地球の公転と太陽高度・季節の関係を考える
地軸の傾き、公転、太陽の南中高度と昼の長さを扱う14問と六つの記述課題です。
学年・内容の目安 中学校第3学年。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。
学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。
中学校第2分野(6)ア(ア)㋑「年周運動と公転」のうち、地軸の傾きと太陽の南中高度、昼の長さに対応します。
解説を読む
同じ場所でも、太陽が一番高くなる角度や昼の長さは季節で変わります。地球の公転と地軸の向きを考えて、観測値が変わる理由を説明します。
必要な予備知識
地球が自転することと、地平線から測った角度を高度と呼ぶことを知っていること。
- 地球は地軸が傾いた状態で太陽のまわりを公転します。一年の範囲では、宇宙に対する地軸の向きはほぼ同じです。
- 北半球が太陽の方へ傾く時期には、日本の同じ地点で太陽の南中高度が高く、昼が長くなります。反対側へ傾く時期には、南中高度が低く、昼が短くなります。
- 同じ棒を同じ条件で使うと、太陽が高いときの影は短くなります。南中の記録を比べるときは、場所や棒の長さをそろえます。
- 季節による変化は、地球と太陽の距離だけでは説明できません。地軸の傾きによって、南北の半球では季節の進み方が反対になります。
解き方の例
北緯35°の簡略モデルでは、南中高度は春分・秋分ごろに約55°、夏至ごろに約78.4°、冬至ごろに約31.6°です。
よくある間違い
- 季節ごとに地軸の宇宙に対する向きが逆になると考える。
- 冬の太陽は低いので、南中時の棒の影も短いと考える。
- 北半球と南半球の両方が同時に同じ季節になると考える。
観察と考え方を講師と確かめる
公転上の位置、地軸の傾き、太陽高度や昼の長さを順に関係付けます。
数値は学習用に丸めた例です。太陽の高さを調べる場面では棒の影などを使う設定です。
文部科学省：中学校学習指導要領解説 理科編 · 国立天文台：太陽の南中高度 · 国立天文台：太陽と季節
読む文章・資料
同じ地点の三つの季節
資料Aの北緯35°の地点では、南中高度が夏至ごろに78.4°、春分ごろに55.0°、冬至ごろに31.6°でした。値は学習用に丸めています。
南中ごろの棒の影
資料Bでは、同じ長さの棒を同じ地点の水平な場所で、垂直に立てました。南中ごろの影は、夏至に近い日Pに短く、冬至に近い日Qに長くなりました。
昼の長さを比べる
資料Cでは、日本のある地点の昼の長さを、夏至ごろに約14時間、冬至ごろに約10時間としました。昼は日の出から日の入りまでとします。
地軸の向きを保った模型
資料Dでは、傾けた地軸の宇宙に対する向きをほぼ同じにしたまま、地球を太陽のまわりで動かします。位置Xでは北半球が太陽の方へ傾き、反対側の位置Yでは北半球が太陽と反対の方へ傾いています。
南北の半球を同じ日に比べる
資料Eでは、北半球が太陽の方へ傾く時期に、同じ緯度の大きさをもつ北半球と南半球の二地点を比べました。北側の地点では夏、南側の地点では冬です。
距離が一定の模型
資料Fでは、太陽と地球の距離を一定にした円の模型を使いました。地軸を傾けたまま公転させても、北半球の地点では南中高度と昼の長さが変化しました。
影の長さを観測する計画
資料Gでは、ある地点で季節による太陽の高さを比べます。記録1は同じ棒の南中ごろの影、記録2は長さが違う棒の朝の影、記録3は別の地点の夕方の影です。
練習する
選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。
入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：同じ地点の三つの季節
資料Aで、南中高度が最も高いのはいつですか。
- 春分ごろ。
- 夏至ごろ。
- 冬至ごろ。
答えと解説
夏至ごろ。
三つの記録のうち78.4°が最も高い値です。
資料：同じ地点の三つの季節
資料Aで、夏至ごろの南中高度は冬至ごろより何度高いですか。
答えと解説
46.8
78.4−31.6＝46.8°です。
資料：南中ごろの棒の影
資料Bで太陽の南中高度がより高い日はどちらですか。
- 影が短い日P。
- 影が長い日Q。
- 日Pと日Qは等しい。
答えと解説
影が短い日P。
