“正午太陽(yáng)高度角測(cè)量”研究性學(xué)習(xí)

車家漩?陳家升?張潤(rùn)?吳進(jìn)火?陳立

一、活動(dòng)背景與目的

理解正午太陽(yáng)高度角的概念，將理論聯(lián)系實(shí)際生活，測(cè)定莆田礪青中學(xué)正午太陽(yáng)高度角大小以及教學(xué)樓間距的合理性。調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)地理的積極性，提高地理素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生地理實(shí)踐力。

二、預(yù)備與理論知識(shí)

1.預(yù)備知識(shí)

礪青中學(xué)地理坐標(biāo)為25°26′20″N，119°0′50″E，北京時(shí)間為東八區(qū)所在的中央經(jīng)線120°E的地方時(shí)，礪青中學(xué)正午時(shí)分是北京時(shí)間12點(diǎn)04分。

2.理論知識(shí)

正午太陽(yáng)高度角計(jì)算公式：H=90°-|緯度差|，緯度差即所求地點(diǎn)緯度與太陽(yáng)直射點(diǎn)所在緯度的差距（同半球減，異半球加）。樓間距的計(jì)算公式（三角函數(shù)公式）：L=h/tanH=h/tan（90°-緯度差）。利用立竿見影測(cè)量法，于當(dāng)?shù)貢r(shí)間12時(shí)將木桿立直，測(cè)定影子的長(zhǎng)度，假定正午太陽(yáng)高度角為H，則tanH=木桿長(zhǎng)度/影子長(zhǎng)度（如圖1、圖2）。

三、活動(dòng)過(guò)程與實(shí)施

1.方案制定，小組分工

準(zhǔn)備工具：35m長(zhǎng)皮尺、5m長(zhǎng)硬卷尺、90cm長(zhǎng)直尺、大三角尺各一把，小皮筋若干，1.5m長(zhǎng)塑料管一根。選定活動(dòng)時(shí)間為冬至日前后連續(xù)測(cè)量8天，期間要求晴朗天氣。小組成員分工如下：小組一由張潤(rùn)和吳進(jìn)火組成，通過(guò)立竿測(cè)影法測(cè)量正午太陽(yáng)高度角；小組二由車家漩、陳家升、陳立三人組成，測(cè)定正午時(shí)分太陽(yáng)直射到教學(xué)樓高度。最后，每個(gè)小組進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總至車家漩處進(jìn)行分析。

活動(dòng)安排：小組一通過(guò)立竿測(cè)影法將長(zhǎng)直尺垂直于地板（如圖3、圖4）測(cè)量正午太陽(yáng)高度角，三角尺的作用是使長(zhǎng)尺保持垂直地面，12點(diǎn)04分時(shí)用卷尺測(cè)得影長(zhǎng)并記錄在表格中。

小組二測(cè)定正午時(shí)分太陽(yáng)直射到教學(xué)樓高度。正午時(shí)分太陽(yáng)直射在北樓的高度介于二樓到三樓之間，為此11點(diǎn)50分兩個(gè)小組做好各項(xiàng)準(zhǔn)備。一同學(xué)在二樓走廊用皮筋將皮尺綁緊在塑料管中將皮尺0刻度線對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)直射點(diǎn)位置，另一同學(xué)負(fù)責(zé)檢查0刻度線是否對(duì)齊太陽(yáng)直射點(diǎn)位置并記錄。此刻在一樓的同學(xué)將皮尺拉直貼近墻面和地面，盡量減少誤差，并在北京時(shí)間12點(diǎn)04分讀取數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)（如圖5、圖6）。

通過(guò)測(cè)量測(cè)得礪青中學(xué)南樓和北樓的樓間距L=21.5 m，南樓和北樓的高度均為h=24.3m。最后，將數(shù)據(jù)匯總并進(jìn)行分析。

2.數(shù)據(jù)匯總，歸類整理

地理實(shí)踐小組從2016年冬至日12月21日前后連續(xù)測(cè)量8天，其中只有四天是晴朗的，分別是19、20、23及26號(hào)，所以在這四天進(jìn)行的測(cè)量活動(dòng)數(shù)據(jù)如表1和表2。

四、數(shù)據(jù)分析與建議

1.樓間距過(guò)窄

通過(guò)測(cè)量得知莆田礪青中學(xué)在冬至日前后正午太陽(yáng)高度角平均值為40°24′，南北教學(xué)樓間距寬度為21.5m，樓高均為24.3m（如圖7）。

因此，通過(guò)三角函數(shù)值計(jì)算公式（tanH=樓高/樓間距）可知，樓間距至少要達(dá)到28.55m才算合理。

2.市區(qū)用地緊張

礪青中學(xué)的地理位置處于市區(qū)中心，前面有文物古跡三清殿，后有大型購(gòu)物廣場(chǎng)，優(yōu)越的地理位置導(dǎo)致用地緊張，無(wú)法拓展空間。

3.小小建議

學(xué)?？梢钥紤]布局在市郊，市郊相對(duì)有較大空間進(jìn)行學(xué)校教學(xué)樓布局，在新建教學(xué)樓時(shí)，建議從當(dāng)?shù)囟寥照缣?yáng)高度角著手設(shè)計(jì)合理的樓間距，確保底樓全年都有光照。

五、活動(dòng)反思與心得

1.反思

測(cè)出莆田礪青中學(xué)正午太陽(yáng)高度角為40°24′（雖與理論值41°08′有誤差）。對(duì)于教學(xué)樓高度（24.3m）的測(cè)算是通過(guò)第一層樓高（4.05m）去推算六層樓的樓高（4.05×6=24.3m）造成測(cè)量的樓高精度不夠，產(chǎn)生誤差，該數(shù)據(jù)還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

2.心得

預(yù)備工作做得良好（如冬至日前后四天的天氣預(yù)報(bào)）。真正意識(shí)到地理學(xué)習(xí)的重要性，對(duì)地理有更深刻的見解，對(duì)地理學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚興趣。成員的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)能力有所增強(qiáng)。此次地理活動(dòng)帶動(dòng)了全班的學(xué)習(xí)氛圍。

作者單位：福建省莆田市莆田第四中學(xué)（351100）