CN2601438Y - 太阳周日视运动演示仪 - Google Patents

Abstract

涉及一种天文学仪器，尤其是一种观察太阳周日视运动的仪器。设有太阳球体、时圈、轴套、时圈固定旋钮、地球球体、六时圈与天轴、太阳时盘、地平面圆盘、纬度刻度半圈、转轴、纬度固定旋钮。可用简明的操作方法直观、连续、立体、迅速、形象地观察太阳周日视运动。经实践证实，在一定误差范围内与理论数据相当吻合(不考虑章动、摄动、岁差蒙气差等等影响因素)，解决了抽象的太阳周日视运动的演示问题，对突破地理教学的难点，提高学生的空间想象能力和普及天文知识具有现实意义。

Description

太阳周日视运动演示仪

(1)技术领域

本实用新型涉及一种天文学仪器，尤其是一种观察太阳周日视运动的仪器。

(2)背景技术

太阳辐射是决定地球大气、水、生命活动变化的最主要动力，是人类赖以生存、发展的基本能源，它与人类息息相关。有史以来，人类就对它进行了不懈的探索，也创造了大量有关天体运行的仪器，如日圭、日晷、浑天仪、简仪、天球仪、三球仪等等。它们都是十分成功的，但是，也存在一些问题，例如，浑天仪是以“浑天说”为理论依据的，该仪十分笨重、复杂、不易普及，主要用于观测天体运行的情况。三球仪是以太阳为参照物来演示日、地、月的运行规律。天球仪是以地球为参照物来演示天体的运行规律。

然而，太阳相对地球上观察者的运动，也就是太阳的视运动，是更为直观、重要的天体运行现象。太阳相对地球的视运动，决定了太阳对地球辐射的时空分布规律，决定了地球五带的划分与四季的形成，它与气候及人类生活息息相关。所有地理教材、杂志以及有关资料，在说明由于地球的公转和自转所引起的太阳视运动规律时，总是要用大量的图片、插图、掛图，甚至电脑课件来说明和讲解。这种平面的图形，所能表达的空间关系是有限的，较为抽象，如果没有较强的空间想象能力是难以理解的。它是人们进一步探究、学习的障碍，是学生学习地理、天文知识的一个大难点，为什么呢？主要就是缺少形象、直观的演示仪器。

CN2093683U号专利提供一种日晷测时指南玩具，采用日晷测时原理，由圆盘、针、指南针及相应的时间刻度组成，指南针可在一弧形槽内移动，以调整夏时制和冬季时间的时差。CN86202713U号专利公开了将太阳光反射到远处太阳能收集器的一种反射式太阳跟踪系统。该系统包括：一个装在带驱动机械的组件上的反射器，驱动机械使反射器绕两个轴转动，以便补偿太阳在高度方向及水平方位上的位置变化：一个感测器装置，用于指向太阳，并产生供驱动机械的控制信号，使反射器相应于太阳运动，使光线总是反射到收集器，同时感测装置也被运动，跟踪太阳。

(3)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种以简单、技巧、新颖的方法，直观、形象、连续、动态地演示地球上不同纬度、不同季节，太阳的周日视运动规律，确定不同时刻太阳的视位置，并以此说明有关的地理知识、问题(如太阳高度、昼夜长短)等等，对地理教学，普及天文知识有使用和参考价值的太阳周日视运动演示仪。

本实用新型设有太阳球体，用于模拟太阳，可用小铁球制成；

时圈(或赤经圈)，用于带动模拟太阳的太阳球体的转动，为可转动的半圆状，它穿过太阳球体球心，球心可在时圈上移动与定位；

轴套，固定于时圈的两端；

时圈固定旋钮，位于时圈轴套上，用于控制时圈的转动与定位；

地球球体，用于模拟地球，球体内装备一个小钢球，通过小钢球将地球吸引在地平面圆盘的圆心；

六时圈与天轴，六时圈是通过南天极与北天极同时又过东、西两点的大圆，天轴是北天极和南天极的连线，天轴长度设为相当于天球半径，其一端固定于六时圈内侧相当于北天极处，天轴另一端指向地平面圆盘圆心。六时圈可用截面为长方形的圆形金属支架制成，其上标有24节气刻度和春分、秋分二分点，春分、秋分二分点始终处于水平方向，其与水平直径垂直的直径(天轴)的倾角可通过多轴片转轴调节，可定位。时圈轴套穿过六时圈上的固定轴，使时圈可绕六时圈的直径(天轴)转动，在六时圈内侧的二分点处，设有2个水平小支轴，在相当于南天极P’设有纬度指示针；

