CN201508651U - 太阳高度与方位演示仪 - Google Patents

Abstract

太阳高度与方位演示仪，涉及一种教具。提供一种可方便直观地演示地球上任何地点、任何节气、任何时刻的太阳高度和方位的太阳高度与方位演示仪。设地球仪和测量仪。地球仪设有底座、转轴和球体，转轴与球体连接并穿过球体的南北极与底座转动连接，底座设上圆盘、底盘和刻度盘。测量仪设底座、旋转体、量角器和日晷晷面，底座与球体外表面吸合，旋转体与底座转动连接，量角器和日晷晷面设于旋转体内，量角器与日晷晷面垂直相交并与旋转体内壁吻合连接，垂直相交的交线与旋转体的中轴线及旋转体的旋转轴心线重合，量角器、日晷晷面与旋转体的半径相等，底座上设圆周分度标识，圆心位于旋转体的旋转轴心线上，旋转体的旋转轴心线指向地球仪球心。

Description

太阳高度与方位演示仪

技术领域

本实用新型涉及一种教具，尤其是涉及一种太阳高度与方位演示仪。

背景技术

目前，中学课本中介绍了用垂直立杆测影计算法来测量太阳高度的方法，该方法需要测量立杆及其影子的长度，并且要通过三角函数计算才能得出结果，十分不便。而且当太阳高度很低时，立杆的影长太长，影象模糊，根本无法判断和测量立杆影子的长度。

太阳的高度和方位，决定了太阳对地球表面的辐射，也决定了地球五带的划分、四季的形成、气候的变化，是一个十分重要的基本概念。高度和方位是三维的，并随时间、地点时刻变化着。准确地说，地球上任何地点、任何时刻，太阳高度与方位都是不一样的，而且随时间变化，所以很难用语言或文字简单地表述出来。中学课本中配以几张二维图来说明(如正午太阳高度角及其变化)，也难以表达太阳高度和方位的全部内容。最好能借助简单的教学仪器或教具来表现其空间关系和变化过程，直观形象地帮助学生理解其概念。

经典的三球仪，就是一个较好的演示仪器，它是以太阳为参照系来展示日、地、月三体之间的运动、变化和空间关系，但是，由于必须演示地球的公转，三球仪本身的大小就受到空间的限制，地球仪不可能做得很大，难以设置标志标，模拟太阳光线暗淡，难以形象地表达太阳高度和方位。

最近北京小学设计用以演示“四季形成”的一套设备，其中包括4个模拟太阳在二分二至点的聚光灯及支架，4个放置在二分二至点的大地球仪及支架，还有其它附设设备，用来演示不同季节的太阳高度，较为清楚，但其设备复杂、庞大，所需演示场所较大，十分不便，而且难以表达地球公转的周年运动中不同地点太阳高度变化的全过程。

有关测量太阳高度和太阳方位已有一些相关报道，公告号为CN2315611的实用新型专利提供一种太阳高度测量仪，设有透光板、刻度盘、定位轴、立柱、底盘，透光板一端设有透光窗，透光板另一端有三角指针，刻度盘上具有沿圆弧排列的刻度数，在透光板、刻度盘外侧定位轴上装置有垂直指针。透光窗中有斜“×”窗格，刻度数为0～90°的示数，从左到中，从右到中均为0～90°

公告号为CN2321059的实用新型专利提供一种半自动太阳高度测量器，该仪器采用重力对仪器测量盘的上下端连接的万向链分别垂挂重锤和旋钮安装带底座的支架上，进行水平自动调节的方式，只要使该仪器指示盘的盘面与阳光平行，即可读出当时太阳高度的确切数值。

公告号为CN200979406的实用新型专利提供一种简易太阳高度测量仪，它呈长方体，在它的主侧面上开一个四边形的口，在四边形的口上覆盖一层黑色胶片，在长方体的后侧面上开一个圆形的小孔，在长方体的一侧设置刻度盘，在刻度盘的圆心上设置一根细线，在细线的下端拴一垂直物。

