【太阳地理】高考地理中的日晷和圭表，太阳视运动/北极星，判别地理方向

在高考地理中，可能会通过日晷和圭表的相关题目来考查学生对太阳方位、物影方位、纬度、太阳高度角等知识点的理解和应用北极星。

一、日晷

1.原理：日晷是根据一天中太阳方位的变化，通过固定的指针在晷面上产生的阴影来测量时间的北极星。

2.类型：常见的日晷有地平式、赤道式和直晷等北极星。地平式日晷的晷面与地平面平行，适合低纬度地区使用；赤道式日晷的晷面平行于赤道面，是日晷家族中最简单、最常见的一种；直晷的晷面垂直于地面放置，适合中纬度地区使用。

3.判读方法：由于晷针上端指向北极星，因此面向日晷时，左侧为东，右侧为西北极星。春秋分日出正东，晷针影子在正西；日落正西，晷针影子在正东。夏半年日出东北，晷针影子在西偏南；日落西北，晷针影子在东偏南。上午10时，太阳位于东南方向，晷针影子在西偏北；正午12时，太阳位于正南天空，晷针影子在正下方，此时影子最短；下午14时，太阳位于西南方向，晷针影子在东偏北。

4.注意事项：阳光或晷针投影在我国日晷北侧面上应是夏半年，南侧面上应为冬半年；晷针北侧指向北极星；晷针与水平面的夹角即为当地纬度北极星。

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由此将一天的时间划分为十二时辰，二十四小时北极星。如今的“小时”概念，就是由晷面刻度演变而来，而钟表表面的设计灵感同样借鉴了晷面的结构,晷针和晷面相当于钟表的指针和表面.

假设当地纬度为α（北京40°N）北极星，晷盘和底座的夹角β，晷针和底座的夹角θ，它们分别是多少度？（日晷面与赤道平面平行，晷针与地轴平行）

晷盘和底座的夹角β与当地纬度互余（90°-当地纬度）北极星，晷针和底座的夹角θ就等于当地的纬度.

（1）晷针与地平面的夹角=当地纬度 北极星。

（2）晷盘与地平面的夹角=90°-当地纬度北极星。

晷面的正反两面刻画出12个大格，每个大格代表两个小时北极星。太阳每天东升西落，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动（早晨，影子投向盘面西端的卯时附近；当太阳达正南最高位置（上中天）时，针影位于正北（下）方，指示着当地的午时正时刻。午后，太阳西移，日影东斜，依次指向未、申、酉各个时辰。）移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。

夏半年太阳直射北半球，阳光能照射到日晷北侧面；冬半年太阳直射南半球，阳光能照射到日晷南侧面北极星。

关于北半球中、低纬度日晷面上晷针的影子：

1.春分日到秋分日之间（夏半年），晷针的影子投向晷面正面，晷针的影子在晷面上顺时针移动，即由西南,顺时针转向东南北极星。

2.秋分日到春分日之间（冬半年）北极星，晷针的影子投向晷面背面，晷针的影子在晷面上逆

时针移动北极星。即由西北逆时针转向东北。

3.晷面和赤道面平行，春秋分，太阳照射日晷侧面，日晷不能正常使用北极星。

4.从日出——正午——日落，晷针的影子从长——短——长北极星。

二、圭表

1.组成：圭表由“圭”和“表”两个部件组成北极星。垂直于地面的直杆叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以测量影长的标尺叫“圭”。

