廣西 侯劉起 李 帥

“高層住宅采光”問(wèn)題是正午太陽(yáng)高度及其變化等地球運(yùn)動(dòng)知識(shí)在生活中的應(yīng)用，是高考考查的重點(diǎn)內(nèi)容。本文從課程標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容、試題等角度分析高層住宅采光的考向，并從中得出教學(xué)啟示。

一、課標(biāo)分析

《高中地理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》要求“結(jié)合實(shí)例，說(shuō)明地球運(yùn)動(dòng)的地理意義”。課標(biāo)中的行為動(dòng)詞是“說(shuō)明”，這個(gè)詞語(yǔ)對(duì)應(yīng)很高的核心素養(yǎng)，要求我們能夠?qū)Φ乩硎孪筮M(jìn)行剖析，對(duì)地理原理、規(guī)律進(jìn)行解釋。在學(xué)習(xí)方式方面，課標(biāo)要求“結(jié)合實(shí)例”“從具體的地理事物和現(xiàn)象出發(fā)，分析現(xiàn)實(shí)問(wèn)題”；在學(xué)習(xí)結(jié)果方面，課標(biāo)要求“形成系統(tǒng)、全面、動(dòng)態(tài)地分析地理問(wèn)題的方法”。

二、內(nèi)容分析

“高層住宅采光”是生活實(shí)例，是正午太陽(yáng)高度及其變化等地球運(yùn)動(dòng)知識(shí)在生活中的應(yīng)用?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“冬至日日照時(shí)間不少于1小時(shí)”。因此，借助高層住宅采光這一實(shí)例可以“從具體的地理事物和現(xiàn)象出發(fā)，分析現(xiàn)實(shí)問(wèn)題”，進(jìn)而達(dá)到“結(jié)合實(shí)例，說(shuō)明地球運(yùn)動(dòng)的地理意義”的目的。

住宅的光照主要來(lái)自太陽(yáng)輻射，因此，高層住宅采光主要考查太陽(yáng)直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)、正午太陽(yáng)高度及其變化、正午太陽(yáng)高度與影長(zhǎng)的關(guān)系、影長(zhǎng)與樓房遮擋的關(guān)系等知識(shí)。

三、典例展示

(一)正午太陽(yáng)高度與影長(zhǎng)

【例1】下圖示意我國(guó)某地的一幢樓，冬至日正午該樓的影長(zhǎng)與樓高相等，該地的緯度是

( )

A.23°26′N(xiāo) B.21°34′N(xiāo)

C.25°26′N(xiāo) D.23°34′N(xiāo)

【解析】該題以我國(guó)某地一幢樓影長(zhǎng)與樓高的關(guān)系為背景，考查正午太陽(yáng)高度與影長(zhǎng)的關(guān)系、正午太陽(yáng)高度角的計(jì)算等知識(shí)。因?yàn)檎缭摌堑挠伴L(zhǎng)與樓高相等，所以此地冬至日的正午太陽(yáng)高度為45°。冬至日時(shí)太陽(yáng)直射23°26′S，根據(jù)正午太陽(yáng)高度角的計(jì)算公式H=90°-|Φ-δ|(Φ為當(dāng)?shù)鼐暥?；δ為太?yáng)直射點(diǎn)的緯度)可知，H=90°-|Φ-(-23°26′)|。經(jīng)計(jì)算可知當(dāng)?shù)鼐暥圈禐?1°34′N(xiāo)，B選項(xiàng)正確。

(二)影長(zhǎng)與樓房遮擋

【例2】11月22日，某地理研究性學(xué)習(xí)小組在觀測(cè)房屋采光狀況時(shí)，發(fā)現(xiàn)甲樓陰影恰好遮住乙樓三層中部(如下圖所示)，在甲樓頂層GPS測(cè)得緯度為31.836 6°N、經(jīng)度為117.217 9°E、高程為96 m。

隔25小時(shí)再次觀測(cè)時(shí)，甲樓的陰影可遮擋乙樓

( )

A.二層西部 B.四層?xùn)|部

C.五層西部 D.七層?xùn)|部

【解析】該題以某地理研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)房屋采光狀況的觀測(cè)為背景，考查太陽(yáng)直射點(diǎn)的移動(dòng)與正午太陽(yáng)高度的變化、正午太陽(yáng)高度與影長(zhǎng)的關(guān)系、影長(zhǎng)與樓房遮擋的關(guān)系、光照方向與物影方向的關(guān)系等知識(shí)。該地的緯度為31.836 6°N，位于北回歸線以北地區(qū)，11月22日太陽(yáng)直射點(diǎn)位于南半球且向南移動(dòng)，因此，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)該地的正午太陽(yáng)高度逐漸變小，影長(zhǎng)逐漸變長(zhǎng)。從材料及圖中可知，此時(shí)為正午且陰影正好到三樓頂部，隔25小時(shí)再次觀測(cè)時(shí)，該地影長(zhǎng)變長(zhǎng)且處于下午。影長(zhǎng)越長(zhǎng)，可以遮擋的樓層越高，因此甲樓的陰影可遮擋到乙樓的四層。下午太陽(yáng)光來(lái)自西邊，物影位于東邊，因此，隔25小時(shí)再次觀測(cè)時(shí)，甲樓的陰影可遮擋乙樓的四層?xùn)|部，B選項(xiàng)正確。

【例3】近年來(lái)，我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，越來(lái)越多的居民喬遷新居，居住條件和環(huán)境顯著改善。請(qǐng)讀下圖，運(yùn)用以下公式及相關(guān)知識(shí)回答問(wèn)題。

①H=90°-|Φ-δ|公式中H為正午太陽(yáng)高度；Φ為當(dāng)?shù)鼐暥?，取正值；δ為太?yáng)直射點(diǎn)的緯度，當(dāng)?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取?fù)值。