同じ棒では、太陽が高いときの影は短くなります。
資料：南中ごろの棒の影
資料Bで影の長さを比べるためにそろえたものはどれですか。
- 観測する季節と太陽の方角。
- 棒の長さと、観測する地点。
- 影の長さと、観測する季節。
答えと解説
棒の長さと、観測する地点。
同じ長さの棒を、同じ地点に立てました。
資料：昼の長さを比べる
資料Cで、夏至ごろの昼は冬至ごろより約何時間長いですか。
答えと解説
4
14−10＝約4時間です。
資料：昼の長さを比べる
資料Cで昼の長さと合わせて考えられる変化はどれですか。
- 季節が変わると、一日そのものが4時間長くなる。
- 昼が長いとき、日の出と日の入りが同じ時刻になる。
- 一日の長さはほぼ同じで、昼が長い時期は夜が短い。
答えと解説
一日の長さはほぼ同じで、昼が長い時期は夜が短い。
昼と夜で一日を分けているので、昼が長いと夜は短くなります。
資料：地軸の向きを保った模型
資料Dで北半球が太陽の方へ傾くのはどちらですか。
- 位置X。
- 位置Y。
- XとYの両方。
答えと解説
位置X。
位置Xで北半球が太陽の方を向く関係になります。
資料：地軸の向きを保った模型
資料DでXとYの間で変わったことはどれですか。
- 地軸の宇宙に対する傾きが逆になった。
- 公転上の位置が変わり、太陽に対する傾き方が変わった。
- 地球は公転せず、自転方向を逆にした。
答えと解説
公転上の位置が変わり、太陽に対する傾き方が変わった。
地軸の宇宙に対する向きはほぼ同じで、太陽のまわりの位置が変わります。
資料：南北の半球を同じ日に比べる
資料Eで北側が夏のとき、南側は何の季節ですか。
- 春。
- 夏。
- 冬。
答えと解説
冬。
同じ日でも南半球では冬です。
資料：南北の半球を同じ日に比べる
資料Eで季節の違いを説明するのに使う関係はどれですか。
- 北半球が太陽側に傾くと、南半球は反対側に傾く。
- 北半球と南半球は同時に太陽側へ傾く。
- 南半球の自転方向が季節ごとに逆になる。
答えと解説
北半球が太陽側に傾くと、南半球は反対側に傾く。
南北の半球は、同じ傾いた地軸の両側にあります。
資料：距離が一定の模型
資料Fで変化が見られたのはどれですか。
- 太陽までの距離と、地球の公転周期。
- 南中高度と昼の長さ。
- 地軸が宇宙に対して向く方角。
答えと解説
南中高度と昼の長さ。
距離を一定にしても、南中高度と昼の長さが変わりました。
資料：距離が一定の模型
資料Fの結果は、南中高度と昼の長さの原因を考えるとき何を示しますか。
- 太陽までの距離が変化しなければ、両方とも一定になる。
- 地球が自転をやめることで、両方が変わる。
- 距離が一定でも、地軸を傾けて公転すると両方が変わる。
答えと解説
距離が一定でも、地軸を傾けて公転すると両方が変わる。
距離を一定にした模型でも、地軸と太陽の関係が変わります。
資料：影の長さを観測する計画
資料Gで季節の影を同じ条件で比べるのに使うのはどれですか。
- 記録1。
- 記録2。
- 記録3。
答えと解説
記録1。
同じ棒と地点で、南中ごろの影を比べます。
資料：影の長さを観測する計画
資料Gで記録2と記録3を組み合わせると比べにくい理由はどれですか。
- 影の代わりに南中時の気温を記録しているから。
- 棒の長さや地点、測る時刻などがそろっていないから。
- どちらも同じ棒の南中時の記録を使っているから。
答えと解説
棒の長さや地点、測る時刻などがそろっていないから。
影の長さには季節だけでなく、観測時刻や棒の長さなども関わります。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：同じ地点の三つの季節
資料Aの三つの南中高度を高い順に示し、最も高い値と低い値の差を求めましょう。
答えと解説
夏至ごろ78.4°、春分ごろ55.0°、冬至ごろ31.6°の順です。差は78.4−31.6＝46.8°です。
同じ地点の三つの季節の記録を比べます。
- 夏至、春分、冬至の順に並べる。
- 最高と最低の差を46.8°と求める。
資料：南中ごろの棒の影
資料BでPの影が短いことを、太陽の高さとそろえた条件を使って説明しましょう。
答えと解説
同じ棒を同じ地点で垂直に置いて測りました。太陽がより高いPでは、棒の影がQより短くなりました。
影が短いときに太陽の光がどの方向から来るかを考えます。
