CN104575244B - 一种太阳视运动度量与演示方法及其演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳视运动度量与演示方法及其演示装置，包括支脚、激光灯、可控正逆转电机、单向转电机、导电滑环、简易地球仪、节气时间球、天半球、地半球，所述简易地球仪位于节气时间球内的球心处，所述天半球上标刻有方位角刻度线与高度角刻度线，所述地半球法兰上装有电源插座，控制开关A和控制开关B，所述节气时间球球面上刻有节气纬线、时间刻度线和观测地纬度刻度，所述激光灯安装在可控正逆转电机的转轴上，所述可控正逆转电机安装在单向转电机转轴上，可控正逆转电机带动激光灯作限位双向摆动，本发明直观精确度量地球上任意纬度地区的任意节气中任意一天中太阳的视运动，能直观精确演示太阳在观测地天空中的位置及视运动轨迹。

Description

一种太阳视运动度量与演示方法及其演示装置

技术领域

本发明涉及一种太阳视运动度量与演示方法及其演示装置，属于自然地理规律的演示仪器领域。

背景技术

地球绕太阳运动，一年一个周期，由于黄道面与赤道面的夹角为23.5度，所以太阳直射点在地球上南回归线与北回归线之间来回摆动，又由于地球的自转，一天一个周期，昼夜交替，对于地球上观测的人来说，太阳在天空中东升西落，在天空中划过一道轨迹，并且太阳高度角与方位角不断变化，由于地球是球形的，所以对于地球上不同纬度地区，观测到的太阳在天空中的运动及其高度角与方位角的变化是不同的，比如，对于两极地区还会出现极昼与极夜现象，现有技术难以直观形象地演示节气、时间、观测地纬度变化而引起的视动动轨迹的变化。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种太阳视运动度量与演示方法及其演示装置，该方法能直观、形象、准确解析太阳与地球的运动规律，以及由于地球球面上观测地纬度变化而带来的太阳视运动变化规律，该方法设计精确，直观，全面，该装置操作简便易行。

为了实现上述目的，采用的技术方案如下：

一种太阳视运动度量演示装置，包括支脚、激光灯、可控正逆转电机、单向转电机、导电滑环、简易地球仪、节气时间球、天半球、地半球，其中：

所述天半球上标刻有方位角刻度线与高度角刻度线，所述天半球球面上的东西圈的两端设有东法兰和西法兰；

所述地半球上设有地半球法兰，所述地半球法兰上装有电源插座，控制开关A和控制开关B，地半球法兰与天半球的东法兰及西法兰相联结，将天半球固定在地半球上，所述地半球及地半球法兰上设有转轴槽口，转轴槽口用于安装节气时间球东转轴和西转轴，所述地半球法兰上设有两个方向指示屏，两个方向指示屏可跳转显示字每“N”与“S”；

所述节气时间球由东半球与西半球两个半球组成，所述节气时间球球面上刻有节气纬线，所述节气纬线为南回归线与北回归线及其之间的平行纬线，正中间一条节气纬线为赤道线，所述节气时间球球面上刻有时间经线，每15度表示1小时，东半球与西半球相接处的经线为正午时间经线与子夜时间经线，所述节气时间球球面上刻有观测地纬度刻度，观测地纬度刻度位于观测地正午时间经线所在的经线上；

东半球上设有东转轴，东转轴位于时间经线中的六时刻度线与节气纬线中的赤道线的交点处，东转轴和西转轴外侧均设有限位挡板，用于控制节气时间球的转动角度，东转轴内设有固定轴，所述固定轴从东转轴内穿入到节气时间球内部并与简易地球仪相接，所述固定轴固定在地半球法兰上；

西半球上设有西转轴，西转轴位于时间经线中的十八时刻度线与节气纬线中的赤道线的交点处，所述东转轴与西转轴均与对应的东半球和西半球相结合，西转轴在西半球的球外部分为圆柱与棱柱的组合体，圆柱部分置于地半球的转轴槽口内，棱柱部分安装旋转把手，西转轴与简易地球仪相接，使简易地球仪与节气时间球一起在天半球与地半球之间转动；

所述简易地球仪位于节气时间球内的球心处，与节气时间球的东转轴和西转轴相接，简易地球仪随节气时间球转动，所述简易地球仪为透明球，球面上标有赤道，南回归线、北回归线、南极圈、北极圈，所述简易地球仪内安装可控正逆转电机、激光灯、单向转电机，可控正逆转电机、激光灯、单向转电机的导线从东半球的东转轴内穿出，与地半球法兰上的电源插座、控制开关A、控制开关B连接；

