CN1086494C - 多功能地球仪 - Google Patents

Abstract

本发明将地球仪分成南、北半球仪，南半球仪赤道平面设有颜色表示的地球内部圈层构造；采用半轴传动；赤道平面上交叉分布着五个半圆表示经线面；经线面之间，垂直于地心设有三块锐角球面板表示纬线面；在地球仪外部装备有表示夜半球的湛蓝色夜半球仪；夜半球仪上设计有水红色晨线、黄色昏线、红色午线和黑色子线，形成一个主要用于地理教学的多功能地球仪，可以直观地观察和观测地球内部构造，地球自转和公转所产生的地理现象。

Description

多功能地球仪

本发明涉及一种由地球内部圈层构造、经纬线面、南半球仪、北半球仪、夜半球仪和正午太阳高度角度量仪组成的多功能地球仪。

目前的现有技术中，地球仪作用及功能单一，例如按教育部M30401标准生产的地球仪，只具备地球海陆分布、主要国家分布、经纬线，在地球仪内部缺少地球内部圈层构造、赤道平面和经纬线面，在外部缺少夜半球仪，不能度量昼夜长短和正午太阳高度，按教育部M30405标准生产的经纬度模型和J30406生产的地球运行仪都是由几何原理形成立体空间概念，由于由几何原理形成立体空间概念在高中立体几何教学中是学生难以愈越的障碍，加之演示定位不准，仪器笨重，容易损坏的缺点，该仪器很难用于高中教学。

本发明的任务是提供一种结构简单，成本低廉的多功能地球仪，即能直观地观察地球内部圈层构造；经纬线面，即高中立体几何中的二面角和球面角；演示地球上一年四季昼夜长短和正午太阳高度变化，度量世界任何地点昼夜长短和正午太阳高度角，同时采用半轴套手柄传动地球仪，改变了地球仪有史以来不科学的传动方式。

本发明的多功能地球仪，是将地球仪分成南半球仪，北半球仪，并在南半球仪赤道线内镶嵌一块小于该地球仪半径的有机玻璃板作为地球平面，在赤道平面上用不同的颜色表示地球内部圈层构造；五个半径小于地球仪半径有色和透明有机玻璃板交叉分布在赤道平面上作为地球经纬线面，在经线面交汇点即北极有一颗螺丝固定北半球地球仪，在两个经线面之间平衡于赤道平面设计有三块可以活动的等角白色纬线面板，分别表示0°、30°和60°纬线面，形成经纬线面仪；地球仪南半轴通过南极并固定在赤道平面中心，南半轴下端延长部分固定在地球仪平衡梁倾斜的套轴内，并用胶木手柄固定；在南半球仪南极与平衡梁之间有一可自西向东旋转的旋转轴滑槽支架，滑槽可南北移动46°52′42″；直径大于地球仪的湛蓝色夜半球仪上设计有晨线、昏线、子线，晨昏线和子线在夜半球仪北极点上安装有正午太阳高度角度量仪即午线，夜半球仪子线处设计有固定螺丝，固定螺丝置于滑槽中并用螺帽固定。在本发明的技术解决方案中，手柄旋转南半轴，可以演示地球自转产生的赤道平面；经线面和纬线面，即高中立体几何中的两面角、球面角；直观观察地球内部层构造；在地球仪外部，可见直观观察地球上一年四季昼夜变化，极昼极夜变化和度量世界各地昼夜长短和正午太阳高度角。

由于本发明在地球仪内设计了赤道平面，地球内部圈层构造、经纬线面、在外部设计了夜半球仪和正午太阳高度角度量仪，使地球仪功能更加完善，实现了一种地球教学仪器多种教育教学功能，结构紧密，携带方便，解决了由几何原理形成立体空间概念的教学难点问题，同时该仪器可自由拆卸组合，培养了学生的实践能力和创新思维。

下面结合附图和具体实施方法以对本发明作进一步详细的说明。

附图是本发明多功能地球仪的示意图。

本发明在地球仪内部设计的教学功能

多功能地球仪是将地球仪分成南、北半球仪，在南半球地球仪10赤道线内镶嵌有圆形有机玻璃表示赤道平面8，赤道面上设计有用颜色表示的地球内部圈层构造8，南半轴上端通过地球仪南极，并固定在赤道平面中心，南半轴下端延长部分固定在地球仪平衡梁12倾斜的套轴内，并用胶木手柄固定，胶木手柄转动半轴，地球仪开始自转运动。其特点是改变了部标M30401地球仪结构和传动结构，能够直观地观察地球赤道平面和地球内部的圈层构造。