太阳时盘，设于轴上端与时圈连接处的六时圈外侧，太阳时盘设有同轴心的标准时盘和真太阳时盘，真太阳时盘上标有24小时刻度，12点在中天位，6点在六时圈位；

地平面圆盘，用于表示观察者所在纬度地平面，可始终保持水平位置，圆心处设有强磁体用于吸住地球中的钢珠。周边有360°刻度，并标记E、W、S、N四方点，E、W方点下方为轴套，置于六时圈水平小支轴处，可用透明体如有机玻璃板制成；

纬度刻度半圈，固定于地平面圆盘的N、S处下方，其整体重心在支轴之下起重锤作用，纬度刻度半圈与六时圈上南天极的纬度指针可指示观察者所处地平面的纬度；

转轴，转轴可设为多轴片式用于六时圈的定位，其上端接六时圈，转轴的下端接支架的上端，支架的下端接底座；

纬度固定旋钮，用于调节与固定转轴。

本实用新型可附设有指南针、半圆量角器，以便测量太阳高度角。

本实用新型的用途说明如下：

1、演示任何纬度，任何节气的太阳周日视运动轨迹，包括极昼极夜现象。

2、演示任何纬度，任何节气，任何时刻的太阳视位置、太阳高度，以及正午太阳高度。

3、演示任何纬度，任何节气，某日的日出日落时刻，昼夜长短以及太阳与正东、西方的夹角。(太阳出没的方位角)。

太阳的周年视运动，五带划分，四季形成，可由本实用新型演示。

紫金山天文台历算室，每年都向全国发布当年太阳表、日出日没时刻表，该表格记载每天0h日心视赤纬α、视赤纬δ、视黄纬λ及时差η的数值，以及每旬日出日没时刻。表格准确地提供特定时刻、特定位置的数值。如果要求出本地(某经度、某纬度)的数值，则必须经过一系列比例内插法进行计算求出，十分麻烦。

本实用新型可用简明的操作方法直观、连续、立体、迅速、形象地提供上述内容。经实践证实，本实用新型在一定误差范围内与理论数据相当吻合(不考虑章动、摄动、岁差蒙气差等等影响因素)，解决了抽象的太阳周日视运动的演示问题，对突破地理教学的难点，提高学生的空间想象能力和普及天文知识具有现实意义。

(4)附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的结构侧视图。

图3为图2的A-A视图。

图4为图3的B-B视图。

图5为多轴片转轴与支架、六时圈的连接关系图。

图6为太阳时盘示意图。

图7为六时圈示意图。

(5)具体实施方式

如图1～4所示，太阳球体1设于时圈2上，半球形磁体3用于将代表太阳光线方向的指针4吸在太阳球体1上。时圈2和六时圈7、太阳时盘8由轴套5和时圈固定件6固定在天轴9上。

地球球体10通过强磁体可吸在地平面圆盘11的圆心，纬度刻度半圈12固定于地平面圆盘的南、北极处，由P’处纬度指示针可读出纬度值，地平面圆盘处于目视水平方位。纬度固定旋钮13用于紧松调节、定位转轴14，可随意调节纬度的高低。参见图5，转轴14采用多轴片式结构，与六时圈7固定的一端为3轴片，与支架15连接的一端为4轴片。支架15固定于底座16上。

参见图6，太阳时盘8包括带标准时刻度的标准时盘81和标有24小时刻度的真太阳时盘82。

参见图7，呈圆形的六时圈7上标有相应的24个节气，图7中用圆点表示，六时圈上24节气刻度值(太阳赤纬)δ及对应节气详见下表。从春分开始，太阳在黄道上运动，黄经每隔15°一个节气。每个节气对应太阳赤纬δ的计算公式：Sinδ＝Sinα Sinλ，其中δ-赤纬，λ-黄经，α-黄赤夹角，α＝23°26’，Sinα＝0.3977，Sinδ＝0.3977 Sinα。