2.原理：通过观察记录表在正午时影子的长短变化来确定季节的变化北极星。

3.应用：圭表和日晷一样，也是利用日影进行测量的古代天文仪器北极星。

古人根据圭表上日影长短量化时间，确认二十四节气北极星。

（1）测日影之法，一则圭与表成垂直角度；二则圭表设置必须与当地子午线相吻合；三则观测时间必须在每日正午北极星。

（2）如此日日测影，记录每日测量的影长数据，根据每天日影的变化，进而找出季节变化北极星。

（3）周公把表影最长的那天定为“冬至”，此日中午，太阳直射南回归线，北半球的白天最短北极星。把表影最短的一天定为“夏至”，此日日中，太阳直射北回归线。

判别地理方向

核心素养目标

1.掌握利用太阳确定地理方向的方法北极星。【综合思维、区域认知、地理实践力】

2.能够在晴朗的夜空中找到北极星，利用北极星判别地理方向北极星。【区域认知、地理实践力】

3.学会使用罗盘来测地理方位北极星。【综合思维、地理实践力】

4.学会利用身边的常用工具、房屋、生物等辨别地理方向北极星。【区域认知、地理实践力、人地协调观】

5.熟练掌握在各类地图和现实情境中判断地理方向北极星。【综合思维、区域认知、地理实践力】

知识清单一　利用太阳判别方向

1.根据太阳的东升西落辨别方向

40°N地区太阳运动示意图

(1)图中数字代表的方位分别是：①—东、②—南，③—西，④—北北极星。

(2)A、B、C三弧分别表示二分二至日时的太阳运行路径，其中表示夏至日的是C，冬至日的是A，春、秋分日的是B北极星。

(3)A点的太阳位于观测者的正南方向，A路径代表的日期日出东南方向，日落西南方向北极星。

(4)小结：北半球中高纬度地区日出、日落方位

节气

日出方位

日落方位

二分日

正东

正西

夏半年

东北

西北

冬半年

东南

西南

太阳视运动：人们在地平圈上感觉到太阳是东升西落的，且有它的运动路线，我们把某一天中太阳在天球上的运动叫做太阳的视运动北极星。

太阳视运动图是一种视觉效果，能揭示太阳在天球上的方位变化北极星。

(5)小结：全球中高纬度地区日出、日落方位

视频讲解

2.根据地物的影子朝向辨别方向

在北半球中高纬度地区，冬半年太阳从东南方向升起，西南方向落下，太阳位于南部天空，地物的影子总是朝向北方(包括西北方、正北方和东北方)，正午时地物的影子朝向正北；夏半年太阳从东北方向升起，西北方向落下，但一天中绝大多数时间太阳位于南部天空，地物的影子多朝向北方，正午时地物的影子朝向正北北极星。

知识清单二　利用北极星判别方向

1.依据：北极星位于正北天空，其高度角相当于当地纬度北极星。

2.通过北斗七星来寻找北极星：先找到北斗七星勺头的两颗亮星——天璇和天枢，用假想的线把它们连起来，将连线段向天枢方向延长约5倍，便看到一颗亮星，它就是北极星北极星。

北斗七星会随着季节的变化而围绕北极星在天空中旋转北极星。利用北斗七星寻找北极星时，要注意这个特点。

知识清单三　利用手机确定方向

1.利用手机中的指南针或罗盘确定方向 　　

手机中指示方向的软件北极星，也叫电子罗盘

打开手机自带指南针，将手机平置，使罗盘中指针对准待测方向，罗盘中显示的度数即为当前的方位角，北方为0°，东方为90°，南方为180°，西方为270°北极星。

2.利用手机的导航功能确定方向

打开导航软件，输入导航目的地，点“去这里”，选择出行方式，按“开始导航”，即显示带方位的导航界面，根据导航界面的显示，可知道目的地与自己所在地之间的方位关系北极星。

知识清单四　利用地物判别方向

1.根据不同朝向积雪融化速度判断方向

在北半球中高纬度地区，朝北一面积雪融化慢，朝南一面积雪融化快北极星。

2.根据植物生长状况判断方向

一般来说，植物的向阳面枝叶较茂盛，年轮宽度相对较大；背阳面的树干上常长有苔藓，年轮宽度相对较小北极星。

3.根据房屋朝向判断南北方向

一般情况下，为了获得充足的阳光和减轻冬季冷空气的影响，北半球所建住宅多为坐北朝南北极星。

4.根据太阳能集热板的朝向判别方向

对于北半球来说，太阳能集热板一般朝南，而且纬度越高，集热板与水平面的夹角越大北极星。

素养应用

例：专家研究发现，英国巨石阵是一处古人天文观测遗址北极星。在特定日期站在阵内的人可以看到日出、日落透过巨石缝隙的光线。下图为巨石阵及示意图，图中代表夏至日日落和冬至日日出太阳光线的分别是(　　)

