CN114446141A - 一种地球运动教学简易动态演示教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地球运动教学简易动态演示教具，包括对称组成的椭圆形公转轨道底板，公转轨道底板的外沿设有地球仪组件，所述地球仪组件设有地球仪底座、通过支撑架连接的地球仪，所述支撑架包括位于竖直杆上的水平杆、与水平杆外侧的斜杆，所述斜杆为地球仪上地轴的延长线，所述地球仪南极点处设有第一齿轮，所述斜杆下端设有与第一齿轮连接的第二齿轮；公转轨道底板内侧的焦点处设有太阳模型组件，所述太阳模型组件包括太阳模型支撑座和位于太阳模型支撑座支架上的太阳模型，支架通过伸缩连接杆与地球仪的竖直杆连接。本发明采用上述的一种地球运动教学简易动态演示教具，结构简单，形象直观，能直观、形象地演示或呈现26种地理现象及规律。

Description

一种地球运动教学简易动态演示教具

技术领域

本发明涉及地球演示教具技术领域，尤其是涉及一种地球运动教学简易动态演示教具。

背景技术

地理是研究地球表面的地理环境中各种自然现象和人文现象，以及它们之间相互关系的学科。目前，国内地理教学过程缺乏教具演示，难以给学生以直观感受。涉及地球自转、公转相关知识，一直是地理教学重点难点之一，该部分内容抽象、枯燥，当前仍然主要依靠地球仪进行辅助教学，功能单一，无法演示地球与太阳之间的位置关系及相互影响过程，单调的理论讲授让学生很难形成系统性认识，严重影响学习效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种地球运动教学简易动态演示教具，结构简单，形象直观，能直观、形象地演示或呈现多种地理现象及规律，确实为地球运动教学的好帮手。

为实现上述目的，本发明提供了一种地球运动教学简易动态演示教具，包括对称组成的椭圆形公转轨道底板，公转轨道底板的外沿设有地球仪组件，所述地球仪组件设有地球仪底座、通过支撑架连接的地球仪，所述支撑架包括位于竖直杆上的水平杆、与水平杆外侧倾斜连接的斜杆，所述斜杆为地球仪上地轴的延长线，所述地球仪南极点处设有第一齿轮，所述斜杆下端的正反转电机上设有与第一齿轮连接的第二齿轮；

公转轨道底板内侧的焦点处设有太阳模型组件，所述太阳模型组件包括太阳模型支撑座和位于太阳模型支撑座支架上的太阳模型，支架通过伸缩连接杆与地球仪的竖直杆转动连接，所述公转轨道底板的中心处设有用于测量纬度与太阳高度角的测量尺，所述公转轨道底板的外沿设有与测量尺尖端对应的纬度刻度和太阳高度角刻度。

优选的，所述地球仪的外侧套设有垂直于伸缩连接杆的晨昏圈框型架，晨昏圈框形架与竖直杆位于同一竖直面上，所述太阳模型的外侧套设有黄道平面，所述地球仪外侧还设有赤道平面。

优选的，所述太阳模型支撑座的下方设有位于公转轨道底板上的逆时针节气表，所述节气表的圆心为公转轨道底板的焦点，并与太阳模型的中心在同一竖直线上，其夏至日与公转轨道底板的长轴夹角为15^°。

优选的，所述公转轨道底板的反面外侧设有垂直的经度量角器。

优选的，所述测量尺上方的中线上设有竖直设置的第一支撑片和第二支撑片，所述第一支撑片位于测量尺的尖端侧，第二支撑片位于远离测量尺尖端的2/3处，并在公转轨道底板右侧设有气泡型水平仪，水平仪方向与短轴平行。

优选的，所述第一支撑片的上方设有通孔，所述第二支撑片上方设有与通孔位于同一水平高度的定位点。

优选的，所述太阳模型内设有白光光源，其中心处设有水平照射的红外线射灯光源。

优选的，所述公转轨道底板的焦点处设有固定太阳模型的螺钉，使太阳模型的中心与该焦点处于同一竖直线上。

优选的，所述公转轨道底板的短轴为侧视光照图的南、北极，其长轴为赤道，并同时设有纬线，所述公转轨道底板的长轴为55cm，其短轴为52cm，其外沿设有向上突起的边条。

优选的，太阳模型中心与地球仪中心位于同一水平面上。

因此，本发明采用上述一种地球运动教学简易动态演示教具，更适合高、初中地理有关地球运动的课堂教学与实践，它不仅能直观、形象地演示或呈现地球运动方面13类共26种地理现象及规律，而且，通过公转运动的手动设计和自转运动的遥控正、反转设计以及太阳高度测量尺设计等，可以有效地培养和检测学生地理实践力素养。