所述激光灯安装在可控正逆转电机的转轴上，所述可控正逆转电机安装在单向转电机转轴上，可控正逆转电机带动激光灯作限位双向摆动，摆动范围为47度角，单向转电机带动可控正逆转电机作单向无限制转动，单向转电机转轴的一端与导电滑环的转子相接，可控正逆转电机36与激光灯35由导电滑环38连接供电；

所述支脚设置在地板球下部，用来支撑度量演示装置。

进一步的，所述东转轴、西转轴、固定轴均为空心轴，所述东转轴和西转轴棱柱部分均为六棱柱。

优选的，方位角刻度线每隔5度或15度刻度标注，高度角刻度线每隔5度或15度刻度标注。

优选的，所述观测地纬度刻度由南极到北极每隔5度或10度进行刻度标注，所述节气纬线由赤道向南、北每隔5度或10度刻度标注。

优选的，所述支脚有三个，每两个支脚之间夹角为120°。

进一步，所述节气时间球内部设有一环形面，环形面位于节气时间球与简易地球仪之间，环形面上设有棱柱状轴孔，棱柱状轴孔用于放置固定轴，使环形面固定，并使环形面与地半球法兰平面平行，环形面上与棱柱状轴孔相对的一侧有一个n形槽，将n形槽置于西半球内部的西转轴上，使节气时间球转动时环形面保持固定状态。

所述环形面上立有一弧形杆，弧形杆的另一端吊有一模型人，模型人位于简易地球仪球心的正上方。

太阳视运动度量演示装置的演示方法，包括以下方法：

运用标有方位角刻度线与高度角刻度线的天半球度量观测地天空，对观测地处白天不同时刻的太阳位置进行度量，天半球方位角刻度线中的东西圈与子午圈的交点处为天顶；

运用节气时间球球面上节气刻度线度量太阳直射点的纬度，以此来表示不同节气时太阳直射地球的纬度；

运用节气时间球球面上的时间刻度线度量观测地太阳在一天运动中的地方时时间，其中正午时分为十二时；

运用节气时间球球面上的观测地纬度刻度指示观测地的纬度；

运用从简易地球仪球心处激光灯发出的红色激光投射到节气时间球球面上，由投射的激光点所在位置处时间刻度线的刻度读出太阳位置对应的地方时时间；由激光灯发射出的激光点所在位置处的节气刻度线的刻度读出太阳直射点的纬度数或节气，激光灯投射到天半球上的激光点所在位置的高度角刻度线(12)与方位角刻度线(13)的位置读出太阳高度角与方位角。

本发明一种太阳视运动度量与演示方法及其演示装置，适用于直观精确度量地球上任意纬度地区的任意节气中任意一天中太阳的视运动，直观精确度量白天任意时刻下太阳的高度角与方位角，本发明能直观精确演示太阳在观测地天空中的位置及视运动轨迹。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为天半球结构示意图。

图3为地半球结构示意图。

图4为节气时间球结构示意图。

图5为节气时间球内部结构示意图。

具体实施方式

作为本发明的一种较佳实施例，如图1与图2，天半球1的球面经线表示观测地天空的方位角刻度线12，天半球1的球面纬线表示观测地天空的高度角刻度线13，天半球1最高位置为天顶11。

如图1与图2，天半球1方位角刻度线12中的东西圈43的两端各有东法兰14与西法兰15，用于安装节气时间球3的东转轴31与西转轴32，并将天半球1固定在地半球2上。与天半球1子午圈44两端相对应的地半球法兰7上设有指示地平面南北方向的方向指示屏21。

如图3，节气时间球3球面上南回归线24与北回归线25及其之间的平行纬线表示节气刻度线26，用于度量太阳直射点的纬度，以此来表示不同节气时太阳直射地球的位置，节气刻度线26还用于指示太阳视运动轨迹，节气时间球3球面上位于南回归线24与北回归线25之间的经线表示时间刻度线27，时间刻度线27度量观测地太阳在一天运动中的地方时时间，其中正午时分为12时。节气时间球3分为东半球22与西半球23两个半球，两半球相结合于正午时间经线28与子夜时间经线处29，节气时间球3球面上沿正午时间经线28所在的经线40上刻有观测地纬度刻度45，观测地纬度刻度45指示地球上不同观测地的纬度，观测地的纬度为从南纬90度(南极点)到北纬90度(北极点)。