多功能地球仪在赤道平面上交叉分布着三个透明的半圆有机玻璃板，分别表示东西经度45°，90°，135°经线面7，四个1/4圆有色有机玻璃板间于透明有机玻璃板之间，其中红色面表示0°经线面，黑色面表示180°经线面，两面色面分别表示20°W，160°E经线面7，黄面为东半球，蓝面为西半球。其特点是透明有机玻璃面为骨架，有色面相间其间的交汇线科学地形成了透明的地球自转假想轴；可以直观地观察地球经线面；直观地说明经度划分，地球上任何一个子午线面与本初子午线面的夹角，即数学上讲的两面角，即可以直观地说明东西经度的划分，红面以东为东经度，以西为西经度；可以直观地说明东西半球的划分；可以形象地说明经线特点，即经线的长度相等，正相对的两条经线组成一线经圈，任何一个线经圈都可以把地球平分为两个半球。

多功能地球仪在经线面之间设计有三块平行于赤道平面，可以活动的等角球面板，分别表示赤道、30°N和60°N纬线面，90°纬线为经线面交汇点，即北极点，其特点是可以直观地观察地球的纬线面3；直观地说明纬度的划分，即地球上任何一点与赤道平面之间的夹角；可以直观地说明南、北纬度的划分，即赤道平面以北为北纬，以南为南纬；形象说明南、北半球的划分；形象地说明纬线的特点，纬线自成圆圈，赤道纬线最长，并且从赤道向两极缩小为一点。

多功能地球仪在装上夜半球仪2后，转动手柄13，在地球自转的状况下，对照午线9，可以直观地观测和形象地说明地球自转的角速度相等，即地球仪经线面经过午线的时间相等，说明了地球自转角速度相等；可以直观地观测和形象地说明地球上各纬度自转的线速度不等，即地球仪单位时间内通过午线的纬线长度不等，取出三块白色纬线面板比较，说明线速度从赤道向两极递减，60°纬线长度为赤道一半；可以直观地观察和形象地说明南、北两极点角速度和线速度为0；同时也可以直观和形象地说明经线与经线的距离从赤道向两极缩小为0，纬线与纬线之间的间隔距离相等，即取下三块表示纬线面的等角球面板，其三块等角球面板都镶嵌在经线45°角之间，但它们的线面长度不等，说明经线与经线的距离从赤道向两极递减。三块等角球面板之间纬度各为30°，它们之间的距离相等，说明纬线与纬线之间的距离相等。

使用多功能地球仪在教学时，可以将直尺或教鞭代表地球公转轨道平面，将其斜交于南北回归线之间，可以直观地观测和形象地说明地球自转的赤道平面和公转的轨道平面之间的交角，即黄赤交角。

多功能地球仪外部设计的教学功能

多功能地球仪将北半球仪6合在南半球仪10上，拧紧固定北极的螺帽。将夜半球仪2装入滑槽内1，拧紧固定螺帽，至此完善了地球仪外部功能，改变了地球仪完全暴露的面貌，还地球在宇宙中半阴半阳的本来面目。夜半球仪与地球仪结合，可以直观和形象地观察、说明地球上的晨线即水红色线5、昏线即黄色线1、子线即黑色线4、午线即正午太阳高度角度量仪。可以直观地观察和说明地球上昼夜分布状况；可以直观地观测和说明地球上不同纬度的各地昼弧和夜弧的长度，即不同纬度地带白昼和黑夜的时间；可以直观地观测和说明地球上不同纬度的地方正午太阳度高角；说明太阳高度角从直射点呈辐射状向四周递减，晨昏圈上太阳高度角为0°；能形象地说明地方时的形成，同一经线上地方时相同，经度相差15°的两地地方时相差1小时；在说明地方时的基础上，可以说明世界区时和时区的形成机制。

转动手柄13，在多功能地球仪自转的状况下，可以直观地观察和说明地球或地球上某个地点一日内昼夜更替规律；一日内子午线和晨昏线的演替规律；一日内正午太阳高度角和太阳高度角的变化规律；能形象地说明为什么经线又称子午线。

把夜半球仪2从南回归线移至北回归线，再由北回归线移至南回归线。可以直观地观察午线上的太阳直射点在回归线之间的回归运动，形象地说明这个周期即为一个回归年；说明太阳直射点两次经过南北回归线之间地带。而南、北回归线上只能直射一次。

多功能地球仪具备J3406地球运行仪功能，并更直观，突破了几何原理形成立体空间概念的难点，在使用时可将讲台作为平行于地球公转轨道平面，讲台中心作为太阳位置，东西向转动和南北移动夜半球仪2，可以直观地观测和说明地球在公转轨道上特定日期太阳直射点的地理座标；太阳高度角及变化规律；各纬度昼弧和夜弧的长度即昼夜时间及变化规律；极昼和极夜出现的地区、演替规律、极圈到极点各纬度极昼极夜的日数随纬度的增高而增多；可以直观和形象地说明赤道上昼夜恒等的形成机制。