公开号为CN101149259的发明专利申请提供一种太阳方位探测器，包括：顶部具有能够透光的缝隙的壳体以及第一光电探测部件。第一光电探测部件包括在光敏材料基片上形成的形状相同的第一和第二光电探测元件，第一和第二光电探测元件能够各自响应于通过所述缝隙入射的太阳光而提供电信号。该发明的太阳方位探测器输出的信号与电池板的方位角具有特定数值关系，从而提高了太阳能电池板角度调节系统对太阳能电池板进行调节的精度。

公开号为CN101458881的发明专利申请提供一种太阳方位观测仪，具有铅垂刻度盘，铅垂刻度盘上设置沿刻度中心轴转动的观测架，观测架上的前端设置观测孔、后端设置显示板，铅垂刻度盘安装在底座上，所述底座上设置水平刻度盘，铅垂刻度盘平面相对于水平刻度盘的铅垂中心轴形成相对转动的联接，铅垂刻度盘平面向下延伸至水平刻度盘平面，水平刻度盘的中心至零度刻线上设置指南针。该发明在原有观测太阳仰角的同时，还能观测太阳相对于观测点在水平坐标内的角度，充分地反映了三维空间意义上的太阳与地球之间的相对位置关系。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可方便直观地演示地球上任何地点、任何节气、任何时刻的太阳高度和方位的太阳高度与方位演示仪。

本实用新型设有地球仪和测量仪。

地球仪设有地球仪底座、转轴和球体，转轴与球体连接并且穿过球体的南北极与地球仪底座转动连接，转轴为地球仪的自转轴，地球仪底座设有上圆盘、底盘和刻度盘，上圆盘与底盘转动连接，刻度盘设于上圆盘上，球体内设有磁体，所述球体为空心球体。

测量仪设有测量仪底座、旋转体、量角器和日晷晷面，测量仪底座与地球仪的球体外表面吸合，旋转体与测量仪底座转动连接，量角器和日晷晷面设于旋转体内，量角器与日晷晷面垂直相交并与旋转体内壁吻合连接，垂直相交的交线与旋转体的中轴线及旋转体的旋转轴心线重合，量角器的半径、日晷晷面的半径均与旋转体的半径相等，测量仪底座上设有圆周分度标识，圆周分度标识的圆心位于旋转体的旋转轴心线上，旋转体的旋转轴心线指向地球仪球心，所述旋转体为半球形碗状旋转体，所述量角器为半圆片形量角器，所述日晷晷面为半圆片形赤道式日晷晷面。

所述地球仪底座与球体之间最好设有支架，支架与转轴下部转动连接，支架用于更好地支撑球体。

所述刻度盘上最好设有黄经、赤纬、节气、日期等刻度标识。

所述底盘上最好设有入射光线指示尺，入射光线指示尺用于指示入射光线的方向。

所述旋转体的开口端面最好设有凸缘环边，凸缘环边便于用手旋转旋转体。

所述旋转体与测量仪底座转动连接最好是旋转体的底部设有旋转体支架，旋转体支架与测量仪底座转动连接，所述旋转体支架上设有指示标志，指示标志用于指示设于测量仪底座上的圆周分度标识。所述指示标志可为红色等颜色的圆点。

所述测量仪底座的底部最好设有铁磁性物体或磁体，铁磁性物体或磁体与设于地球仪的球体内的磁体吸合。

所述测量仪底座的底面最好为球弧凹面，球弧凹面与地球仪的球体外表面吻合。

所述测量仪底座的圆周分度标识最好设有东、西、南、北、360°方位等标识，最好还设有从南向东0～90°的方位标识及从北向西0～90°的方位标识。

本实用新型用于教学时的演示方法如下：

1、将演示仪放在水平台面上，底座处于水平状态；

2、将测量仪吸合在地球仪外表面赤道的某经度上(例如东经120°)，并使测量仪中的量角器与地球仪的经线平行且为南北向；

3、打开模拟太阳光的平行光源，调整平行光源，使入射光线指向冬至点，此时量角器的直径在日晷面上的投影即为东经120°日晷时(即真太阳时)(例如上午9时，此时该经线上所有真太阳时均为9时)；

