1. 日出日落
以北半球为例，日出和日落时间与太阳直射点的位置密切相关。具体情况如下：
- 春分和秋分：太阳直射赤道，日出时间为 6 点，日落时间为 18 点。
- 夏至：太阳直射北回归线，日出时间在 6 点之前，日落时间在 18 点之后。
- 冬至：太阳直射南回归线，日出时间在 6 点之后，日落时间在 18 点之后。
2. 太阳直射点的移动
太阳直射点在南北回归线之间往复运动，其运动周期为一个回归年（365 天 5 时 48 分 46 秒）。具体情况如下：
- 春分（3 月 21 日）：太阳直射赤道。
- 夏至（6 月 22 日）：太阳直射北回归线。
- 秋分（9 月 23 日）：太阳直射赤道。
- 冬至（12 月 22 日）：太阳直射南回归线。
图 1 太阳直射点的移动
3. 正午太阳高度角
正午太阳高度角是指太阳直射光线与水平地面的夹角（如图 2 中的红色夹角 H）。它在一整天中是最大的，出现在中午 12:00 时。
计算公式：
H = 90° - |当地纬度 - 太阳直射点纬度|
规律：
- 当太阳直射时，正午太阳高度角 H = 90°。
- 当太阳不直射时，正午太阳高度角在中午 12:00 时最大。
- 太阳高度角等于 90° 减去该地距离太阳直射点的纬度差。
- 从直射点开始，向南北两侧，正午太阳高度角逐渐减小，减小的角度等于当地纬度与太阳直射点纬度的差。
图 2 正午太阳高度角
图 3 例题
答案：B、C
精讲精析：
1. 判断影子方向：图 4 中，影子位于白色平台的上面，天塔的右侧为一个暗色的凸出港口。根据图中提供的指北针，我们可以确定天塔的影子方向为西北方。
图 4 太阳高度角示意图
2. 判断太阳位置和时间：由于影子在西北方，太阳应该位于东南方，因此此时应该为日出后的一段时间。天津位于北半球 40°N 左右，因此不同季节日出时间如下：
- 春季和秋季：6 点日出。
- 夏季：6 点前日出。
- 冬季：6 点后日出。
图中天塔的影子方向和时间只可能是在 8:00-10:00 之间，因为每个季节的日出时间都刚刚过去。
3. 判断太阳高度角和日期： 图 4 中，红线为影子的位置，黄线为天塔，橙色为角度 α（太阳高度角）。因为 tan(α) = 2，而 tan(60°) = √3 = 1.732，所以我们可以知道该角度大于 60°，且接近 60°（arctan 2 = 63.5°）。
根据天津的纬度 40°N，不同季节的正午太阳高度角如下：
- 春分和秋分：90° - |40°N - 0°| = 50°。
- 夏至：90° - |40°N - 23°26′N| = 73°26′。
- 冬至：90° - |40°N - 23°26′S| = 26°34′。
由于正午太阳高度角是一天中最大的太阳高度角，所以任何时刻的太阳高度角都小于正午太阳高度角。图中所示的 α = 63.5°，说明该日的正午太阳高度角一定大于这个角度，因此一定是在夏至前后（73°26′），即 6 月 22 日左右，此时太阳直射北半球。所以选择 C。
这道题难度很高，需要按照清晰的思路来解答：首先确定影子方向，进而确定时间；然后根据影子长度计算出太阳高度角 α；最后利用 α 与每个季节的正午太阳高度角进行比较，得出答案。