“太陽光照圖”簡易教具的制作與運用

●李 敏/云南省昆明市第十二中學（650041）

一、制作過程

1.材料準備

圓板1個、木條5根（不要太寬）、螺帽4個、電鉆1個、水彩筆及鋸子、刀、扳手等。

2.制作過程

第一步，用水彩筆在圓板上畫出赤道、南北回歸線、南北極圈及地軸（圖1）。

圖1

第二步，在圓板正中心（表示地心）和右側邊緣經線上用電鉆打A、B兩孔（如圖1）；在木條1、木條2、木條3、木條4和木條5上分別用電鉆打孔（如圖2），其中木條1長度和圓板直徑相等，O孔位于木條1的中心，木條2上C、D孔距離和木條3上E、F孔距離相等，木條4上G、H孔距離和圓板上A、B孔距離相等（圖2）。

圖2

第三步，用螺帽固定圓板和木條：A、O、C孔用螺帽套上固定，B、E、K孔用螺帽套上固定，G、D孔和H、F孔用螺帽套住固定（圖3）。

注意事項：木條1和木條2要垂直固定（可木條1A孔附近和木條2C孔端挖出一個槽，然后將兩根木條套住即可）；木條5（表示地平線）要和AB孔半徑垂直固定（在木條5上開挖一個與圓板邊緣一致的圓弧槽即可固定）；為使木條能自由轉動，螺帽不要擰得太緊。

二、原理說明

木條1表示晨昏線，木條2表示直射點的太陽光線及延長線（直射點太陽光線的延長線經過地心），木條2和圓板的交點為太陽直射點，木條3表示B處的太陽光線。

太陽光線可以看作平行光束，木條2的孔距和木條3的孔距相等，木條4的孔距與A、B孔距相等，則可保證木條2和木條3始終平行（平面中兩組對邊相等的四邊形為平行四邊形）。

B孔所在半圓弧表示太陽直射的經線，地方時為12時，木條3和木條5所成夾角為B地的正午太陽高度角。

三、演示操作

木條2的位置表示太陽直射點的位置。轉動木條2（在南北回歸線之間轉動），表示太陽直射點的移動。

1.演示晝夜長短的緯度分布規律

木條2移動到南北回歸線之間任一位置時，都能很方便看出任何一地晝弧和夜弧的長短（晝夜長短）狀況、極圈內極晝極夜狀況及晝夜長短在地球上的分布特點。例如，木條2轉動到圖4位置時，太陽直射南半球，北半球任意一地晝弧短于夜?。〞兌桃归L），南半球任意一地晝弧長于夜?。〞冮L夜短）；北極點周圍出現極夜現象，南極點周圍出現極晝現象；此刻地球上越往南晝越長夜越短，越往北晝越短夜越長。

圖4

2.演示晝夜長短的季節變化規律

木條2在南北回歸線之間移動的過程中，可以看出任何一地晝弧夜弧長度變化（晝夜長短的變化）狀況和極圈內極晝極夜范圍的變化狀況。例如，木條2由圖4位置向上轉動到圖5位置再到圖6位置時，表示太陽直射點向北移動，北半球任一地晝弧變長夜弧變短（晝變長夜變短），北極圈內極夜范圍變小，在圖5時極晝極夜范圍消失，極晝范圍變大；南半球及南極圈則情況相反；赤道上晝弧夜弧沒有變化，永遠晝夜平分。由此，可以總結出全球晝夜長短和極晝極夜范圍的季節變化規律：太陽直射哪個半球，那個半球晝長夜短，另外一個半球晝短夜長；當太陽直射點靠近赤道時，全球極晝極夜范圍變小，反之變大，且夏至和冬至時全球極晝極夜范圍最大。

圖5

3.演示正午太陽高度的季節變化規律

轉動木條2時，可以很直觀地看出正午太陽高度角H的變化。例如，木條2由圖4位置向上轉動到圖5位置再轉動到圖6位置時，H呈現出H1→H2→H3的變化（H1＜H2＜H3），正午太陽高度逐漸變大；當轉動木條2向下（南）運動時，正午太陽高度則逐漸變小。如果在圓板右側圓弧上多鉆幾個孔，則可表示不同緯度地區正午太陽高度的變化規律。

圖6

4.演示晨昏線與經線的夾角變化

晨昏線與經線的夾角θ與太陽直射點的緯度相等（圖4左圖），轉動木條2，容易看出春分、秋分太陽直射赤道時（圖5），木條1（晨昏線）與地軸（平面圖上可表示經線）重合，其他時候木條1（晨昏線）與地軸（經線）相交；當木條2（太陽直射點）靠近赤道時，木條1（晨昏線）與地軸（經線）的夾角θ變小，反之變大。

“太陽光照圖”簡易演示教具材料易得，制作簡單，形象逼真，容易操作，且方便觀察，作為教師輔助教學的工具和學生地球運動知識動手演示的學習工具，可以化靜為動，將相關規律的動態過程直觀地呈現出來，非常有利于學生理解和歸納地球運動中相關原理、規律，對于突破地球運動的重難點知識有著獨特的功效。