4、保持地球仪方位不变，根据需要从该经线移至待测的地理位置(某指定的纬度，例如北纬30°)，并使测量仪中的量角器与地球仪的经线平行且为南北向；

5、转动测量仪的旋转体，使量角器的阴影消失(即转到量角器与入射光线平行且呈正投影状态)，此时阳光对量角器的正投影是映在旋转体内并紧贴量角器侧面底端的一条弧线，该弧线的前端始点(投影边界)所对应在量角器上的刻度值即为太阳高度角，即为北纬30°、东经120°冬至日上午9时的太阳高度角；此时测量仪底座上所对应的圆周分度标识的角度值即为太阳方位角(即是测量仪上的指示标志所转过的角度)，即为北纬30°、东经120°冬至日上午9时的太阳方位角。

此外，将地球仪底座的上圆盘转到其他不同的节气上或日期上，将测量仪移到不同的经纬度上，将地球仪转到不同的时刻，就能得到地球上在任何地点、任何节气、任何日期、任何时刻的太阳高度与方位。

由此可见，本实用新型以入射到地球仪的光线为参照系，使演示仪的底座在位置不变的情况下转动一周，就可以清楚地展现地球在一周年的运动过程中，太阳光线与地球之间的时空变化关系，从而方便地演示出太阳在任何地点、任何节气、任何时刻的高度与方位。这样的演示可以达到十分生动、直观的效果，显著提高学生的理解能力，实现更好的教学效果。本实用新型还具有结构简单、操作方便、直接快速的突出优点。另外，当测量仪的量角器的直径底边指向正北，而且与地面的倾角等于当地纬度时，也可作为赤道式日晷使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的测量仪的结构示意图。

图3为本实用新型实施例的地球仪底座的刻度盘的刻度标识示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

参见图1～3，本实用新型设有地球仪和测量仪。

地球仪设有地球仪底座(包括上圆盘11、底盘12和刻度盘17)、支架13、转轴14、空心且表面光滑的球体15和置于球体内的磁体16。转轴14与球体15连接，并且穿过球体15的南北极(N-S)与支架13及上圆盘11转动连接，转轴14上端设有锁紧螺母24，转轴14即为地球仪的自转轴。上圆盘11上表面设有刻度盘17，上圆盘11通过中心销轴(由螺丝18和螺母19构成)及若干滚动轴承23与底盘12转动连接。刻度盘17上的刻度标识包括黄经、赤纬、节气和日期等刻度标识。支架13与上圆盘11之间通过螺钉20连接。上圆盘11上设有拨杆21，当转动拨杆21时，上圆盘11可相对于底盘12转动。底盘12上设有可伸缩的入射光线指示尺22，入射光线指示尺22用于指示入射光线的方向，以便调整确定演示仪的初始位置。

