巧用繪圖法學地理

吳濟廉

晝夜長短和正午太陽高度的時空變化是地球公轉的重要意義，也是高中地理教學的重難點所在。教材中試圖采用讀圖、析圖的方法突破這一難點，效果不理想。筆者在多年的教學中采用繪圖法講解該部分內容，取得了良好的效果。

一、繪圖基礎知識

利用繪圖法講解晝夜長短和正午太陽高度的變化前，教師應講解相關的繪圖知識，包括晨昏線、太陽光線以及正午太陽高度角的繪制。

1.任何時刻晨昏線的繪制

晝半球和夜半球的分界線即晨昏線。若不考慮晨昏蒙影等其他因素，晨昏線應平分地球，同時垂直于太陽光線，因此，在繪制晨昏線時，晨昏線（圈）所在平面應通過地心（如圖一）。

2.直射點太陽光線的繪制

由于太陽距離地球極遠，可視太陽光線為平行光線，同時與晨昏線垂直。直射點位置的太陽光線應通過地心，比如當太陽直射在南回歸線時，太陽光線如圖二所示。

3.任意點太陽高度角的繪制

太陽高度角即太陽對于地平線的傾角，其大小介于0°～90°之間，繪制方法如下：作該點的切線即地平線，在該點作與直射點光線平行的光線，該平行光線與地平線的夾角即為太陽高度角。如當太陽直射10°S時，北回歸線及其以北任一點P的正午太陽高度角的繪制如圖三。

二、晝夜長短和正午太陽高度角的變化

1.晝夜長短的變化

（1）晝夜長短的空間變化

根據繪圖方法，作春分日（北半球，下同）、夏至日、冬至日的太陽光照圖（圖四、圖五、圖六）。

由圖四可知L1=L2，L3=L4，即春分日全球晝夜平分。

由圖五可知L1>L2，L3>L4，即夏至日北半球各地晝長夜短，且易知L1/L2>L3/L4，這說明緯度越高晝夜比值越大，即晝越長，在北極圈及其以北地區出現極晝現象。南半球相反。

由圖六可知L1

最后由教師歸納：當太陽直射赤道時，全球各地晝夜平分；當太陽直射北半球時，北半球各地晝長夜短，北極圈內有極晝現象；當太陽直射南半球時，北半球各地晝短夜長，北極圈內有極夜現象。南半球相反。

（2）晝夜長短的時間變化

以北半球為例，任取一點考查該點在一年中晝夜長短的變化。如圖七，P點在冬至日晝長為L1，春分日時為L2，夏至日時為L3，顯然L1>L2>L3，這說明P點從冬至日到夏至日，北半球各地晝越來越長，夜越來越短。此后由夏至日到冬至日，北半球各地晝越來越短，夜越來越長。南半球相反。

2.正午太陽高度的變化

（1）空間變化

如圖八，設太陽直射在A點（20°N），求P點正午太陽高度角。根據太陽高度角的繪制方法，繪制出P點的太陽高度角為θ2，易知θ1=θ2 。在△POA中，θ2=θ1 =90°-θ3，由此可見，正午太陽高度的空間變化規律是自太陽直射點向南北兩側遞減，即兩分日時，正午太陽高度角自赤道向南北兩側遞減，夏至日時，正午太陽高度自北回歸線向兩側遞減，冬至日時，正午太陽高度自南回歸線向兩側遞減。也就是說，離直射點越近，正午太陽高度角越大。

（2）時間變化

仍以北半球為例，作冬至日、春分日、夏至日太陽直射點的太陽光線L1、L2、L3，則北回歸線以北任意點P的正午太陽高度角依次為：90°-∠POA，90°-∠POB，90°-∠POC。由此可見，由冬至日、春分日到夏至日，P點正午太陽高度角逐漸變大，至夏至日變為最大，南回歸線以南的地點相反。

值得注意的是，在南北回歸線之間的正午太陽高度角的時間變化不同于北回歸線以北和南回歸線以南的變化。如圖十，P為赤道與北回歸線之間的地點，當太陽直射在赤道、P點與赤道之間以及直射P點時，太陽光線依次為L1、L2、L3，顯然，直射點逐漸接近P點，說明P點正午太陽高度角越來越大；當太陽直射在P與北回歸線之間以及北回歸線上時，P點正午太陽光線依次為L4、L5，顯然，直射點逐漸遠離P點，這說明P點正午太陽高度角越來越小。綜上所述：P點在春分日到夏至日期間的正午太陽高度角先增大后縮小。