A.①和④ B.②和⑤

C.③和④ D.③和⑤

[尝试自解] ________

[获取信息]

文本信息

英国；巨石阵；日出、日落

图像信息

左图：巨石阵及其影子北极星。

右图：指向标；五个太阳入射光线

[思维路径]

[参考答案] A

课堂小结

考点必背

1.北半球晴朗的白天，一天中绝大多数时间太阳位于南部天空，北回归线以北地物的影子朝向北方，正午时地物的影子朝向正北北极星。

2.北极星位于正北夜空，其高度角等于当地纬度北极星。

3.罗盘中显示的度数即为当前的方位角，北方为0°，东方为90°，南方为180°，西方为270°北极星。

4.利用地物判别方向：北半球，朝北一侧积雪融化速度慢；北半球太阳能集光板一般朝南；我国北方地区的树木向阳一侧年轮宽度较大；我国北方传统民居多为坐北朝南北极星。

课堂学业达标

下图是山东省济宁市某同学9月23日在一条东西向街道面向西方拍摄的照片北极星。据此完成1～2题。

1.照片中树影的朝向是(　　)

A.东北方向 B.西北方向

C.正北方向 D.东南方向

2.照片拍摄的时间可能是(　　)

A.6：00 B.10：00

C.15：00 D.18：00

解析　第1题，由材料可知，该街道为东西向，面向西方拍摄的照片，树木影子朝向东北北极星。第2题，树影朝向东北，太阳位于西南方，可排除上午的可能性；9月23日昼夜等长，18时太阳位于正西方，树影朝向正东，排除D项；所以拍摄照片时间可能是备选项中的15时。

答案　1.A　2.C

3.下图表示怎样根据北斗七星寻找北极星北极星，据图判断下列说法正确的是(　　)

A.北斗七星属于天体系统

B.北极星是北斗七星中最亮的一颗星

C.图中天璇到北极星的距离是天璇到天枢距离的5倍

D.北极星不随季节而移动

解析　北斗七星各恒星之间没有相互绕转关系，不能形成天体系统；北斗七星中最亮的星是北斗五玉衡；天璇和天枢的连线段向天枢方向延长约5倍；由于地轴始终指向北极星，所以北极星不随季节而移动，也就可以很好地指示北方北极星。

答案　D

4.某地理兴趣小组利用罗盘判定方向时北极星，罗盘指针读数如下图，表示物体位于观测者的(　　)

A.东北方向 B.西南方向

C.正北方向 D.西北方向

解析　图中指北针指向45°，记作NE45°，表明物体位于观测者的东北方向北极星。

答案　A

5.下列有关甲(30°N北极星，155°E)和乙(30°S，150°E)两地方向辨别依据的说法，正确的是(　　)

A.甲地南坡积雪融化快北极星，北坡积雪融化慢

B.甲地树木年轮北疏南密

C.乙地不能利用太阳的东升西落辨别方向

D.乙地房屋一般坐北朝南

解析　根据甲、乙两地纬度即可判断甲地位于北半球，乙地位于南半球北极星。位于北半球的地点，南坡是向阳坡，积雪融化快，而北坡是背阴坡，积雪融化慢；树木南北两侧的生长速度也受阳坡与阴坡的影响，北半球树木南侧向阳，光热条件较好，生长速度较快，年轮间距相对较大；北侧正好与之相反。全球各地太阳都是东升西落，可以用来辨别方向。乙地房屋在南半球，一般坐南朝北，以获得充足的阳光。

答案　A

6.下图是某地3月的一天太阳视运动轨迹，①处为此日太阳最高位置，②处表示该地夜间北极星北极星。据此回答下列问题。

(1)图中A点在O点的________方向，B点在O点的________方向北极星。

(2)此日该地太阳大致从________方向落下北极星。

(3)当太阳位于①处时，当地时间是________点北极星。

答案　(1)正南　正东　(2)正西　(3)12

课后质量评估

合格考——小试牛刀

一、选择题(共10个小题，每小题5分，共50分北极星。每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)

