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典例3 许多人看过夕阳西下的情景，你可曾留意太阳西落的方位？如图所示为浙江省在夏至、春分、秋分和冬至四个节气中，太阳在天空中运行的轨迹图。比较浙江省冬天和夏天的落日方位，若只考虑哪一个较为偏南或偏北，则下列叙述中正确的是（）
A.两者落日方位相同
B.夏天的落日方位比冬天偏南
C.冬天的落日方位比夏天偏南
D.因每天落日的方位各不相同，因此无法比较
A.两者落日方位相同
B.夏天的落日方位比冬天偏南
C.冬天的落日方位比夏天偏南
D.因每天落日的方位各不相同，因此无法比较
答案
C
解析
【分析】要解决该问题，需观察图中不同节气的太阳落地方位：图中标注了夏至（夏季）、冬至（冬季）等节气的太阳运行轨迹，其中冬至的日落方位偏南，夏至的日落方位偏北，对比两者方位即可判断选项。
【解析】浙江省位于北半球，冬季对应冬至节气，夏季对应夏至节气。从图中太阳轨迹可知，冬至（冬季）的太阳落地方位偏南，夏至（夏季）的太阳落地方位偏北，因此冬天的落日方位比夏天偏南。
【答案】C
【知识点】地球公转；太阳视运动
【点评】本题结合太阳视运动轨迹图考查不同节气的太阳落地方位，解题关键是从图中提取冬至和夏至的落地方位信息，属于基础读图题，难度适中。
【难度系数】0.5
【解析】浙江省位于北半球，冬季对应冬至节气，夏季对应夏至节气。从图中太阳轨迹可知，冬至（冬季）的太阳落地方位偏南，夏至（夏季）的太阳落地方位偏北，因此冬天的落日方位比夏天偏南。
【答案】C
【知识点】地球公转；太阳视运动
【点评】本题结合太阳视运动轨迹图考查不同节气的太阳落地方位，解题关键是从图中提取冬至和夏至的落地方位信息，属于基础读图题，难度适中。
【难度系数】0.5
变式3 悉尼的纬度约为$34°\mathrm{S}$。当杭州分别处于春分、夏至和冬至这三天时，悉尼的正午太阳高度变化示意图如图所示。下列排序与图中相符的是（）
A.①夏至日、②春分日、③冬至日
B.①春分日、②冬至日、③夏至日
C.①冬至日、②春分日、③夏至日
D.①冬至日、②夏至日、③春分日
A.①夏至日、②春分日、③冬至日
B.①春分日、②冬至日、③夏至日
C.①冬至日、②春分日、③夏至日
D.①冬至日、②夏至日、③春分日
答案
C
解析
【分析】
要解决本题，需利用正午太阳高度的计算规律：某地正午太阳高度$ H=90°-|当地纬度与太阳直射点纬度的差值| $，差值越小，正午太阳高度越大。首先明确春分、夏至、冬至的太阳直射点纬度，再结合悉尼的纬度计算对应正午太阳高度，最后根据图中光线倾斜程度（光线越陡，正午太阳高度越大）匹配日期。
【解析】
1. 确定三个日期的太阳直射点纬度：春分日太阳直射赤道（$0°$），夏至日直射北回归线（$23.5°N$），冬至日直射南回归线（$23.5°S$）。
2. 计算悉尼（$34°S$）的正午太阳高度：
夏至日：纬度差为$34°S +23.5°N=57.5°$，则$H=90°-57.5°=32.5°$；
春分日：纬度差为$34°S -0°=34°$，则$H=90°-34°=56°$；
冬至日：纬度差为$34°S -23.5°S=10.5°$，则$H=90°-10.5°=79.5°$。
3. 正午太阳高度大小关系：冬至日（$79.5°$）＞春分日（$56°$）＞夏至日（$32.5°$）。图中光线越陡，正午太阳高度越大，因此①对应冬至日，②对应春分日，③对应夏至日，对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
正午太阳高度变化、地球公转的地理意义
【点评】
本题结合悉尼纬度，通过正午太阳高度公式计算不同日期的数值，再结合图示光线特征判断，需掌握太阳直射点移动规律和正午太阳高度计算方法，属于中等难度的地理规律应用题。
【难度系数】
0.5
要解决本题，需利用正午太阳高度的计算规律：某地正午太阳高度$ H=90°-|当地纬度与太阳直射点纬度的差值| $，差值越小，正午太阳高度越大。首先明确春分、夏至、冬至的太阳直射点纬度，再结合悉尼的纬度计算对应正午太阳高度，最后根据图中光线倾斜程度（光线越陡，正午太阳高度越大）匹配日期。
【解析】
1. 确定三个日期的太阳直射点纬度：春分日太阳直射赤道（$0°$），夏至日直射北回归线（$23.5°N$），冬至日直射南回归线（$23.5°S$）。
2. 计算悉尼（$34°S$）的正午太阳高度：
