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认识地球的宇宙环境-日晷

时间:2022-07-30 归属:中学地理实验

  1.日影杆

  在没有其它阴影的地面上垂直立一个木杆,晴天时每隔一小时,标一次木杆顶端的影子位置(见图1.2.1.日晷原理的解释,图中所示为南半球,也可见实验1.4.15.四季成因)。

  2.简单日晷

  在一个金属圆盘上,均匀划分24个弧度相等的角,这样就制成了最简单的日晷。用编织针插进圆盘中心,作为日晷的指针。

  圆盘要定位准确,目的是使日晷指针的针尖正对天极,正午日晷指针的影子正处位于12点钟的位置。这样,指针的影子就能准确报时了(圆盘两面都要标上时间刻度,因为随着日落临近,指针的影子会逐渐由一侧转到另一侧)。

  3.家用日晷

    用平坦的长方木块、金属或聚苯乙烯制成底盘。简单的指针ABC可用一个薄三角形金属片或塑料薄片制成,角B等于日晷所处的当地纬度,角C等于90度(见图1.2.3.家用日晷,适用于北半球)。

    底盘一定要保持水平(用酒精水平仪量测),底盘中心线一定要沿南北准确划出,即子午线。指针要垂直,目的是三角形斜边尖端指向北极星;与之相反,在南半球,就指向天南极。

    如果只要粗略地指示时间,每隔一小时在底盘上划一个指针影子标记即可。如需准确时间,要在4月15日、6月15日、9月1日或12月24日划标记作为日晷的时间刻度,因为这四天,钟表时间与日晷时间一致。除此之外日期中,所划的时间刻度都有上下16分钟的误差。

    注:用下列公式可随时求得准确的时间刻度线。

    tanABC=tan15sinH, tanABC=tan30sinH;

    tanABC=tan45sinH,tanABC=tan60sinH;

    tanABC=tan75sinH, tanABC=tan90sinH。

    其中,H为当地的纬度。

    由于纵坐标 XY 轴中心线左右的时间刻度线是均匀对称分布的,即底盘上,左右两侧对应刻度线与指针间夹角相等,因此,无需在另一侧再重新计算求取。

    备注:将底盘垂直放立,那指针与底盘的夹角应与平放时一致,即 90底减去当地纬度。

  4.赤道日晷

    【准备工作】

    两块30厘米见方、厚2厘米的平板、10厘米见方、高120厘米的木支柱一根、约8厘米长的8号粗铅丝一根、白漆、红漆。

    【制作方法】

    将两块30厘米见方、厚2厘米的平板的两面和木支柱都涂上白漆。把一块平板钉牢在木支柱上。

    在另一个平板的两面用红漆画上字盘。字盘是一个半径10厘米的圆。必须注意使正反两面字盘的圆心相重合。把圆周24等分,并作自圆心至圆周上各分点的连接直线。在直线和圆周相交的地方,依次写上1至24的数字。但正面的和反面的写法不一样,正面的是顺时针方向(见图 1.2.4.a),反面的是逆时针方向(见图 1.2.4.b)。然后把粗铅丝的两端锉尖作为指针。为了防锈,指针要涂上红漆。然后,钻通字盘的圆心,将指针穿进去,使其一半露在正面,作为正面字盘的指针。另一半露在反面,作为反面字盘的指针。但指针必须和板垂直,再将正对着数字12的那一边和钉在支柱上的那块木板的一边用两个铰链(又称合叶)接起来,安装时要注意使正面字盘向上,反面字盘向下,也就是正面字盘朝北,反面字盘朝南。在安装的时候必须使12—24的这一根直线和子午线相重合,并使指针正对北极星。这样,字盘面就和赤道面平行了,也就是附有字盘木板的平面和支柱上木板的平面成 58 度(90度减去本地纬度32度)的倾斜(见图1.2.4.C)。

    为了使学生自己学会校正倾角的技能,用一块铁片剪一个相当于圆周1/4的弧,用铁钻在上面准确地钻出0度到90度的刻度,然后把它钉在支柱平面的左边。在钉的时候使刻度弧上的0度和支柱平板的平面相齐,使得附有字盘的平板垂直地竖起来的时候,刚好与弧上的90度相平。再在字盘板的左边安一只长螺丝钉,并套上一个小铁片,利用螺丝帽的松紧,可以任意使字盘板卡在刻度弧上你所需要的刻度上(见图1.2.4.d赤道日晷)。

    在晴天的时候,阳光照射到赤道日晷上,指针在字盘上就投下一个影子。上午,影子投向偏西方,下午,影子投向偏东方。随着一天中太阳高度的变化,指针的阴影在字盘上像钟表的针一样作旋转运动。指针的影子所指的度数,就是当时本地的地方时。

  5.天球日晷

    用地球仪可制成能显示四季变化、黎明与黄昏、白昼长短的日晷(见图1.2.5.)。

    (1)转动地球仪,使它的轴与当地子午线重合,位于正南正北的平面上。可以在当地正午时分通过观察垂直物体影子的方法确定这个平面,也可通过在晴朗的夜晚观察北极星或用一个指南针(要知道当地磁偏角才行)来确定。

    (2)转动地球仪,使球面上穿过你所在位置的经纬圈与刚刚确定的当地子午线一致。

    (3)以东西水平线为轴转动地球仪的轴,使你所在的地方位于球面顶部。

    (4)现在,球面上,你所在的连接两极的子午线圈正垂直位于南北平面上。观察这个位置的地球仪,一半处于太阳光下,另一半在阴影里。这就是此刻地球昼半球和夜半球的划分。一个小时以后,划分昼、夜的晨昏圈已经向西移动,它与赤道的交点向西移动了15度。在晨昏线以西太阳正在升起,晨昏线以东,太阳正在落下。你可以沿当地子午线与日落线之间的赤道计算一下时差,并估算一个你这里离日落还有几个小时。你还可以找一个位于当地以西的国家,看看那里太阳什么时候升起。

    (5)日复一日地观测地球仪,你会注意到晨昏圈在一年的不同时间内向南或向北缓慢旋转(见实验1.4.15.四季成因)。

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  • 关键词:地球 宇宙环境 日晷
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