- 棒の長さと地点をそろえたことを示す。
- 太陽の高度が高いPで影が短くなると説明する。
資料：昼の長さを比べる
資料Cで昼の長さの差を求め、夏至ごろと冬至ごろの夜の長さを比べましょう。
答えと解説
夏至ごろの昼は14−10＝約4時間長いです。一日を約24時間とすると、夏至ごろの夜は約10時間、冬至ごろは約14時間で、夏至ごろの夜は短いです。
一日の長さのうち、昼でない部分を考えます。
- 昼の長さの差を約4時間と求める。
- 一日から昼を引いて、夏至ごろの夜が短いと示す。
資料：地軸の向きを保った模型
資料DでXとYの間で地軸の宇宙に対する向きと、太陽に対する北半球の関係がどう違うか説明しましょう。
答えと解説
地軸の宇宙に対する向きはほぼ同じです。公転上の位置が変わるため、Xでは北半球が太陽側へ、Yでは太陽と反対側へ傾きます。
地球が移る前後で、地軸と太陽への線を別々に考えます。
- 地軸の宇宙に対する向きはほぼ同じと示す。
- 公転上の位置によって、太陽に対する北半球の傾きが変わると説明する。
資料：南北の半球を同じ日に比べる
資料Eで北側と南側の季節が異なる理由を、地軸の傾きと二つの半球の向きから説明しましょう。
答えと解説
北半球が太陽側へ傾くときは北が夏です。同時に南半球は太陽と反対側へ傾くため、南は冬です。
同じ日に地球の両側を比べます。
- 北半球が太陽側に傾いて夏になることを示す。
- 同じ時期に南半球が反対側に傾いて冬になると示す。
資料：距離が一定の模型
資料Fで距離が一定でも何が変わったかを示し、どの条件が関係すると考えられるかを書きましょう。
答えと解説
太陽との距離が一定でも、北半球の地点の南中高度と昼の長さは変わりました。地軸を傾けたまま公転することで、太陽に対する傾き方が変わることが関係します。
模型で一定にした条件と、変わった条件を分けます。
- 距離を一定にしても南中高度と昼の長さが変わったと示す。
- 地軸の傾きと公転上の位置を変化の理由として結び付ける。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 地球の公転と太陽高度・季節の関係を考える
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/explain-seasons-solar-altitude-and-earth-orbit/
公転上の位置、地軸の傾き、太陽高度や昼の長さを順に関係付けます。
文部科学省：中学校学習指導要領解説 理科編 · 国立天文台：太陽の南中高度 · 国立天文台：太陽と季節
読む文章・資料
同じ地点の三つの季節
資料Aの北緯35°の地点では、南中高度が夏至ごろに78.4°、春分ごろに55.0°、冬至ごろに31.6°でした。値は学習用に丸めています。
南中ごろの棒の影
資料Bでは、同じ長さの棒を同じ地点の水平な場所で、垂直に立てました。南中ごろの影は、夏至に近い日Pに短く、冬至に近い日Qに長くなりました。
昼の長さを比べる
資料Cでは、日本のある地点の昼の長さを、夏至ごろに約14時間、冬至ごろに約10時間としました。昼は日の出から日の入りまでとします。
地軸の向きを保った模型
資料Dでは、傾けた地軸の宇宙に対する向きをほぼ同じにしたまま、地球を太陽のまわりで動かします。位置Xでは北半球が太陽の方へ傾き、反対側の位置Yでは北半球が太陽と反対の方へ傾いています。
南北の半球を同じ日に比べる
資料Eでは、北半球が太陽の方へ傾く時期に、同じ緯度の大きさをもつ北半球と南半球の二地点を比べました。北側の地点では夏、南側の地点では冬です。
距離が一定の模型
資料Fでは、太陽と地球の距離を一定にした円の模型を使いました。地軸を傾けたまま公転させても、北半球の地点では南中高度と昼の長さが変化しました。
影の長さを観測する計画
資料Gでは、ある地点で季節による太陽の高さを比べます。記録1は同じ棒の南中ごろの影、記録2は長さが違う棒の朝の影、記録3は別の地点の夕方の影です。
資料：同じ地点の三つの季節
資料Aで、南中高度が最も高いのはいつですか。
- 春分ごろ。
- 夏至ごろ。
- 冬至ごろ。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：同じ地点の三つの季節