测量仪设有测量仪底座1、半球形碗状旋转体2、半圆片形量角器3和半圆片形赤道式日晷晷面4。测量仪底座1与地球仪的球体15外表面通过磁体16吸合。旋转体2通过旋转体支架6与测量仪底座1转动连接，旋转体支架6与旋转体2底部固连，旋转体2的上端(开口端)设有凸缘环边10，凸缘环边10便于用手拨转旋转体2。量角器3和日晷晷面4设于旋转体2内。量角器3与日晷晷面4垂直相交并与旋转体2内壁吻合连接。量角器3的半径、日晷晷面4的半径均与旋转体2的半径相等。量角器3与日晷晷面4垂直相交的交线与旋转体2的中轴线及旋转体2的旋转轴心线重合。测量仪底座1上表面设有圆周分度标识面5，圆周分度标识面5设有东、西、南、北及360°方位的标识，以及设有从南向东0～90°的方位标识和从北向西0～90°的方位标识。圆周分度标识面5的圆心位于旋转体2的旋转轴心线上，旋转体2的旋转轴心线指向地球仪的球体15的球心O。测量仪底座1的底部设有铁质金属件(图1～3中未画出，也可设磁体)，铁质金属体(或磁体)能与磁体16吸合。测量仪底座1的底面为球弧凹面。球弧凹面可更好地与球体15外表面吻合。旋转体支架6的2个筋板61的端头上标有红色圆点62，红色圆点62作为指示标志，用于指示圆周分度标识面5的对应位置。图2中的双头箭号表示旋转体2可来回旋转的方向。

演示仪演示时，将测量仪吸合在待测地点上，将入射光线指示尺22指向刻度盘17上的冬至点，并调整光线，使阳光(采用模拟阳光的平行光源即可)正对入射光线指示尺22，使光线指向冬至点。然后就可开始转动地球仪的球体15，并转动测量仪的旋转体2，使量角器3的阴影消失(即转到量角器3与入射光线平行且呈正投影状态)，此时光线对量角器的正投影是映在旋转体2内并紧贴量角器3侧面底端的一条弧线，该弧线的前端始点(投影边界)所对应在量角器3上的刻度值即为太阳高度角，即为冬至日此时的太阳高度角；此时测量仪底座1上所对应的圆周分度标识5的角度值即为太阳方位角(即是测量仪的旋转体支架6的的筋板61端头的红色圆点62所转过的角度)，该太阳方位角即为冬至日此时的太阳方位角。

Claims (9)

1.太阳高度与方位演示仪，其特征在于设有地球仪和测量仪；

地球仪设有地球仪底座、转轴和球体，转轴与球体连接并且穿过球体的南北极与地球仪底座转动连接，转轴为地球仪的自转轴，地球仪底座设有上圆盘、底盘和刻度盘，上圆盘与底盘转动连接，刻度盘设于上圆盘上，球体内设有磁体，所述球体为空心球体；

测量仪设有测量仪底座、旋转体、量角器和日晷晷面，测量仪底座与地球仪的球体外表面吸合，旋转体与测量仪底座转动连接，量角器和日晷晷面设于旋转体内，量角器与日晷晷面垂直相交并与旋转体内壁吻合连接，垂直相交的交线与旋转体的中轴线及旋转体的旋转轴心线重合，量角器的半径、日晷晷面的半径均与旋转体的半径相等，测量仪底座上设有圆周分度标识，圆周分度标识的圆心位于旋转体的旋转轴心线上，旋转体的旋转轴心线指向地球仪球心，所述旋转体为半球形碗状旋转体，所述量角器为半圆片形量角器，所述日晷晷面为半圆片形赤道式日晷晷面。

2.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在于所述地球仪底座与球体之间设有支架，支架与转轴下部转动连接。

3.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在 于所述刻度盘上设有黄经、赤纬、节气、日期刻度标识。

4.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在于所述底盘上设有入射光线指示尺。

5.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在于所述旋转体的开口端面设有凸缘环边。

7.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在于所述旋转体与测量仪底座转动连接是旋转体的底部设有旋转体支架，旋转体支架与测量仪底座转动连接，所述旋转体支架上设有指示标志。

8.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在于所述测量仪底座的底部设有铁磁性物体或磁体，铁磁性物体或磁体与设于地球仪的球体内的磁体吸合。

9.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在于所述测量仪底座的底面为球弧凹面，球弧凹面与地球仪的球体外表面吻合。

10.如权利要求1所述的太阳高度与方位演示仪，其特征在于所述测量仪底座的圆周分度标识设有东、西、南、北、360°方位标识，以及从南向东0～90°的方位标识和从北向西0～90°的方位标识。

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