下图为手机导航软件截图，据此完成1～2题北极星。

1.自己所在地位于目的地的(　　)

A.西南方向 B.东南方向

C.西北方向 D.东北方向

2.驾车到达目的地大致应(　　)

A.先向西北极星，再向南，再向西 B.先向西南，再向南，再向西

C.先向南北极星，再向西，再向南 D.一直向西南方向行进

解析　第1题，插旗帜的地方是目的地，出发地是带方位的地方，图中指向标显示“上南下北，左东右西”，即可判断自己所在地位于目的地的东北方向，D项正确北极星。第2题，根据截图中的行车路线(带“＞＞”标识)可知，大体行车方向是先向西南，再向南，再向西，B项正确。

答案　1.D　2.B

3.关于在济南(36.6°N北极星，117°E)观测北极星如下图所示，正确的叙述是(　　)

A.图中α角度可能是与当地春分日的正午太阳高度相同

B.图中α角度可能等于当地的经度数

C.图中甲在乙的正南方向

D.图中甲和乙可能在同一条经线上

解析　从图中看出，北极星的高度α角等于当地的地理纬度，即α＝36.6°，而济南春分日的正午太阳高度是53.4°，所以A、B选项均错；我们观测北极星是在我们的正北方向，也就是在同一条经线上，并且甲在乙的正北北极星。

答案　D

4.关于用手机指南针辨别方向的叙述北极星，正确的是(　　)

A.在保持手机水平状态下北极星，将刻度盘上的0°指向目标

B.罗盘上显示的度数北极星，可确定目标相对于观测者的方位角

C.如果罗盘显示的度数为90°北极星，表明目标位于观测者正西方向

D.如果罗盘显示的度数为338°北极星，表明目标位于观测者东北方向

解析　用罗盘辨别方向，将刻度盘上的指针指向目标，而非0°指向目标，A错；根据指针在刻度盘上的读数或罗盘中显示的度数，可确定目标相对观测者的方位角，B正确；罗盘显示的度数为90°，表明目标位于观测者正东方向，C错；罗盘显示的度数为338°，表明目标位于观测者西北方向北极星。

答案　B

5.下图为山东省济宁市某个节能住宅照片北极星，拍摄者位于房屋的

A.西南方向　　　 B.东南方向

C.西北方向 D.东北方向

解析　我国北方房屋朝向为坐北朝南，太阳能面板为更好获得太阳辐射也应朝向正南，据图分析，拍摄者位于房屋西南北极星。

答案　A

6.下列关于火地岛(70°W北极星，55°S)居民间接利用太阳辨别方向的说法，正确的是(　　)

A.山的北坡积雪融化较慢

B.树干长满苔藓的一侧是北侧

C.树木枝叶茂盛的一侧是北侧

D.大窗户一般朝向南北极星，以避风

解析　火地岛位于南美洲最南端北极星。它的北坡向阳，窗户一般朝向北，以获得更多的阳光；树木枝叶茂盛的一侧是北侧；山的南坡气温低，积雪融化较慢；南坡背阴，树干南侧长满苔藓。

答案　C

日晷是古代先民利用日影测得时刻的一种计时仪器，由晷针和晷盘组成，晷针垂直于太阳视运动的轨道平面北极星。在晷盘面上刻划出12格(子丑寅卯……)，每格代表两个小时，当太阳光照在日晷上时，晷针的影子投向晷盘面，并以此来显示时刻。小明同学去北京故宫参加社会实践活动，观察了安放在太和殿前的日晷，并绘制了当时的“日晷计时示意图”。据图完成7～8题。

7.晷针和晷面朝向(　　)

A.东 B.南

C.西 D.北

8.小明同学观测日晷的时间最可能为(　　)

