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只回答第三问

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此图是北半球冬至日(太阳直射南回归线),太阳能真空管与正午太阳光线垂直,所以正午太阳高度与a互为余角;冬至日北纬40度的正午太阳高度=90度-|40度+23度26分(或23.5度)|=90度-63度26分(或63.5度)=26度34分(或26.5度),所以太阳能真空管与地面的倾角应为90度-26度34分(或26.5度)=63度26分(或63.5度)