教具《太陽視運動軌跡演示儀》的制作與使用

張向蘭

【內容摘要】高中地理教學中地球運動的知識復雜而抽象，在課堂教學中針對性地使用自制教具進行教學，必能大大提高教學效率，激發學生的學習內驅力。本文主要梳理了自制教具《太陽視運動軌跡演示儀》的設計理念、制作材料、使用方法和注意事項，以期對廣大中學地理教師有所幫助。

【關鍵詞】 教具 太陽視運動軌跡演示儀 制作與使用

一、自制教具介紹

教具《太陽視運動軌跡演示儀》以高考復習中地球運動專題知識太陽視運動為內容依據。通過該教具可輔助落實地理實踐力的核心素養，引導學生通過觀察和動手操作，學習理解地球運動的相關知識，如：地平圈上的方向、觀測者的半球位置、日出日落方向、正午太陽高度角的大小、晝夜長短、太陽光直射點的位置、物影方向等。

該教具有兩套方位和時間，只需要將太陽視運動軌道用手移動至另一方向，調整太陽位置即可實現半球和時間的轉換。觀察和操作簡單易行，學習理解起來難度較小。在材質選取上，該教具的制作材料都為日常生活中常見的簡單易獲取材料，環保安全，易于制作和推廣。

二、教具裝置圖

三、教具制作材料

截面約15mm×200mm的鐵絲2段，橘黃色乒乓球3個（代表太陽），直徑300cm的空心黃色塑料圓環1個，直徑25cm的空心黃色塑料圓環2個，LED電子燈珠3個（代表太陽光），彩色卡紙若干，廢紙板若干，長28cm的廢舊掃把桿2根，50cm×60cm×4cm的高密度白色泡沫板底座1個，熱熔膠若干。

四、教具特點及用途

1.特點：該教具借用類似太陽視運動軌跡圓環實體形象演示南北半球地平圈上抽象的太陽視運動軌跡，使地球運動中的相關知識（地平圈上的方向、觀測者的半球位置、日出日落方向、正午太陽高度角的大小、晝夜長短、太陽光直射點的位置、物影方向等）形象化、生動化、易于理解和掌握。

2.用途：該教具可演示以下抽象知識

（1）日出日落方位，如下表所示：

（2）正午太陽高度角：觀測者與太陽視運動軌道最高點（正午）的連線與地平面的夾角H，即為當地此時正午太陽高度角。

（3）晝夜長短：

晝>夜：同一時間，處于地平圈以上部分的太陽視運動軌道長度>地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度。

晝=夜：同一時間，處于地平圈以上部分的太陽視運動軌道長度=地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度。

晝<夜：同一時間，處于地平圈以上部分的太陽視運動軌道長度<地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度。

（4）太陽光直射點的位置：特定時間，太陽視運動軌道最高點（正午）與地平圈的垂直交點即為太陽直射點的位置。

（5）物影方向：物影方向與太陽所在方位相反。如：40°N夏至日10：00時，太陽在觀測者的東南方向，此時，當地的物影方向就是西北方向。

五、使用方法

將本教具放置在水平桌面上，輔助工具為直角尺子、量角器，給出常用公式：H（正午太陽高度角）=90°-緯度差

1.演示日出日落方位：以40°N、10°N、60°S為例，演示23.5°N—90°N、0°—23.5°N、23.5°S—90°S范圍緯度的日出日落方位。

演示40°N夏至日時的日出日落方位，將表示夏至日的太陽視運動軌道向南方傾斜16.5°，可以看到日出東北、日落西北，正午時太陽在觀測者的正南方向。演示二分日時將表示二分日的太陽視運動軌道向南方傾斜40°，可以看出日出正東、日落正西，正午時太陽在觀測者的正南方向。演示冬至日時將表示冬至日的太陽視運動軌道向南方傾斜26.5°。可以看出日出東南、日落西南，正午時太陽在觀測者的正南方向。

演示10°N夏至日時的日出日落方位，將表示夏至日的太陽視運動軌道稍向北方傾斜13.5°，可以看到日出東北、日落西北，正午時太陽在觀測者的正北方向。演示二分日時將表示二分日的太陽視運動軌道向南方傾斜10°，可以看出日出正東、日落正西，正午時太陽在觀測者的正南方向。演示冬至日時將表示冬至日的太陽視運動軌道向南方傾斜33.5°。可以看出日出東南、日落西南，正午時太陽在觀測者的正南方向。

演示60°S夏至日時的日出日落方位，將表示夏至日的太陽視運動軌道稍向北方傾斜83.5°，可以看到日出東北、日落西北，正午時太陽在觀測者的正北方向。演示二分日時將表示二分日的太陽視運動軌道向南方傾斜60°，可以看出日出正東、日落正西，正午時太陽在觀測者的正北方向。演示冬至日時將表示冬至日的太陽視運動軌道向北方傾斜36.5°。可以看出日出東南、日落西南，正午時太陽在觀測者的正北方向。

2.演示正午太陽高度角：已知觀測者與太陽視運動軌道最高點（正午）的連線與地平面的夾角H，即為當地此時正午太陽高度角。使用量角器，量出正午太陽高度角的度數H，可運用正午太陽高度角計算公式計算出當地所在緯度。

3.演示晝夜長短：直接觀察得出結論。

北半球：夏至日位于地平圈以上的太陽視運動軌道長度>地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度，說明晝長夜短;

二分日時位于地平圈以上的太陽視運動軌道長度=地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度，說明晝夜等長;

冬至日時位于地平圈以上的太陽視運動軌道長度<地平圈以下部分的太陽視運動軌道長度，說明晝短夜長。

南半球相反。

4.演示太陽光直射點的位置：某一節氣，找出太陽視運動軌道最高點（正午），用直角尺子得出其與地平圈的垂直交點，該交點所在的點即為太陽直射點的位置。

5.演示物影方向：將LED電子燈珠固定到相應節氣軌道的乒乓球（太陽）上，某一節氣，將乒乓球（太陽）沿運動方向移動到某一方向，如東南方，那么該地的物影方向即為與太陽光所在方向相反的西北方向。其他方向也可進行此演示。

六、使用注意事項及改進反思

1.注意事項：使用教具《太陽視運動軌跡演示儀》進行教學或小組合作學習時，應做好地球運動基本知識的復習;操作中注意近距離觀看演示，輕拿輕放，為保證科學起見，不要將軌道隨意移動。

2.改進反思：本人制作的教具《太陽視運動軌跡演示儀》，科學嚴謹性還有待提高。由于觀測者所在緯度是一個變化值x，所以在演示或計算正午太陽高度角、太陽光直射點的位置時，受教具本身和儀器測量精度影響，演示結果會與真實情況存在偏差，還需進一步論證和改進。希望廣大同仁們提出寶貴意見。

（作者單位：青海師范大學附屬第二實驗中學）