多功能太陽視運(yùn)動儀

汪和平

太陽視運(yùn)動儀的研究源于地理教學(xué)中的難點(diǎn)，由于地球運(yùn)動及太陽運(yùn)動規(guī)律抽象、難以理解，對教師教學(xué)造成困難，因此引發(fā)了我的思考與研究。

我設(shè)計(jì)的多功能太陽視運(yùn)動儀運(yùn)用不同天球坐標(biāo)系之間的關(guān)系，從球心向地球球面、天空投射激光表示太陽，從而突破了如何在天空中指示太陽位置變化的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。巧妙安排，合理演示地球、地平面、觀測者、天半球、地半球、太陽之間的關(guān)系，并在天半球上精確度量太陽高度與方位；增加指示太陽直射點(diǎn)、時間、觀測緯度的度量球，精確演示地球上任意地區(qū)、任意一天的太陽視運(yùn)動軌跡；精確讀取日出與日落方位角、時間；準(zhǔn)確測量晝夜長短；精確讀取不同時刻的太陽高度與方位；直觀演示極晝、極夜現(xiàn)象；能進(jìn)行不同緯度地區(qū)、不同直射點(diǎn)時的太陽視運(yùn)動的比較。該儀器能將抽象的空間關(guān)系直觀、科學(xué)、準(zhǔn)確地演示出來，實(shí)現(xiàn)太陽視運(yùn)動的教學(xué)與研究由定性描述向定量分析、演示的轉(zhuǎn)變。

制作材料

各種塑件、小電機(jī)、激光燈、電源等。

制作方法

用上、下半球分別表示日半球與地半球，運(yùn)用不同半徑的半圓形模板在日半球內(nèi)側(cè)畫出高度角緯線與方位角經(jīng)線，在子午圈上畫出小刻度以精確表示正午太陽高度角。

在左、右半球合起來的球上畫出太陽周日運(yùn)動軌跡圓，并在圓上標(biāo)出時間經(jīng)線，時間經(jīng)線位于南、北回歸線之間，在兩球接合處標(biāo)注小刻度表示觀測地緯度。

在地球上標(biāo)出赤道線、南回歸線、北回歸線、南極圈、北極圈。

在地球內(nèi)放置電機(jī)及激光燈，在球外安裝控制開關(guān)，模擬演示太陽視運(yùn)動。

使用方法

將外接電源插在220V電源插座上，將DC插頭插在儀器DC電源插座上，此時儀器天半球或地半球上將顯示太陽位置，指示方向的顯示屏顯示“N”與“S”指示地平圈方向。

調(diào)節(jié)太陽直射點(diǎn)調(diào)節(jié)開關(guān)（3擋開關(guān)），調(diào)節(jié)太陽直射點(diǎn)位置。

調(diào)節(jié)觀測地緯度調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)把手（綠色把手），從天半球的天頂處觀測地緯度讀取窗處讀取觀測地緯度。

打開視運(yùn)動觀測開關(guān)（藍(lán)帽開關(guān)），演示觀測地的太陽視運(yùn)動規(guī)律，關(guān)閉視運(yùn)動觀測開關(guān)可以將太陽位置定位于某個位置。

教具的教學(xué)意義和價(jià)值

太陽視運(yùn)動規(guī)律是地理教學(xué)中的一個難點(diǎn)，教師很難直觀講清楚，學(xué)生能弄清楚的很少。不少年份高考題的爭論很多，雜志上有關(guān)太陽視運(yùn)動的討論也很多。多功能太陽視運(yùn)動儀，可用于各類學(xué)校地理教學(xué)，該儀器操作簡單，可以直觀地球上任意地區(qū)、任意一天的太陽周日視運(yùn)動軌跡；直觀兩極地區(qū)的極晝、極夜現(xiàn)氦觀測地球上任意季節(jié)、任意緯度地區(qū)日出、日落方位角，日出、日落時刻；直接讀出觀測地白天任意時刻太陽在天空中的方位角與高度角（包括正午太陽高度角）；能有效地破解“太陽周日視運(yùn)動軌跡”這一地理教學(xué)中難點(diǎn)。本儀器也是一款科普儀器與天文儀器，適應(yīng)于各類學(xué)校、科技館等。

創(chuàng)新點(diǎn)與改進(jìn)點(diǎn)

該儀器將抽象的太陽視運(yùn)動規(guī)律形象、直觀、準(zhǔn)確地演示出來。標(biāo)注觀測地天空的高度與方位角網(wǎng)絡(luò)，使度量準(zhǔn)確；在觀測地地方時、觀測地緯度、太陽直射點(diǎn)緯度刻度球上準(zhǔn)確度量；用從球心投射出來的激光模擬演示太陽視運(yùn)動；合理演示地球、地平面、天空之間的關(guān)系；直觀指示觀測地在地球上的位置。但是受資金制約，制作的模型比較粗糙、不精細(xì)，下一步將在外觀上進(jìn)行改進(jìn)。

使用效果

學(xué)生在分組實(shí)驗(yàn)中自主操作觀察該儀器，約1節(jié)課的時間他們就能完全理解太陽視運(yùn)動規(guī)律及其形成原理。下一步準(zhǔn)備在教學(xué)與天文科普方面推廣使用該儀器。

該項(xiàng)目獲得第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科教制作類一等獎。

專家評語

該項(xiàng)目利用相對運(yùn)動原理，設(shè)計(jì)出太陽視運(yùn)動儀，便于地理教學(xué)。該項(xiàng)目原理科學(xué)、概念清晰、構(gòu)思巧妙，作品教育性強(qiáng)。項(xiàng)目選題新穎，具有實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新，對傳統(tǒng)方法有突破。作品效果顯著，制作規(guī)范，具有示范推廣價(jià)值。希望該項(xiàng)目在教學(xué)設(shè)計(jì)方面作出改進(jìn)和提升。