半圆圈为晨线。 若最外围大圈上标注的不是0°,那么它就 不是晨昏圈,此图只是昼半球的一部分。 (6)由于太阳直射的经线上太阳高度是从 直射点向南向北的跨度各为90°,当太阳直 射赤道时,等太阳高度线的最北点为北极, 最南点为南极(如图一)。
47

若太阳直射北半球,等太阳高度线的 最北点位于太阳直射经线的正对面的经线 上,北极点位于该点下方,图上显示不出 南极点。当太阳直射南半球时,情况相反。 如图二中,太阳直射20°N纬线,D点为 等太阳高度线的最北点,地理坐标是 (70°N,90°W),E为北极点,小椭圆圈

为70°N纬线圈。

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图三中太阳直射 20°S纬线,G点为等 太阳高度线的最南点, 其地理坐标为(70°S, 90°W),D为南极点, 小椭圆圈为70°S纬线 圈。(注:文中所说 “最北点”、“最南点” 是针对等太阳高度线图 上的方位而言)
49

三、太阳光照图的绘图和读图技巧 1.光照图的类型 在光照图上判断地方时、季节是既简单 而又复杂的问题。说简单是因为判断的思路 和步骤较固定,而说复杂就是光照图类型多 变。下面列举一些常见的光照图,部分图中 标出了日期和一些特殊时间点(0时、12时、 6时、18时),同学们在阅读时要注意思考一 下为什么,如果让我来判断该怎样判断。
50

(1)侧视光照图

51

(2)俯视光照图

(3)透视光照图

52

(4)圆柱投影光照图

(5)局部光照图1

53

(5)局部光照图2

54

(6)其他变式图(以下各图均没有标明或 无法确定半球,不能借此判断日期)

55

2.识读和运用光照图的基本思路 (1)确定南北极点、自转方向和晨昏线: ①若为侧视图,通常是北极在上,南极在下; ②若为极地俯视图,可根据“北逆南顺”确 定极点;③若为立体图,一般是北极在上, 南极在下。如有自转方向,应据此判断极点; ④根据地球自转方向判断晨线与昏线:顺着 地球自转方向,由昼半球过渡到夜半球的分 界线是昏线,反之是晨线。

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(2)确定太阳直射点的位臵:纬度数与出 现极昼范围的最低纬度数互余,或等于晨昏 线与经线的夹角;经度数为将昼半球平分的 经线度数,其地方时为12:00。 (3)确定日期或季节:①晨昏线过两极点, 是3月21日前后(春分日)或9月23日前后(秋分 日);②晨昏线与极圈相切,是6月22日前后( 夏至日)或12月22日前后(冬至日);③其他情 况的日照图,若无具体条件限制,则对应两 个日期;④求某地的具体日期,可根据直射 点日期结合地方时进行计算。
57

(4)确定某点地方时:①充分利用图中四 个隐含时间(6点、18点、12点、0点或24点); ②其他地点的地方时可根据上述时间进行计 算。 (5)根据晨昏线与经线相交关系判断日出 日落时间和昼夜长度:①算出该地所在的纬 线圈位于昼(夜)半球部分的经度差,除以15 即为该地的昼(夜)长;②以地方时12时为对 称点±昼长时间的1/2或以地方时24时(0时 )±夜长时间的l/2,可求得日出日落时间。
58

(6)相关地理现象的判断:季节变化的现 象应结合日期或季节进行判断,常涉及的现 象有:地球的公转速度;正午太阳高度的分 布及变化;昼夜长短的分布及变化;气压分 布、某地的气候特征、天气现象;季风洋流 流向;河流汛期、河流入海口的盐度;植被 的生长状况;动物迁徙;农业的生

产过程、 生长状况;南极臭氧层空洞扩大的时间等。

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右图中a 是经线,Q 点为晨昏线 与该经线的 交点。完成 (1)~(4)题。

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(1)若Q地的地方时为5时30分,则Q地所 处位臵和月份可能是( C ) A.北半球、10月 B.南半球、5月 C.北半球、5月 D.南半球、8月
第(1)题,根据题意,若Q地的地方时 为5时30分,则Q地所在纬线5时30分日出, 昼长为13小时。A、B、D在所述位臵和相 应月份时当地昼短夜长,不符合题意。5月 份北半球各地昼长夜短,故选。
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(2)若Q地的地方时为2时30分,则Q地的 纬度可能为( D ) A.30°~40° B.45°~55° C.5°~l5° D.60°~70°

第(2)题,当Q地的地方时为2时30分时, 则Q地所在纬度昼长可达19小时,该地最可 能位于高纬度地区,故选D。

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(3)当Q地位于北半球低纬时,可能的月 份及时刻是( A ) A.12月、17时30分 B.9月、17时 第(3)题,越向低纬,昼长越接近12小 C.6月、4时30分 D.4月、5时 时。当Q地位于北半球低纬时,6月22日昼最

长,12月22日昼最短,但C项所述6月昼长达 15小时,更接近中纬度地区的昼长特点,故 排除;4月和9月昼长应更接近12小时,显然 B、D不符合题意;A选项12月昼短夜长,昼 长为11小时,符合题意。
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(4)一年之内每天同一时刻(6时、18时 除外),Q点在该经线上( ) A.密集分布于南北回归线之间 B.均匀分布于整条经线 C.密集分布于南北极圈之间 D.集中分布于南北两个区间

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第(4)题,根据题意,可以把本题图中的a经 线表示在图示中,L1、L2表示一年中同一时刻的 晨线或昏线,阴影区域为晨线或昏线在一年内的 变化范围,则b所在经线为6时或10时。一年之中, 晨昏线在L1和L2之间变化,则Q点在a经线上集 中分布在甲点以北和乙点以南地区(两极点除外)。 a经线越接近b经线,则甲、乙两点越接近赤道(但 不可能在赤道上),Q点分布范围越大;a经线越 远离b经线,则甲、乙两点越接近极圈,Q点分布 范围越小,但并不是均匀分布于整条经线,故B 错,据上述分析,A、C显然错误,选D。
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