如图1，天半球1、地半球2和节气时间球3的球心重合。

如图，节气时间球3的东半球22有东转轴31位于时间经线26中的六时刻度线与节气纬线26中的赤道线的交点处，东转轴31为空心轴，内孔为圆孔，东转轴31位于节气时间球3外部，东转轴31置于地半球2的转轴槽口16内，东转轴31外侧设有限位挡板33，用于控制节气时间球3的转动角度。

如图3和图4，节气时间球3的西半球23有西转轴32位于时间刻度线27中的十八时刻度线与节气纬线中的赤道线的交点处，西转轴32为空心轴，分为球内部分与球外部分，球内部分西转轴32外侧为圆柱面，内侧面为六棱柱面，与节气时间球3球心处的简易地球仪4相接，使简易地球仪4与节气时间球3一起在天半球1与地半球2之间转动，西转轴32球外部分为空心圆柱与棱柱的组合体，圆柱部分置于地半球2的转轴槽口16内，圆柱部分外侧上设有限位挡板33，用于限制节气时间球3的转动角度，棱柱部分安装旋转把手6，用于手动旋转节气时间球3及简易地球仪4。

如图4，节气时间球3的东转轴31内有一固定轴30从东转轴31的内孔穿入节气时间球3内部，固定轴30固定在地半球法兰7上，固定轴30为空心轴，固定轴30位于节气时间球3内部的部分内侧为圆柱面，外侧为棱柱面，固定轴30与简易地球仪4相接。

如图3，在地半球法兰7上设有限位槽口20，节气时间球3的东转轴31与西转轴32上的限位挡板33与限位槽口20配合，使节气时间球3在天半球1与地半球2内可转动180度。地半球法兰7上在限位槽口20处设有双控复位开关17，用于控制方向指示屏21的显示，当限位档板33触发双控复位开关17时，方向指示显示屏21上跳转显示字母“N”或“S”以指示方向。

简易地球仪4内装有单向转电机37，单向转电机37的轴上又装有可控正逆转电机36，可控正逆转电机36的轴上装有激光灯35。激光灯35由可控正逆转电机36驱动激光点在节气时间球3球面上的南回归线24与北回归线25之间移动，摆动范围为47度角，以显示不同节气时太阳直射点位置的变化。激光灯35和可控正逆转电机36由单向转电机37驱动作单向旋转，使激光灯35发射的激光点在节气时间球3球面自东向西转动，以表示太阳在一天中的运动变化。简易地球仪4为透明球，其球面上标注赤道、南、北回归线、南极圈与北极圈，可控正逆转电机36与激光灯35由导电滑环38连接供电。

如图3，地半球法兰上还没装有插座41，与电源相连，控制开关A 18用于控制单向转电机37，控制开关B 19用于控制可控正逆转电机36。简易地球仪4内的线缆从固定轴30内穿出与地半球法兰7上的插座41、控制开关A18、控制开关B19相连。

如图5，节气时间球3内部设有一环形面5，环形面5位于节气时间球3与简易地球仪4之间，环形面5的轴46内设有一棱柱孔，与固定轴30相配合，固定轴30从棱柱内穿过与简易地球仪4相接，使环形面5固定，并使环形面5与地半球法兰7的平面平行，环形面5内与棱柱孔相对的一侧有一个n形槽39，n形槽39置于节气时间球3的西半球23转轴32上，使节气时间球3转动不影响环形面5保持固定状态。