資料Aで、夏至ごろの南中高度は冬至ごろより何度高いですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：南中ごろの棒の影
資料Bで太陽の南中高度がより高い日はどちらですか。
- 影が短い日P。
- 影が長い日Q。
- 日Pと日Qは等しい。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：南中ごろの棒の影
資料Bで影の長さを比べるためにそろえたものはどれですか。
- 観測する季節と太陽の方角。
- 棒の長さと、観測する地点。
- 影の長さと、観測する季節。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：昼の長さを比べる
資料Cで、夏至ごろの昼は冬至ごろより約何時間長いですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：昼の長さを比べる
資料Cで昼の長さと合わせて考えられる変化はどれですか。
- 季節が変わると、一日そのものが4時間長くなる。
- 昼が長いとき、日の出と日の入りが同じ時刻になる。
- 一日の長さはほぼ同じで、昼が長い時期は夜が短い。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：地軸の向きを保った模型
資料Dで北半球が太陽の方へ傾くのはどちらですか。
- 位置X。
- 位置Y。
- XとYの両方。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：地軸の向きを保った模型
資料DでXとYの間で変わったことはどれですか。
- 地軸の宇宙に対する傾きが逆になった。
- 公転上の位置が変わり、太陽に対する傾き方が変わった。
- 地球は公転せず、自転方向を逆にした。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：南北の半球を同じ日に比べる
資料Eで北側が夏のとき、南側は何の季節ですか。
- 春。
- 夏。
- 冬。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：南北の半球を同じ日に比べる
資料Eで季節の違いを説明するのに使う関係はどれですか。
- 北半球が太陽側に傾くと、南半球は反対側に傾く。
- 北半球と南半球は同時に太陽側へ傾く。
- 南半球の自転方向が季節ごとに逆になる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：距離が一定の模型
資料Fで変化が見られたのはどれですか。
- 太陽までの距離と、地球の公転周期。
- 南中高度と昼の長さ。
- 地軸が宇宙に対して向く方角。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：距離が一定の模型
資料Fの結果は、南中高度と昼の長さの原因を考えるとき何を示しますか。
- 太陽までの距離が変化しなければ、両方とも一定になる。
- 地球が自転をやめることで、両方が変わる。
- 距離が一定でも、地軸を傾けて公転すると両方が変わる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：影の長さを観測する計画
資料Gで季節の影を同じ条件で比べるのに使うのはどれですか。
- 記録1。
- 記録2。
- 記録3。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：影の長さを観測する計画
資料Gで記録2と記録3を組み合わせると比べにくい理由はどれですか。
- 影の代わりに南中時の気温を記録しているから。
- 棒の長さや地点、測る時刻などがそろっていないから。
- どちらも同じ棒の南中時の記録を使っているから。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：同じ地点の三つの季節
資料Aの三つの南中高度を高い順に示し、最も高い値と低い値の差を求めましょう。
資料：南中ごろの棒の影
資料BでPの影が短いことを、太陽の高さとそろえた条件を使って説明しましょう。
資料：昼の長さを比べる
資料Cで昼の長さの差を求め、夏至ごろと冬至ごろの夜の長さを比べましょう。