夏至日：纬度差为$34°S +23.5°N=57.5°$，则$H=90°-57.5°=32.5°$；
春分日：纬度差为$34°S -0°=34°$，则$H=90°-34°=56°$；
冬至日：纬度差为$34°S -23.5°S=10.5°$，则$H=90°-10.5°=79.5°$。
3. 正午太阳高度大小关系：冬至日（$79.5°$）＞春分日（$56°$）＞夏至日（$32.5°$）。图中光线越陡，正午太阳高度越大，因此①对应冬至日，②对应春分日，③对应夏至日，对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
正午太阳高度变化、地球公转的地理意义
【点评】
本题结合悉尼纬度，通过正午太阳高度公式计算不同日期的数值，再结合图示光线特征判断，需掌握太阳直射点移动规律和正午太阳高度计算方法，属于中等难度的地理规律应用题。
【难度系数】
0.5
典例4 为了研究影子长度与哪些因素有关，某科学兴趣小组的同学做了如图所示实验：在水平地面上竖直固定一根长杆，长杆上装有一个可以上下移动的点光源A，再在地面上竖立一根短木条（短木条始终低于点光源A）。
(1)保持短木条的长度和位置不变，该同学将点光源A从图示位置逐渐向上移动，测得数据如表所示。
该科学兴趣小组同学做此实验，想要验证的假设是。
(2)分析实验数据还可得出：在点光源逐渐上移过程中，若点光源高度的增加量相同，则影子长度L的变化量（选填“增大”“减小”或“不变”）。
(3)图中s可表示点光源到短木条的水平距离，如果要研究影子长度L与点光源到短木条的水平距离s的关系，应如何操作？。
(1)保持短木条的长度和位置不变，该同学将点光源A从图示位置逐渐向上移动，测得数据如表所示。
该科学兴趣小组同学做此实验，想要验证的假设是。
(2)分析实验数据还可得出：在点光源逐渐上移过程中，若点光源高度的增加量相同，则影子长度L的变化量（选填“增大”“减小”或“不变”）。
(3)图中s可表示点光源到短木条的水平距离，如果要研究影子长度L与点光源到短木条的水平距离s的关系，应如何操作？。
答案
解：
(1) 影子的长度与点光源的高度有关
(2) 减小
(3) 保持点光源的高度和短木条的长度不变，将短木条沿水平方向移动，改变点光源到短木条的水平距离s，分别测量对应的影子长度L，多次实验记录数据并分析得出结论。
(1) 影子的长度与点光源的高度有关
(2) 减小
(3) 保持点光源的高度和短木条的长度不变，将短木条沿水平方向移动，改变点光源到短木条的水平距离s，分别测量对应的影子长度L，多次实验记录数据并分析得出结论。
解析
【分析】
要解决这道题，需结合控制变量法分析实验设计与数据：(1)实验中控制短木条的长度和位置不变，仅改变点光源高度，因此验证的假设与点光源高度对影子长度的影响相关；(2)分析点光源高度变化相同量时影子长度的变化，可判断变化量趋势；(3)研究影子长度与水平距离s的关系，需保持其他变量不变，仅改变s，即利用控制变量法设计操作步骤。
【解析】
(1)实验中，短木条的长度和位置保持不变，仅改变点光源A的高度，因此该实验想要验证的假设是影子的长度与点光源的高度有关。
(2)分析实验数据可知，当点光源高度的增加量相同时，影子长度L的减小量逐渐变小，即影子长度L的变化量减小。
(3)根据控制变量法，研究影子长度L与点光源到短木条的水平距离s的关系时，需控制其他影响影子长度的因素不变，即保持点光源的高度和短木条的长度不变，改变水平距离s，具体操作为：将短木条沿水平方向移动，改变点光源到短木条的水平距离s，分别测量对应的影子长度L，多次实验记录数据并分析得出结论。
【答案】
(1) 影子的长度与点光源的高度有关
(2) 减小
(3) 保持点光源的高度和短木条的长度不变，将短木条沿水平方向移动，改变点光源到短木条的水平距离s，分别测量对应的影子长度L，多次实验记录数据并分析得出结论。
【知识点】
光的直线传播、控制变量法
【点评】
本题围绕影子长度的影响因素展开，重点考查控制变量法在实验探究中的应用，是光学实验的基础题型，有助于学生理解光的直线传播原理及实验探究的控制变量思想。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合控制变量法分析实验设计与数据：(1)实验中控制短木条的长度和位置不变，仅改变点光源高度，因此验证的假设与点光源高度对影子长度的影响相关；(2)分析点光源高度变化相同量时影子长度的变化，可判断变化量趋势；(3)研究影子长度与水平距离s的关系，需保持其他变量不变，仅改变s，即利用控制变量法设计操作步骤。