如图，环形面5上立有一弧形杆34，弧形杆34的另一端吊有一模型人8，模型人8位于简易地球仪4球心的正上方。

本发明的使用方法如下：

接通电源插座41，点亮简易地球仪4内的激光灯35，激光灯35将激光点投射到节气时间球3球面上和天半球1的球面或地半球2球面上，由激光点所在节气时间球3球面上的位置读出太阳直射点的纬度数和观测地地方时时间，由激光点所在天半球1球面上的位置读出太阳的高度角与方位角，若激光点位于地半球2的球面上，则观测地为黑夜时间。打开单向转电机37的控制开关A18，单向转电机37带来激光灯35自东向西转动，激光点沿节气时间球3球面上的一条节气线移动，一圈表示太阳一天的运动，从节气时间球3球面上的时间刻度线27可以读出太阳运动过程中的时间变化情况，激光点在天半球1上的运动轨迹即为太阳在观测地天空中的视运动轨迹。打开可控正逆转电机36的控制开关B19，可控正逆转电机36带动激光点在节气时间球3球面上的南回归线24与北回归线25之间移动，以调节太阳直射点的位置，表示观测地不同季节太阳在天空中视运动。转动旋转把手6，转动节气时间球3及简易地球仪4，将所需观测地纬度对应的节气时间球3球面上的观测地纬度刻度45旋转到天半球1天顶11处，则对应的激光点所对应的时节气、时间、方位角、高度角、视动动轨迹即表示该纬度数观测地的太阳运动情况。

转动旋转把手6，节气时间球3和简易地球仪4随之转动，而表示地平面的环形面5在固定轴30上而固定不动，固定在环形面5上的模型人8始终位于简易地球仪4的上方，由简易地球仪4的转动使模型人8立于地球仪不同位置，以此直观指示观测地位置的变化。

若旋转节气时间球3，使观测地纬度刻度45中的北极点与天半球1的天顶11相对齐，则仪器演示北极点地区的太阳视运动情况，此时限位档板33触发双控复位开关17，使方向指示屏21上均显示字母S，表示观测地四周均为南方。

若旋转节气时间球3，使观测地纬度刻度45中的南极点与天半球1的天顶11相对齐，则仪器演示南极点地区的太阳视运动情况，此时限位档板33触发双控复位开关17，使方向指示屏21上均显示字母N，表示观测地四周均为北方。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳视运动度量演示装置，其特征在于，包括支脚(10)、激光灯(35)、可控正逆转电机(36)、单向转电机(37)、导电滑环(38)、简易地球仪(4)、节气时间球(3)、天半球(1)、地半球(2)，其中：

所述天半球(1)上标刻有方位角刻度线(12)与高度角刻度线(13)，所述天半球(1)球面上方位角刻度线(12)中的东西圈(43)的两端设有东法兰(14)和西法兰(15)，用于安装节气时间球(3)的东转轴(31)与西转轴(32)，所述天半球(1)球面上方位角刻度线(12)中的子午圈(44)上增刻有高度角刻度；

所述地半球(2)上设有地半球法兰(7)，所述地半球法兰(7)上装有电源插座(41)，控制开关A(18)和控制开关B(19)，地半球法兰(7)与东法兰(14)及西法兰(15)相联结，将天半球(1)固定在地半球(2)上，所述地半球(2)及地半球法兰(7)上设有转轴槽口(16)，转轴槽口(16)用于安装节气时间球(3)东转轴(31)和西转轴(32)，所述地半球法兰(7)上设有两个方向指示屏(21)，两个方向指示屏(21)可跳转显示字母“N”与“S”；

所述节气时间球(3)由东半球(22)与西半球(23)两个半球组成，所述节气时间球(3)球面上刻有节气纬线(26)，所述节气纬线(26)为南回归线(24)与北回归线(25)及其之间的平行纬线，正中间一条节气纬线(26)为赤道线，所述节气时间球(3)球面上刻有时间刻度线(27)，每15度表示1小时，东半球(22)与西半球(23)相接处的经线为正午时间经线(28)与子夜时间经线(29)，所述节气时间球(3)球面上刻有观测地纬度刻度(45)，观测地纬度刻度(45)位于观测地正午时间经线(28)所在经线(40)上，所述节气时间球(3)内部设有一环形面(5)，用于表示观测地处的地平面，环形面(5)位于节气时间球(3)与简易地球仪(4)之间，环形面(5)上设有棱柱状轴孔(46)，棱柱状轴孔(46)用于放置固定轴(30)，使环形面(5)固定，并使环形面(5)与地半球法兰(7)平面平行，环形面(5)上与棱柱状轴孔(46)相对的一侧有一个n形槽(39)，将n形槽(39)置于西半球(23)内部的西转轴(32)上，使节气时间球(3)转动时环形面(5)保持固定状态，所述环形面(5)上立有一弧形杆(34)，弧形杆(34)的另一端吊有一模型人(8)，模型人(8)位于简易地球仪(4)球心的正上方；

东半球(22)上设有东转轴(31)，东转轴(31)位于时间刻度线(27)中的六时刻度线与节气纬线(26)中的赤道线的交点处，东转轴(31)内设有固定轴(30)，所述固定轴(30)从东转轴(31)内穿入到节气时间球(3)内部并与简易地球仪(4)相接，所述固定轴(30)固定在地半球法兰(7)上；