λ	Sinλ	Sinδ	δ	对应节气
								δ＞0		δ＜0
				0	0	0	0					春分0		秋分12
15°	0.2588	0.1029	5.91°					清明1	白露11	寒露13	惊蛰23
				30°	0.5000	0.1989	11.47°					谷雨2	处暑10	霜降14	雨水22
45°	0.7071	0.2812	16.33°					立夏3	立秋9	立冬15	立春21
				60°	0.8660	0.3444	20.18°					小满4	大暑8	小雪16	大寒20
75°	0.9695	0.3856	22.68°					芒种5	小暑7	大雪17	小寒19
				90°	1.0000	0.3977	23.43°						夏至6		冬至18

本实用新型的使用方法简介如下：

1、让地平面圆盘的N指向北方，调节纬度固定旋钮，使天轴PP’与水平方向夹角等于当地纬度(可从天轴与半圆纬度刻度圈的交点读出)，地平面圆盘处于水平位置。将地球上对应的观察者所在的位置吸在地平面圆盘下方的磁体上，并使地球地轴与天轴平行，则水平的地平面圆盘即表示观察者所在的地平面。

2、稍稍转动太阳球体，松动后沿时圈移到六时圈上对应的节气刻度位置，再转动小球即可将“太阳”固定在时圈上，然后转动时圈即可演示某节气太阳的视运动，转动方向从东向西，转动时“太阳”的运动轨迹即为太阳视运动轨迹。

3、调整时圈固定钮，转动时圈到相应时盘的对应时间刻度上。此时“太阳”的位置就是该时刻太阳的视位置。

4、将半球形铁磁体吸于“太阳”上，使光线箭头指向地球体球心O，金属线即太阳入射到观察者的光线。用量角器可测量任意时刻太阳高度。

5、时圈转至子午圈上时(上中天)，用量角器可量出正午太阳高度。

6、调节PP’方向等于另一个纬度，可演示另一个纬度上太阳视运动情况，如赤道，南北回归线，南北极圈，南北极的极昼极夜现象等。

7、转动时圈，当“太阳”从地平面圆盘“上升”或“下降”时，查相应时盘刻度，可知日出日落时刻，从而判断的昼夜长短。

8、调节时圈的“太阳”到相应节气刻度上，可进一步演示不同纬度上不同节气的太阳视运动情况。

Claims (4)

1、太阳周日视运动演示仪，其特征在于设有太阳球体；时圈，为可转动的半圆状并穿过太阳球体的球心；轴套，固定于时圈的两端；时圈固定旋钮，位于时圈轴套上；地球球体，球体内设一个小钢球，小钢球将地球球体吸引在地平面圆盘的圆心；六时圈与天轴，六时圈为通过南天极与北天极又过东、西两点的大圆，天轴为北天极和南天极的连线，天轴长度设为相当于天球半径，其一端固定于六时圈内侧相当于北天极处，天轴另一端指向地平面圆盘圆心，其上标有24节气刻度和春分、秋分二分点，春分、秋分二分点始终处于水平方向，轴套穿过六时圈上的固定轴，在六时圈内侧的二分点处，设有2个水平小支轴；太阳时盘，设于轴上端与时圈连接处的六时圈外侧，太阳时盘设有同轴心的标准时盘和真太阳时盘，真太阳时盘上标有24小时刻度，12点在中天位，6点在六时圈位；地平面圆盘，圆心处设有强磁体，周边有360°刻度，并标记E、W、S、N四方点，E、W方点下方为轴套，置于六时圈水平小支轴处；纬度刻度半圈，固定于地平面圆盘的N、S处下方，其整体重心位于支轴下；转轴，其上端接六时圈，转轴的下端接支架的上端，支架的下端接底座；纬度固定旋钮。

2、如权利要求1所述的太阳周日视运动演示仪，其特征在于所说的太阳球体为小铁球。

3、如权利要求1所述的太阳周日视运动演示仪，其特征在于所说的六时圈为截面为长方形的圆形金属支架。

4、如权利要求1所述的太阳周日视运动演示仪，其特征在于所说的转轴为多轴片式转轴。

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