本发明的教具具有如下技术优势：

(1)可以实现地球公转过程中日地距离的微观变化(近日点和远日点)的观测；

(2)可以直观显示黄道平面和黄赤交角；

(3)可以有效培养和考查学生的在自转、公转和太阳高度角的测量等方面的地理实践力；

(4)可以直观观测太阳直射点及其周年运动规律；

(5)可以直观观测晨昏圈与太阳光线的几何位置关系；

(6)本教具各组件既可以组合使用，又可以相对独立使用。可以根据演示需要选取不同的教具组件；

(7)可以实现演示功能的最大化，最大程度的发挥本教具的功能；

本发明的教具是一款演示地球运动教学中若干地理现象的教具。与目前市场上其他一些相关教具相比较，本教具更适合高、初中地理有关地球运动的课堂教学与实践，它不仅能直观、形象地演示或呈现地球运动方面13类共26种(目前已开发)地理现象及规律，而且，通过公转运动的手动设计和自转运动的遥控正、反转设计以及太阳高度测量尺设计等，可以有效地培养和检测学生地理实践力素养。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明一种地球运动教学简易动态演示教具实施例的示意图；

图2是本发明一种地球运动教学简易动态演示教具中地球仪组件实施例的示意图；

图3是本发明一种地球运动教学简易动态演示教具中经度量角器实施例的示意图。

附图标记

1、公转轨道底板；2、地球仪；3、太阳模型；4、伸缩连接杆；5、地球仪底座；6、水平杆；7、斜杆；8、第一齿轮；9、第二齿轮；10、测量尺；11、晨昏圈；12、黄道平面；13、赤道平面；14、节气表；15、经度量角器；16、第一支撑片；17、第二支撑片；18、太阳模型支撑座；19、气泡型水平仪；20、垂直杆。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图所示，一种地球运动教学简易动态演示教具，包括对称组成的椭圆形公转轨道底板1，对称的两个结构之间通过合页连接，实现公转轨道底板1的自由开合。公转轨道底板1上通过螺钉固定太阳模型支撑座18。公转轨道底板1上设有纬度线，用于标注特定的纬度。公转轨道底板1的反面外侧设有垂直的经度量角器15，经度量角器15实现经度的测量。

公转轨道底板1的外沿设有地球仪组件，公转轨道底板1的长轴为55cm，其短轴为52cm，其外沿设有向上突起的边条，边条为地球仪组件的转动提供运行轨迹。公转轨道底板1的焦点处设有太阳模型组件，太阳模型组件的斜杆通过伸缩连接杆4与地球仪2下方的垂直杆20水平可转动式连接，通过伸缩连接杆4实现太阳模型3与地球仪2之间的同步运动。由于公转轨道底板1的长轴、短轴长度不一致，伸缩连接杆4的结构设置为地球仪2绕太阳模型3转动提供保障。

地球仪底座5的垂直杆20上方的水平杆6上设有与水平杆夹角为66^°34^’的斜杆7，斜杆7为地球仪2的支撑提供稳定。斜杆7上设有位于地球仪2下方(南极处)的第一齿轮8，第一齿轮8同与电机连接的第二齿轮9连接，电机带动第二齿轮9转动，第二齿轮9通过第一齿轮8带动地球仪2转动。

公转轨道底板1中心处设有用于测量纬度与太阳高度角的测量尺10。测量尺10的尖端设有位于公转轨道底板1上的纬度刻度与高度刻度，通过太阳高度测量尺实现太阳高度的测量。通过测量尺与赤道的夹角实现纬度的测量。测量尺10上方的中线上设有竖直设置的第一支撑片16和第二支撑片17，第一支撑片17位于测量尺10的尖端附近，第二支撑片17位于远离测量尺10尖端的2/3处，第一支撑片16的上方设有通孔，第二支撑片17上方设有与通孔位于同一水平高度的定位点，光线自通孔射入，再落到定位点上实现太阳高度的准确测量。在公转轨道底板1右侧设有气泡型水平仪，水平仪实现水平调节。

地球仪底座5上方的框型支撑架上设有套设于地球仪2外侧的晨昏圈11，晨昏圈11表明地球上昼半球和夜半球之间的分界线。太阳模型3的外侧套设有黄道平面12，黄道平面12指地球绕太阳公转的轨道平面。地球仪2外侧还设有赤道平面13，赤道平面13指地球赤道所在的平面。

太阳模型支撑座18下方设有位于公转轨道底板1上的节气表14，节气表14用于表明24节气及日期。太阳模型3的中心与节气表14的中心在同一竖直线上。太阳模型3内设有白光光源，白光光源实现太阳模型的照射。太阳模型3的中心设有水平照射的红外线射灯光滑，红外线射灯用于观察太阳直射点位置。