西半球(23)上设有西转轴(32)，西转轴(32)位于时间刻度线(27)中的十八时刻度线与节气纬线(26)中的赤道线的交点处，西转轴(32)在西半球(23)的球外部分为圆柱与棱柱的组合体，圆柱部分置于地半球(2)的转轴槽口(16)内，棱柱部分安装旋转把手(6)，西转轴(32)在球内的部分与简易地球仪(4)相接，使简易地球仪(4)与节气时间球(3)一起在天半球(1)与地半球(2)之间转动；

所述东转轴(31)与西转轴(32)均与对应的东半球(22)和西半球(23)相结合，东转轴(31)和西转轴(32)外侧均设有限位挡板(33)，用于控制节气时间球(3)的转动角度；

所述简易地球仪(4)位于节气时间球(3)内的球心处，与节气时间球(3)的东转轴(31)和西转轴(32)相接，简易地球仪(4)随节气时间球(3)转动，所述简易地球仪(4)为透明球，球面上标有赤道，南回归线、北回归线、南极圈、北极圈，所述简易地球仪(4)内安装可控正逆转电机(36)、激光灯(35)、单向转电机(37)，可控正逆转电机(36)、激光灯(35)、单向转电机(37)的导线从固定轴(30)内穿出，与地半球法兰(7)上的电源插座(41)、控制开关A(18)、控制开关B(19)连接；

所述激光灯(35)安装在可控正逆转电机(36)的转轴上，所述可控正逆转电机(36)安装在单向转电机(37)转轴上，可控正逆转电机(36)带动激光灯(35)作限位双向摆动，单向转电机(37)带动可控正逆转电机(36)作单向无限制转动，单向转电机(37)转轴的另一端与导电滑环(38)的转子相接，可控正逆转电机(36)和激光灯(35)由导电滑环(38)连接供电；

所述支脚(10)设置在地半球(2)下部，用来支撑度量演示装置。

2.根据权利要求1所述的太阳视运动度量演示装置，其特征在于，所述东转轴(31)、西转轴(32)、固定轴(30)均为空心轴，所述东转轴(31)和西转轴(32)棱柱部分均为六棱柱。

3.根据权利要求1所述的太阳视运动度量演示装置，其特征在于，方位角刻度线(12)每隔5度或15度刻度标注，高度角刻度线(13)每隔5度或15度刻度标注。

4.根据权利要求1所述的太阳视运动度量演示装置，其特征在于，所述观测地纬度刻度(45)由南极到北极每隔5度或10度进行刻度标注，所述节气纬线(26)由赤道向南、北每隔5度或10度刻度标注。

5.根据权利要求1所述的太阳视运动度量演示装置，其特征在于，所述支脚(10)有三个，每两个支脚(10)之间夹角为120°。

6.根据权利要求1所述的太阳视运动度量演示装置，其特征在于，所述可控正逆转电机(36)带动激光灯(35)作限位双向摆动的摆动范围为47度角。

7.如权利要求1～5任一项所述太阳视运动度量演示装置的演示方法，其特征在于，

运用标有方位角刻度线(12)与高度角刻度线(13)的天半球(1)度量观测地天空，对观测地处白天不同时刻的太阳位置进行度量，天半球(1)球面上东西圈(43)与子午圈(44)交点处为天顶(11)；

运用节气时间球(3)球面上节气刻度线(26)度量太阳直射点的纬度，以此来表示不同节气时太阳直射地球的纬度；

运用节气时间球(3)球面上的时间刻度线(27)度量观测地太阳在一天运动中的地方时时间，其中正午时分为十二时；

运用节气时间球(3)球面上的观测地纬度刻度(45)指示观测地的纬度；运用简易地球仪(4)上方的模型人(8)直观显示观测地在地球上的位置；

运用从简易地球仪(4)球心处激光灯(35)发出的红色激光投射到节气时间球(3)球面上，由投射的激光点所在位置处时间刻度线(27)的刻度读出太阳位置对应的地方时时间；由激光发点所在位置处的节气刻度线(26)的刻度读出太阳直射点的纬度数或节气；激光灯(35)投射到天半球(1)上的激光点所在位置的高度角刻度线(12)与方位角刻度线(13)的位置读出太阳高度角与方位角。