多功能太陽視運動儀

汪和平

太陽視運動儀的研究源于地理教學中的難點，由于地球運動及太陽運動規律抽象、難以理解，對教師教學造成困難，因此引發了我的思考與研究。

我設計的多功能太陽視運動儀運用不同天球坐標系之間的關系，從球心向地球球面、天空投射激光表示太陽，從而突破了如何在天空中指示太陽位置變化的設計難點。巧妙安排，合理演示地球、地平面、觀測者、天半球、地半球、太陽之間的關系，并在天半球上精確度量太陽高度與方位；增加指示太陽直射點、時間、觀測緯度的度量球，精確演示地球上任意地區、任意一天的太陽視運動軌跡；精確讀取日出與日落方位角、時間；準確測量晝夜長短；精確讀取不同時刻的太陽高度與方位；直觀演示極晝、極夜現象；能進行不同緯度地區、不同直射點時的太陽視運動的比較。該儀器能將抽象的空間關系直觀、科學、準確地演示出來，實現太陽視運動的教學與研究由定性描述向定量分析、演示的轉變。

制作材料

各種塑件、小電機、激光燈、電源等。

制作方法

用上、下半球分別表示日半球與地半球，運用不同半徑的半圓形模板在日半球內側畫出高度角緯線與方位角經線，在子午圈上畫出小刻度以精確表示正午太陽高度角。

在左、右半球合起來的球上畫出太陽周日運動軌跡圓，并在圓上標出時間經線，時間經線位于南、北回歸線之間，在兩球接合處標注小刻度表示觀測地緯度。

在地球上標出赤道線、南回歸線、北回歸線、南極圈、北極圈。

在地球內放置電機及激光燈，在球外安裝控制開關，模擬演示太陽視運動。

使用方法

將外接電源插在220V電源插座上，將DC插頭插在儀器DC電源插座上，此時儀器天半球或地半球上將顯示太陽位置，指示方向的顯示屏顯示“N”與“S”指示地平圈方向。

調節太陽直射點調節開關（3擋開關），調節太陽直射點位置。

調節觀測地緯度調節旋轉把手（綠色把手），從天半球的天頂處觀測地緯度讀取窗處讀取觀測地緯度。

打開視運動觀測開關（藍帽開關），演示觀測地的太陽視運動規律，關閉視運動觀測開關可以將太陽位置定位于某個位置。

教具的教學意義和價值

太陽視運動規律是地理教學中的一個難點，教師很難直觀講清楚，學生能弄清楚的很少。不少年份高考題的爭論很多，雜志上有關太陽視運動的討論也很多。多功能太陽視運動儀，可用于各類學校地理教學，該儀器操作簡單，可以直觀地球上任意地區、任意一天的太陽周日視運動軌跡；直觀兩極地區的極晝、極夜現氦觀測地球上任意季節、任意緯度地區日出、日落方位角，日出、日落時刻；直接讀出觀測地白天任意時刻太陽在天空中的方位角與高度角（包括正午太陽高度角）；能有效地破解“太陽周日視運動軌跡”這一地理教學中難點。本儀器也是一款科普儀器與天文儀器，適應于各類學校、科技館等。

創新點與改進點

該儀器將抽象的太陽視運動規律形象、直觀、準確地演示出來。標注觀測地天空的高度與方位角網絡，使度量準確；在觀測地地方時、觀測地緯度、太陽直射點緯度刻度球上準確度量；用從球心投射出來的激光模擬演示太陽視運動；合理演示地球、地平面、天空之間的關系；直觀指示觀測地在地球上的位置。但是受資金制約，制作的模型比較粗糙、不精細，下一步將在外觀上進行改進。

使用效果

學生在分組實驗中自主操作觀察該儀器，約1節課的時間他們就能完全理解太陽視運動規律及其形成原理。下一步準備在教學與天文科普方面推廣使用該儀器。

該項目獲得第32屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科教制作類一等獎。

專家評語

該項目利用相對運動原理，設計出太陽視運動儀，便于地理教學。該項目原理科學、概念清晰、構思巧妙，作品教育性強。項目選題新穎，具有實質性創新，對傳統方法有突破。作品效果顯著，制作規范，具有示范推廣價值。希望該項目在教學設計方面作出改進和提升。