知识点
- 1. 正午太阳高度角
正午太阳高度角，指的是当地时间12:00时，太阳光线与地平面的夹角（下图中的α）。太阳高度角的大小，与太阳直射点的位置、观察者的纬度有关，计算公式如下：
α = 90° - | β - γ |
其中α为正午太阳高度角，β为观察者所处的纬度，γ为太阳直射点的纬度。观察者距离太阳直射点越近，正午太阳高度角越大。在计算时，β-γ表示的是两地的纬度差。当β与γ不处于同一个半球时，计算时应当转换为加法，例如：40°N-23°26′S=63°26′。
图1 正午太阳高度角
- 2. 太阳能板的最佳角度
当太阳光线垂直于太阳能板时，光能的利用率最高。此时太阳高度角α与太阳能板的角度β“互余”，即：α+β=90°。
图2 太阳能板的最佳角度
例题
图3 例题
答案：C、D
精讲精析：（1）判断图中的南北方向。①该地区的纬度为40°N，而太阳直射点的纬度为23°26′N~23°26′S，即太阳直射点一直位于该地区的南边；②屋顶的太阳能应该迎着太阳的方向，因此太阳能的朝向，即为南方，即图中的右侧为南方，左侧为北方。
（2）分析树种的选择。①落叶阔叶林夏季枝叶丰富，冬季只剩枝干；常绿阔叶林一年四季枝叶丰富；②夏季时天气炎热，太阳位于南面，因此夏季时房屋南面的树木应该枝叶丰富，遮挡阳光，因此这两种树木都满足条件；③冬季时天气寒冷，因此房屋南面的树木应该稀疏一些，透过更多的阳光，因此南侧应该为落叶阔叶林；冬季时我国盛行西北风，此时北方应该种植枝叶茂盛、能够挡风的树木，因此为常绿阔叶林。综合来看，南侧应种植落叶阔叶林，夏季乘凉、冬季透光；北侧应种植常绿阔叶林，冬季挡风。
（3）判断冬季太阳能的角度。①太阳光线垂直于太阳能板时，太阳能的加热效果最好，此时太阳高度角+太阳能板角度=90°；②冬至时，太阳直射南回归线，此时太阳高度角=90°-|40°N-23°26′S|=26°34′，则此时太阳能板的角度=90°-太阳高度角（26°34′）=63°26′；③同理，在秋分时太阳直射赤道，此时太阳高度角为50°，太阳能板的最佳角度为40°。秋分-立冬-冬至，则可以推断立冬时的太阳能板最佳角度介于40°~63°26′之间，估算为52°；④在整个冬季，冬至的太阳高度角最小，太阳能能板的角度最大；立冬时太阳高度角最大，太阳能板的最佳角度最小。因此在整个冬季，太阳能板最合适的角度应该为52°~63°26′，因此选项D正确。
总结
- 太阳直射点的移动
由于地球的自转平面（赤道面）与公转平面（黄道面）存在着夹角：黄赤交角（23°26′），因此在一个回归年中（365日5时48分46秒），太阳直射点在23°26′N~0°~23°26′S之间往复移动，如下图所示：
①夏半年（春分-夏至-秋分），太阳直射点由赤道开始，先向北移动到北回归线，后向南回到赤道。北半球所有地区昼长夜短，北极点附近出现极昼。
②冬半年（秋分-冬至-春分），太阳直射点由赤道开始，先向南移动到南回归线，后向北回到赤道，北半球所有地区昼短夜长，北极点附近出现极夜。
图4 太阳直射点的移动