資料：地軸の向きを保った模型
資料DでXとYの間で地軸の宇宙に対する向きと、太陽に対する北半球の関係がどう違うか説明しましょう。
資料：南北の半球を同じ日に比べる
資料Eで北側と南側の季節が異なる理由を、地軸の傾きと二つの半球の向きから説明しましょう。
資料：距離が一定の模型
資料Fで距離が一定でも何が変わったかを示し、どの条件が関係すると考えられるかを書きましょう。
解答: 地球の公転と太陽高度・季節の関係を考える
夏至ごろ。
三つの記録のうち78.4°が最も高い値です。
46.8
78.4−31.6＝46.8°です。
影が短い日P。
同じ棒では、太陽が高いときの影は短くなります。
棒の長さと、観測する地点。
同じ長さの棒を、同じ地点に立てました。
4
14−10＝約4時間です。
一日の長さはほぼ同じで、昼が長い時期は夜が短い。
昼と夜で一日を分けているので、昼が長いと夜は短くなります。
位置X。
位置Xで北半球が太陽の方を向く関係になります。
公転上の位置が変わり、太陽に対する傾き方が変わった。
地軸の宇宙に対する向きはほぼ同じで、太陽のまわりの位置が変わります。
冬。
同じ日でも南半球では冬です。
北半球が太陽側に傾くと、南半球は反対側に傾く。
南北の半球は、同じ傾いた地軸の両側にあります。
南中高度と昼の長さ。
距離を一定にしても、南中高度と昼の長さが変わりました。
距離が一定でも、地軸を傾けて公転すると両方が変わる。
距離を一定にした模型でも、地軸と太陽の関係が変わります。
記録1。
同じ棒と地点で、南中ごろの影を比べます。
棒の長さや地点、測る時刻などがそろっていないから。
影の長さには季節だけでなく、観測時刻や棒の長さなども関わります。
記述問題の解答・確認の観点
資料：同じ地点の三つの季節
資料Aの三つの南中高度を高い順に示し、最も高い値と低い値の差を求めましょう。
夏至ごろ78.4°、春分ごろ55.0°、冬至ごろ31.6°の順です。差は78.4−31.6＝46.8°です。
同じ地点の三つの季節の記録を比べます。
- 夏至、春分、冬至の順に並べる。
- 最高と最低の差を46.8°と求める。
資料：南中ごろの棒の影
資料BでPの影が短いことを、太陽の高さとそろえた条件を使って説明しましょう。
同じ棒を同じ地点で垂直に置いて測りました。太陽がより高いPでは、棒の影がQより短くなりました。
影が短いときに太陽の光がどの方向から来るかを考えます。
- 棒の長さと地点をそろえたことを示す。
- 太陽の高度が高いPで影が短くなると説明する。
資料：昼の長さを比べる
資料Cで昼の長さの差を求め、夏至ごろと冬至ごろの夜の長さを比べましょう。
夏至ごろの昼は14−10＝約4時間長いです。一日を約24時間とすると、夏至ごろの夜は約10時間、冬至ごろは約14時間で、夏至ごろの夜は短いです。
一日の長さのうち、昼でない部分を考えます。
- 昼の長さの差を約4時間と求める。
- 一日から昼を引いて、夏至ごろの夜が短いと示す。
資料：地軸の向きを保った模型
資料DでXとYの間で地軸の宇宙に対する向きと、太陽に対する北半球の関係がどう違うか説明しましょう。
地軸の宇宙に対する向きはほぼ同じです。公転上の位置が変わるため、Xでは北半球が太陽側へ、Yでは太陽と反対側へ傾きます。
地球が移る前後で、地軸と太陽への線を別々に考えます。
- 地軸の宇宙に対する向きはほぼ同じと示す。
- 公転上の位置によって、太陽に対する北半球の傾きが変わると説明する。
資料：南北の半球を同じ日に比べる
資料Eで北側と南側の季節が異なる理由を、地軸の傾きと二つの半球の向きから説明しましょう。
北半球が太陽側へ傾くときは北が夏です。同時に南半球は太陽と反対側へ傾くため、南は冬です。
同じ日に地球の両側を比べます。
- 北半球が太陽側に傾いて夏になることを示す。
- 同じ時期に南半球が反対側に傾いて冬になると示す。
資料：距離が一定の模型
資料Fで距離が一定でも何が変わったかを示し、どの条件が関係すると考えられるかを書きましょう。
太陽との距離が一定でも、北半球の地点の南中高度と昼の長さは変わりました。地軸を傾けたまま公転することで、太陽に対する傾き方が変わることが関係します。
模型で一定にした条件と、変わった条件を分けます。
- 距離を一定にしても南中高度と昼の長さが変わったと示す。
- 地軸の傾きと公転上の位置を変化の理由として結び付ける。