本发明的教具使用时，根据不同的演示需求，可以实现以下不同的情况：

(1)演示地球绕地轴自转的现象及自转的方向、日月星辰东升西落的现象及原因等

把地球仪组装好后，打开地球仪自转电源，即可观测到地球绕地轴自转及自转的方向；以地球为参考物，可以得出日月星辰东升西落的现象及原因。

分别调节第二齿轮的转动方向，尝试判断正确的地球自转方向，总结地球自转方向的规律，考查学生的对地球自转方向的掌握情况。

(2)演示昼夜现象(昼半球、夜半球)及昼夜交替现象，演示晨昏圈及晨昏圈在一天内的运动规律

打开太阳模型电源开关，可观测昼夜现象(昼半球、夜半球)和晨昏圈；同时打开地球自转电源开关和太阳模型电源开关，可演示昼夜交替现象；以地球为参考物，可以得出晨昏圈在一天内的运动规律等。

(3)演示地球公转轨道(黄道平面)

把地球仪的地球仪底座与太阳模型的太阳模型支撑座之间用伸缩连接杆连接好后，再把太阳模型支撑座放在公转轨道底板的两个镙钉上固定，然后转动地球仪底座，使地球仪沿公转轨道底板的外边缘绕太阳运转(注意：在公转过程中，必须要保持地轴方向不变)，这就是地球绕日的公转。

让学生动手操作地球的公转，考查学生对地球公转与自转的关系的掌握情况——地球在公转过程中地轴始终指向北极星。这也是本发明教具进行非机动(手动)设计的目的之一。

(4)演示黄赤交角

把赤道平面套在地球仪上，把黄道平面套在太阳模型上，可以很容易发现，黄道平面与赤道平面明显不在一个平面上，它们之间存在一个夹角，这就是黄赤夹角。

(5)演示日地距离的变化、近日点与远日点的位置

转动地球仪底座，使地球仪沿公转轨道底板的外边缘绕太阳运转(注意：在公转过程中，要保持地轴方向不变)，这时，可以发现，伸缩连接杆的长度在发生变化(也可以直接观测日地距离的变化)。当日地距离最近时为近日点(1月初)，当日地距离最远时为远日点(7月初)。

(6)演示地球在公转轨道上的公转速度的变化，以及夏半年和冬半年的天数不一样的原因

从近日点(1月初)开始，地球公转速度渐慢，到远日点(7月初)公转速度最慢；然后，公转速度渐快，再到近日点(1月初)时最快。

打开地球自转开关，可以解释夏半年和冬半年的天数不一样的原因。以北半球为例，可以解释夏半年(186天)和冬半年(179天)的天数不一样的原因。打开地球自转开关，长按遥控器A键，实现地球自转，同时，用手操作，使地球从春分日(3月21日前后)向秋分日(9月23日前后)进行公转。因为北半球夏季时转到远日点时(7月初)线速度为29.3km/s为一年中最小，北半球冬季时转到近日点时(1月初)线速度为30.3km/s为一年中最大。而地球自转的速度不变，所以在夏半年期间，地球多自转了几圈，而在冬半年期间，地球少自转了几圈。所以，北半球夏半年为187天，而冬半年为179天。

(7)演示太阳直射点和太阳直射点的周年运动规律

1.组装好教具后，打开红外线光源开关，即可观测到落在地球仪表面的太阳直射点。

2.打开红外线光源开关，并进行地球公转运动，即可观测到太阳直射点的周年变化规律：

a、6月22日前后，太阳直射点在赤道以北的北回归线上；

b、随着地球自西向东公转，太阳直射点逐渐靠近赤道(向南移动)，到9月23日前后，太阳直射到赤道上；

c、随着地球的继续公转，太阳直射点继续向南移，到12月22日前后，直射到南回归线上；

d、随着地球的继续公转，太阳直射点向北移，到第二年的3月21日前后，直射到赤道上；

e、随着地球的继续公转，太阳直射点继续向北移，到6月22日前后，再次直射到北回归线上。

(8)演示昼夜长短及其变化

转动地球仪至公转轨道的任一位置，根据晨昏圈的位置，观察任一纬线上的昼弧与夜弧的比例，可得该纬线上的昼夜长短情况；持续进行公转运动，观察任一纬线上的昼弧与夜弧的比例的变化情况，可得该纬线上的昼夜长短的变化情况。