②tan35°≈0.7 tan45°=1 tan60°≈1.732

房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商在某城市(30°N)建造了兩幢商品住宅樓(上圖)，某戶居民買(mǎi)到了北樓一層的一套房子，于春節(jié)前住進(jìn)去后發(fā)現(xiàn)正午前后太陽(yáng)光線被南樓擋住。請(qǐng)問(wèn)，該房子一年中正午太陽(yáng)光線被南樓擋住的時(shí)間大約是

( )

A.1個(gè)月 B.3個(gè)月 C.6個(gè)月 D.9個(gè)月

【解析】該題以某城市的兩幢商品住宅樓為背景，考查太陽(yáng)直射點(diǎn)的移動(dòng)、正午太陽(yáng)高度角的計(jì)算等知識(shí)。從圖中可知，南樓與樓間距的比值為69 m/40 m=1.725，即南樓與樓間距比值所成角的正切值為1.725。因?yàn)閠an60°≈1.732，所以南樓與樓間距比值所成的角約等于60°。根據(jù)正午太陽(yáng)高度與影長(zhǎng)的關(guān)系可知，正午太陽(yáng)高度角越小，影長(zhǎng)越長(zhǎng)。根據(jù)影長(zhǎng)與樓房遮擋的關(guān)系可知，影長(zhǎng)越長(zhǎng)，樓房越容易被遮擋。因此，當(dāng)正午太陽(yáng)高度角H≤60°時(shí)，南樓就會(huì)遮擋北樓。該城市的緯度為30°N，所以春秋分的正午太陽(yáng)高度H=90°-|30°-0°|=60°。根據(jù)正午太陽(yáng)高度的季節(jié)變化規(guī)律可知，該城市的正午太陽(yáng)高度角夏半年大于60°，冬半年小于60°。因此，該房子一年中正午太陽(yáng)光線被南樓擋住的時(shí)間大約是6個(gè)月，C選項(xiàng)正確。

(三)樓房遮擋與對(duì)策

【例4】閱讀材料，完成下列各題。

材料一下圖為南京市(約32°N)某兩棟居民樓示意圖。

材料二據(jù)報(bào)道：南京高樓“紫峰大廈”建成后，居住在北樓南側(cè)的陳先生發(fā)現(xiàn)居室日照時(shí)間變短，不足1小時(shí)。依據(jù)我國(guó)相關(guān)法規(guī)的規(guī)定，一年中，住宅建筑白晝最短日的日照時(shí)間應(yīng)滿足大于或等于1小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。

為使已建北樓住宅的日照達(dá)到法規(guī)要求，假設(shè)在北樓南方重新規(guī)劃建設(shè)紫峰大廈，請(qǐng)你簡(jiǎn)單說(shuō)出兩種合理的設(shè)計(jì)方案。

【解析】該題以南京高樓“紫峰大廈”的建設(shè)為背景，考查樓房遮擋與對(duì)策等知識(shí)。根據(jù)樓房遮擋與影長(zhǎng)的關(guān)系可知，當(dāng)影長(zhǎng)小于樓間距時(shí)，則樓房不會(huì)被遮擋，而影長(zhǎng)又和正午太陽(yáng)高度角、南樓(紫峰大廈)的高度有關(guān)系。因此，可以從南北樓的間距、南樓的高度等方面提出合理的設(shè)計(jì)方案。

【答案】保持紫峰大廈的高度，加大兩樓的間距以達(dá)到要求；保持兩樓間距，降低紫峰大廈的設(shè)計(jì)高度以達(dá)到要求。

四、教學(xué)啟示

結(jié)合對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容、試題等的分析，提出“高層住宅采光”的考向，并從中得到以下教學(xué)啟示。

(一)在復(fù)習(xí)舊知中構(gòu)建知識(shí)體系

在解答“高層住宅采光”相關(guān)試題時(shí)，需要學(xué)生在復(fù)習(xí)舊知識(shí)中構(gòu)建知識(shí)體系，特別是要牢牢掌握正午太陽(yáng)高度的計(jì)算、太陽(yáng)直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)、正午太陽(yáng)高度的變化、正切函數(shù)的概念及性質(zhì)等知識(shí)。比如，例1需要利用正切函數(shù)的概念、正午太陽(yáng)高度的計(jì)算等知識(shí)；例2需要利用太陽(yáng)直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)、正午太陽(yáng)高度變化等知識(shí)。

(二)在理清關(guān)系中明確分析思路

“高層住宅采光”相關(guān)試題中的地理要素比較復(fù)雜，因此，在解答“高層住宅采光”相關(guān)試題時(shí)，需要學(xué)生理清各種關(guān)系。比如例1需要學(xué)生理清影長(zhǎng)與樓高的關(guān)系；例2需要學(xué)生理清太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)與影長(zhǎng)的變化關(guān)系、影長(zhǎng)與樓房遮擋的關(guān)系、光照方向與物影方向的關(guān)系。

(三)在梳理方法中突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)

“高層住宅采光”對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算方法的要求較高。比如正午太陽(yáng)高度角的計(jì)算中隱含了絕對(duì)值函數(shù)的思想；樓高與樓間距的比值蘊(yùn)含了正切函數(shù)的概念及其性質(zhì)。因此，在解答相關(guān)試題時(shí)，需要學(xué)生梳理相應(yīng)的計(jì)算方法。比如例1和例3需要學(xué)生梳理正午太陽(yáng)高度的計(jì)算公式；例1需要學(xué)生梳理正切函數(shù)的概念；例3需要學(xué)生梳理正切函數(shù)的性質(zhì)。

(四)在關(guān)注生活中提升應(yīng)用能力