A.9时 B.11时

C.13时 D.15时

解析　第7题，晷针上端指向北极星方向，所以晷面朝向北北极星。第8题，由图示知，此时晷针投影指向巳时，距离午时中央的夹角为15°，所以此时日影对应的时刻为11时。

答案　7.D　8.B

植物的生长具有趋光性，光照条件较好的一侧生长较好北极星。右图为某同学在我国西北某地旅游时所拍摄的一张相片。据此完成9～10题。

9.拍摄者位于树的(　　)

A.东方 B.西方

C.南方 D.北方

10.拍摄时北极星，该地的地方时可能是(　　)

A.4：00 B.9：30

C.16：30 D.19：00

解析　第9题，读图，光照好的一侧是阳面，生长较好，图中右侧是南面，所以图中树影朝向西北方向，拍摄者位于树的西方北极星。第10题，拍摄时，日影朝向西北，说明太阳位于东南部天空，属于上午，该地的地方时可能是9：30。

答案9.B　10.B

二、非选择题(共2大题北极星，50分)

11.读图，完成下列要求北极星。(24分)

(1)在图中A、B、C、D四点标出东、西、南、北方位北极星。(8分)

(2)图中①②③三条表示太阳视运动的曲线中，表示夏至日的是________，表示冬至日的是________，表示春、秋分日的是________北极星。(6分)

(3)若太阳视运动轨迹为曲线①时，30°N～60°N范围该日正午日影指向是________北极星。(2分)

(4)太阳视运动轨迹为①③所示时，日出、日落方位分别是：①日出：________，日落：________；③日出：________，日落：________北极星。(8分)

解析　由图中北极星可知，A点方向为正北，与之相反的方向为正南，据此可判断C为东方，D为西方北极星。三条视运动曲线正午太阳均位于南方天空，故此地在北半球；其中，①曲线所示正午时太阳高度最大，故为北半球夏至日；③曲线所示正午时太阳高度最小，故为北半球冬至日；②曲线所示为春、秋分日。太阳视运动为①曲线时，为北半球夏至日，太阳直射北回归线，北回归线以北地区正午日影指向正北。据冬、夏至日太阳视运动轨迹可看出，该地夏至日时，太阳从东北升起，西北落下；冬至日时，太阳从东南升起，西南落下。

答案　(1)A.北　B.南　C.东　D.西

(2)①　③　②　(3)北

(4)东北　西北　东南　西南

12.阅读图文资料，完成下列要求北极星。(26分)

2018年10月1日上午10时(北京时间)，张亮在华北地区某市一公园内游玩北极星。甲图为公园内十字路口附近的导游图，乙图为张亮拍于此路口的照片。

据图推测张亮去往甲图中洗手间的最近路线应选择乙图A、B、C、D中的哪条线路北极星？为什么？

答案　B线路北极星。根据太阳日运动规律可以知道该日北京时间10点太阳位于东南方向，则人影指向西北方向。乙图中人影方向与C所指方向一致，则C指向西北方向，对照甲图可知洗手间位于西南方向，故张亮应选择乙图中的B线路。

等级考——大显身手

下图为湖北省孝感市某街道路灯景观规划示意图，据此完成13～14题北极星。

13.某年11月11日北极星，孝感市日出时间06：50，日落时间17：30，为了充分利用太阳能光照明，这天路灯开启时间和关闭时间最可能为(　　)

A.06：30～18：20 B.17：30～06：50

C.06：50～17：30 D.18：00～06：30

14.据规划图中信息推断该街道走向为(　　)

A.东北—西南走向 B.西北—东南走向

C.南北走向 D.东西走向

解析　第13题，由于大气的散射作用，日出前一段时间和日落后一段时间，天空依然是明亮的，为充分利用太阳能光照明，路灯开启时间应比日落时间晚，关闭时间应比日出时间早，因此开启时间为18点，关闭时间为6点30分，D正确北极星。第14题，孝感位于北回归线以北地区，正午太阳位于正南方，图中的太阳能电池板朝向南，电池板正