(9)演示北半球极昼、极夜现象及其周年变化规律、极昼和极夜现象与太阳直射点的运动关系

套上晨昏圈，用手带动地球仪围绕太阳模型进行公转运动，可以观测北半球极昼、极夜现象及其周年变化规律：

12月22日前后，太阳直射在南回归线上，北极圈及其以北地区为极夜；随着地球的公转，太阳直射点向北移动，北半球的极夜范围在逐渐变小。

到次年的3月21日左右，太阳直射点移动到赤道上，北半球极夜现象消失，北极点开始出现极昼现象。

随着直射点的继续北移，直射点进入北半球，北半球的极昼范围逐渐变大；

到6月22日前后，太阳直射到北回归线，北半球的极昼范围达最大，整个北极圈及其以北地区全部为极昼。

随着地球的公转，太阳直射点开始南移，北半球的极昼范围逐渐变小；

到9月23日前后，太阳直射点再次到达赤道上时，北半球的极昼现象结束，开始进入极夜。

随着地球的继续公转，直射点继续南移并进入南半球，北半球的极夜范围逐渐变大；

到12月22日前后，太阳直射到南回归线，北半球的极夜范围达最大，整个北极圈及其以北地区全部为极夜。

(10)演示24节气及其与地球公转的关系

带动地球仪作公转运动，可以观测地球处于公转轨道的不同位置，并观测所处的节气和各节气的日期。

(11)演示地球运动教学中的一些“假设”情况

本发明的教具还可以模拟一些假设情况——假设地球只公转不自转时的昼夜交替周期现象；假设地球自转方向相反而公转方向不变、地球自转方向不变而公转方向相反、地球自转方向和公转方向都相反等情况下的日月星辰和太阳直射点的运动变化规律等。

(12)演示地球仪上的纬度与经度的确定方法；

a、演示地球仪上的纬度确定方法

转动测量尺，读出指针与赤道之间的夹角。指针所指的纬线的纬度数等于指针与赤道之间的夹角。

b、演示地球仪上的经度确定方法

把公转轨道底板反过来，调好零度经线的板，转动另一面板，读经度量角器的数值，该数值即为该面板所代表的经线的经度。

(13)实地测量太阳高度(包括正午太阳高度)；

把公转轨道底板对折并垂直于水平面，调整底盘位置，使水平仪水平，并转动测量尺，使太阳光穿过通孔，并投影到定位点的“十字号”上。读指针的数值，该数值即为此时的太阳高度角。

因此，本发明采用上述一种地球运动教学简易动态演示教具，结构简单，形象直观，能直观、形象地演示或呈现26种地理现象及规律。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：包括对称组成的椭圆形公转轨道底板，公转轨道底板的外沿设有地球仪组件，所述地球仪组件设有地球仪底座、通过支撑架连接的地球仪，所述支撑架包括位于竖直杆上的水平杆、与水平杆外侧倾斜连接的斜杆，所述斜杆为地球仪上地轴的延长线，所述地球仪南极点处设有第一齿轮，所述斜杆下端的正反转电机上设有与第一齿轮连接的第二齿轮；

公转轨道底板内侧的焦点处设有太阳模型组件，所述太阳模型组件包括太阳模型支撑座和位于太阳模型支撑座支架上的太阳模型，支架通过伸缩连接杆与地球仪的竖直杆连接，所述公转轨道底板的中心处设有用于测量纬度与太阳高度角的测量尺，所述公转轨道底板的外沿设有与测量尺尖端对应的纬度刻度和太阳高度角刻度。

2.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述地球仪的外侧套设有垂直于伸缩连接杆的晨昏圈框型架，晨昏圈框形架与竖直杆位于同一竖直面上，所述太阳模型的外侧套设有黄道平面，所述地球仪外侧还设有赤道平面。

3.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述太阳模型支撑座的下方设有位于公转轨道底板上的逆时针节气表，所述节气表的圆心为公转轨道底板的焦点，并与太阳模型的中心在同一竖直线上，其夏至日与公转轨道底板的长轴夹角为15°。

4.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述公转轨道底板的反面外侧设有垂直的经度量角器。

5.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述测量尺上方的中线上设有竖直设置的第一支撑片和第二支撑片，所述第一支撑片位于测量尺的尖端侧，第二支撑片位于远离测量尺尖端的2/3处，并在公转轨道底板右侧设有气泡型水平仪，水平仪方向与短轴平行。

6.根据权利要求5所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述第一支撑片的上方设有通孔，所述第二支撑片上方设有与通孔位于同一水平高度的定位点。

7.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述太阳模型内设有白光光源，其中心处设有水平照射的红外线射灯光源。

8.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述公转轨道底板的焦点处设有固定太阳模型的螺钉，使太阳模型的中心与该焦点处于同一竖直线上。

9.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：所述公转轨道底板的短轴为侧视光照图的南、北极，其长轴为赤道，并同时设有纬线，所述公转轨道底板的长轴为55cm，其短轴为52cm，其外沿设有向上突起的边条。

10.根据权利要求1所述的一种地球运动教学简易动态演示教具，其特征在于：太阳模型中心与地球仪中心位于同一水平面上。

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