【解析】
(1)实验中，短木条的长度和位置保持不变，仅改变点光源A的高度，因此该实验想要验证的假设是影子的长度与点光源的高度有关。
(2)分析实验数据可知，当点光源高度的增加量相同时，影子长度L的减小量逐渐变小，即影子长度L的变化量减小。
(3)根据控制变量法，研究影子长度L与点光源到短木条的水平距离s的关系时，需控制其他影响影子长度的因素不变，即保持点光源的高度和短木条的长度不变，改变水平距离s，具体操作为：将短木条沿水平方向移动，改变点光源到短木条的水平距离s，分别测量对应的影子长度L，多次实验记录数据并分析得出结论。
【答案】
(1) 影子的长度与点光源的高度有关
(2) 减小
(3) 保持点光源的高度和短木条的长度不变，将短木条沿水平方向移动，改变点光源到短木条的水平距离s，分别测量对应的影子长度L，多次实验记录数据并分析得出结论。
【知识点】
光的直线传播、控制变量法
【点评】
本题围绕影子长度的影响因素展开，重点考查控制变量法在实验探究中的应用，是光学实验的基础题型，有助于学生理解光的直线传播原理及实验探究的控制变量思想。
【难度系数】
0.6
变式4 北宋的沈括在《梦溪笔谈》中记叙了光的直线传播和小孔成像的实验（如图所示）。他首先直接观察鸢（老鹰）在空中飞动，地面上的影子也跟着移动，移动的方向与鸢飞的方向一致。然后
在纸窗上开一小孔，使窗外飞鸢的影子呈现在室内的纸屏上，结果观察到“鸢东则影西，鸢西则影东”。根据上述材料，下列说法错误的是 （）
A.“鸢东则影西，鸢西则影东”所描述的现象是小孔成像
B.“鸢在空中飞动，地面上的影子也跟着移动”的现象是小孔成像
C.小孔成像的原理是光的直线传播
D.小孔成像时，像移动的方向与物移动的方向相反
在纸窗上开一小孔，使窗外飞鸢的影子呈现在室内的纸屏上，结果观察到“鸢东则影西，鸢西则影东”。根据上述材料，下列说法错误的是 （）
A.“鸢东则影西，鸢西则影东”所描述的现象是小孔成像
B.“鸢在空中飞动，地面上的影子也跟着移动”的现象是小孔成像
C.小孔成像的原理是光的直线传播
D.小孔成像时，像移动的方向与物移动的方向相反
答案
B
解析
【分析】
本题考查光的直线传播相关的影子与小孔成像的区别。解题思路：先明确两个现象的本质：地面上鸢的影子是光沿直线传播时，被鸢遮挡后在地面形成的暗区，属于影子；小孔成像是光通过小孔后，在光屏上形成的倒立实像，原理为光的直线传播，且像与物移动方向相反。再逐一分析选项，找出错误说法。
【解析】
对各选项分析如下：
A选项：“鸢东则影西，鸢西则影东”描述的是小孔成像现象，因为小孔成倒立的实像，物移动方向与像移动方向相反，该说法正确。
B选项：鸢在空中飞动，地面上的影子是光的直线传播形成的影子，并非小孔成像，小孔成像是通过小孔在屏上呈现的像，该说法错误。
C选项：小孔成像的原理是光的直线传播，该说法正确。
D选项：小孔成像时，像为倒立的，因此像移动方向与物移动方向相反，该说法正确。
综上，错误的说法是B选项。
【答案】
B
【知识点】
光的直线传播、小孔成像
【点评】
本题结合古代科技记载，考查影子和小孔成像的区分，需准确掌握两种现象的成因，属于基础概念辨析题，难度适中。
【难度系数】
0.3
本题考查光的直线传播相关的影子与小孔成像的区别。解题思路：先明确两个现象的本质：地面上鸢的影子是光沿直线传播时，被鸢遮挡后在地面形成的暗区，属于影子；小孔成像是光通过小孔后，在光屏上形成的倒立实像，原理为光的直线传播，且像与物移动方向相反。再逐一分析选项，找出错误说法。
【解析】
对各选项分析如下：
A选项：“鸢东则影西，鸢西则影东”描述的是小孔成像现象，因为小孔成倒立的实像，物移动方向与像移动方向相反，该说法正确。
B选项：鸢在空中飞动，地面上的影子是光的直线传播形成的影子，并非小孔成像，小孔成像是通过小孔在屏上呈现的像，该说法错误。
C选项：小孔成像的原理是光的直线传播，该说法正确。
D选项：小孔成像时，像为倒立的，因此像移动方向与物移动方向相反，该说法正确。
综上，错误的说法是B选项。
【答案】
B
【知识点】
光的直线传播、小孔成像
【点评】
本题结合古代科技记载，考查影子和小孔成像的区分，需准确掌握两种现象的成因，属于基础概念辨析题，难度适中。
【难度系数】
0.3