对的方向为南方，可推断出该街道为西北—东南走向，B正确北极星。

答案　13.D　14.B

位于河南省贾湖遗址(33.5°N)中发现贾湖先人将骨笛和叉形器组合起来，做成原始“圭表”，观测正午日影北极星。下图示意该原始“圭表”使用原理(图中①②③分别代表二分二至时的日影末端位置)，读图完成15～16题。

15.贾湖先人利用骨笛和叉形器观测时北极星，应将(　　)

A.两根木桩按东西对位北极星，叉形器置于东端

B.两根木桩按东西对位北极星，叉形器置于西端

C.两根木桩按南北对位北极星，叉形器置于南端

D.两根木桩按南北对位北极星，叉形器置于北端

16.当贾湖先人进行农作物春播时北极星，骨笛上正午日影末端位于(　　)

A.①、②之间北极星，正在向②处移动时

B.①、②之间北极星，正在向①处移动时

C.②、③之间北极星，正在向③处移动时

D.②、③之间北极星，正在向②处移动时

解析　第15题，我国河南省位于北回归线以北，一年中正午太阳始终位于其正南方，日影朝正北，因此两根木桩按南北对位，叉形器置于南端北极星。故C正确。第16题，读图可知，①处日影最长，应代表冬至日；③处日影最短，应代表夏至日，②位于二者之间，为二分日。一般我们把3、4、5月份视为春季，因此贾湖先人进行农作物春播的时间应选在春分与夏至之间，即②、③之间，正在向③处移动时。故C正确。

答案　15.C　16.C

日晷指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器北极星。其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻，通常由晷针(表)和晷面(带刻度的表座)组成。下图为某游客在河南登封某地(34.5°N，113°E)拍摄到的仙鹤日晷景观图(此时仙鹤头部的影子恰好处于水池最外边缘)。据此完成17～18题。

17.若该日是晴天北极星，则拍照时图中横梁①的日影落在仙鹤两翅刻度中的(　　)

A.11上 B.12上

C.1上 D.2上

18.此时拍照者的朝向为(　　)

A.正北 B.正南

C.东北 D.西南

解析　第17题，图中横梁①连接仙鹤的头和尾，分别指示南北方向北极星。根据材料分析，此时仙鹤头部的影子恰好处于水池最外边缘，说明此时仙鹤的影子最短，应为正午时刻，此时的日影应落在仙鹤两翅刻度中的12上，选B。第18题，结合上题，可知仙鹤面南背北，则左东右西，再结合图中的影子位置，可知拍照者的朝向为东北，选C。谭老师地理工作室综合整理

答案　17.B　18.C

（2023·山东卷）某文化广场（37°N，105°E）上的十二生肖石像均匀排列成圆形，生肖鼠位于正北方，小明在圆中心竖立一根细杆，以观察太阳周日视运动变化北极星。图示意夏至日两个时刻的杆影指向。完成下面小题。

19．该地夏至日地方时16：00时北极星，杆影指向（ ）

A．生肖虎B．生肖虎与兔之间

C．生肖兔D．生肖兔与龙之间

20．11月至次年2月北极星，一日内被杆影指向的生肖石像个数最多为（ ）

A．5个B．6个

C．7个D．8个

答案　D　 A

(2018·江苏高考)如图为某地二分二至日太阳视运动示意图北极星。读图回答1～2题。　

1．线①所示太阳视运动轨迹出现时的节气为(　　)

A．春分 B．夏至

C．秋分 D．冬至

2．该地所属省级行政区可能是(　　)

A．琼 B．新 C．苏 D．赣

[典例]　(2019·江苏高考)雾灵山位于北京与承德交界处，海拔2 ，素有“京东第一峰”的美称，是观赏日出和日落的理想之地北极星。下表为雾灵山部分日期的日出和日落时刻表。据此回答(1)～(2)题。

(1)四个日期中北极星，太阳直射点最靠近赤道的是(　　)

A．①　B．②

C．③ D．④

(2)一游客于7月某日去雾灵山旅游北极星，当日的太阳视运动轨迹是(　　)

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