多功能地球仪置于讲台正前方，地轴向右倾斜，把地轴上固定夜半球仪支架的螺帽拧松旋转至学生方向再拧紧，把固定夜半球仪螺帽拧松移至滑槽1中间再拧紧，可以直观地观察和说明此时地球位于地球公转轨道上的春分点，即每年3月21日前后。太阳直射点位于赤道上，赤道太阳高度角为90°，太阳高度从赤道向南北递减，南北两极太阳高度为0。此时晨昏线中点位于赤道，晨昏线两交点与两极点相切，全球各地昼弧等于夜弧，昼夜长短相等。北极点从这一天后进入极昼，北极点以南到北极圈各纬度相继进入极昼；南极点从这一天后进入极夜，南极点以北到南极各纬度相继进入极夜。

多功能地球仪置于讲台左侧，地轴向右倾斜，把地轴上固定夜半球仪支架1的螺帽拧松，转至左侧再拧紧，把固定夜半球仪螺帽拧松移至滑槽南端再拧紧，可以直观地观察和说明此时地球位于地球公转轨道上的夏至点，即每年的6月22日前后。此时太阳直射点位于北回归线上，北回归线上太阳高度为90°，北回归线以北各纬度太阳高度角达最大值，太阳高度从北回归线向南北递减，北极点太阳高度为23°26′21″，南极圈太阳高度为0。晨昏线中点位于赤道，晨昏线与南北极圈相切，北半球各纬度昼弧大于夜弧，昼长大于夜长，从赤道越往北，白昼越来越长，北极圈这一天出现极昼，此时北极圈内各纬度均为白昼，从这一天后，极昼现象从北极圈以北逐日递减；赤道昼弧等于夜弧，昼长等于夜长；南半球各纬度昼弧小于夜弧，昼长小于夜长，从赤道往南白昼越来越短，南极圈这一天出现极夜，南极圈以南各纬度均为极夜，从这一天后极夜现象从南极圈往南逐日递减。

多功能地球仪置于讲台前，地轴向右倾斜，把固定夜半球仪2支架1的螺帽拧松，转至黑板方向再拧紧，把固定夜半球仪螺帽拧松移至滑槽中间再拧紧，可以直观地观察和说明此时地球位于地球公转轨道上的秋分点，即每年9月23日前后。太阳直射点位于赤道上，赤道太阳高度角90°，太阳高度从赤道向南北递减，南北两极太阳高度为0。此时晨昏线中点位于赤道，晨昏线两交点与两极点相切，全球各地昼弧等于夜弧，昼夜长短相等。北极点从这一天后进入极夜，北极点以南至北极圈各纬度相继进入极夜；南极点从这一天后进入极昼，南极点以北至南极圈各纬度相继进入极昼。

多功能地球仪置于讲台右侧，地轴向右倾斜，把固定夜半球仪2支架1的螺帽拧松，转至右侧再拧紧，把固定夜半球仪螺帽拧松移至北端再拧紧，可以直观地观察和说明此时地球位于地球公转轨道的冬至点，即每年的12月22日前后。此时太阳直射点位于南回归线上，南回归线上太阳高度角为90°，南回归线以南各纬度太阳高度达最大值，太阳高度从南回归线向南北递减，南极点太阳高度为23°26′21″，北极圈太阳高度为0。晨昏线中点位于赤道，晨昏线与南北极圈相切，南半球各纬度昼弧大于夜弧，昼长大于夜长。从赤道往南白昼越来越长，南极圈这一天出现极昼，南极圈内各纬度均为白昼，从这一天后，极昼现象从南极圈以南逐日递减；赤道昼弧等于夜弧，昼长等于夜长；北半球各纬度昼弧小于夜弧，昼长小于夜长，从赤道往北白昼越来越短，北极圈这一天出现极夜，北极圈以北各纬度均为极夜；从这一天后极夜现象从北极圈往北逐日递减。

通过演示过程可以说明因太阳高度角的变化和昼夜长短的变化形成了地球上四季的更替。

Claims (1)

1. 一种多功能地球仪由地球内部圈层构造、经纬线面、南半球仪、北半球仪、夜半球仪和正午太阳高度角度量仪组成，是将地球仪分成南半球仪(10)和北半球仪(6)；在南半球仪赤道线内镶嵌着地球内部圈层构造(8)；在地球内部圈层构造仪平面上交叉分布着五个半圆经线面(7)，在两个经线面之间设计有三块可以活动的等角球面板表示纬线面(3)，形成经纬线面；南半轴上端通过南极并固定在地球内部圈层构造仪即赤道平面中心，南半轴下端通过多功能地球仪平衡梁(12)倾斜的套轴内，下端由胶木手柄(13)固定，手柄传动南半轴，多功能地球仪开始自转运动；在多功能地球仪外部装备有湛蓝色有机玻璃半圆球表示的夜半球仪(2)，沿半圆切口设计有用水红色表示的晨线(5)，黄色表示的昏线(11)，并在半圆1/2球面上有用黑色表示的子线(4)，在夜半球仪北端晨昏线和子线交汇处设计有正午太阳高度角度量仪同时表示午线(9)，在夜半球仪子线处有一颗螺钉固定在夜半球仪上，将其套入地球仪平衡梁上旋转轴滑槽(1)中。

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