太阳直射点回归运动的实验教学

张洪刚 张臻华 许家法

（沂源县第一中学, 山东 淄博 256100）

太阳直射点回归运动的实验教学

张洪刚 张臻华 许家法

（沂源县第一中学, 山东 淄博 256100）

模拟实验通常是指利用相同或相似的原理，在人为控制研究对象的条件下进行的实验。在实际的研究过程中，当无法直接利用研究对象做实验时，可以利用模型进行实验，即模拟实验对象制作模型，或者模仿实验的某些条件进行实验，取得部分实验数据进行物体运动规律的研究。

高中地理必修1中关于太阳直射点的回归运动是学生学习的难点，同时也是学习、分析地球运动地理意义的基础内容，学生理解并掌握直射点回归运动是进一步学习地球运动地理意义的关键。我们在教学实践中充分利用身边的物体，制作模型，设计模拟实验，并配以多媒体动画演示讲解，化难为易，化抽象为直观，突破了教学难点，取得了比较令人满意的教学效果。下面详细介绍太阳直射点回归运动模拟实验的设计和教学过程，与广大地理教师们进行交流。

【实验原理】模拟实验所用几何原理与太阳直射点回归运动的几何原理相同。利用纸板（或塑料板）制作黄道面模型和地球模型。当地球保持一定的倾斜角度在黄道上绕太阳公转，由于黄道面和赤道面不重合，存在一定的夹角，从而引起太阳直射点在地球表面上产生南北移动。在实验过程中分别记录不同节气的太阳直射点位置，研究太阳直射点回归运动与黄赤交角的关系。

【实验用品】一块较大的圆形纸板和一块较小的圆形纸板（在实验中也可用小球代替，效果相同），木制底座、两根等长的小木棍、钢丝夹、螺丝钉等。经过实验对比，在实验中采用透明塑料板更容易观察，实验效果更好。

【实验准备】利用较大的纸板（或塑料板）制作黄道面模型，在纸板上用红色笔画出两条相互垂直的、带箭头的线段，分别代表二分二至时的太阳直射光线。用较小的纸板（或塑料板）制作地球模型，在其上画出地轴、赤道、南北回归线、不同的纬线（小于45°的任意一条纬线皆可，在实验中我们选取的是南北纬15°纬线和南北纬30°纬线）。按图1所示进行装配，并设计实验数据记录表格（如表1）。

图1

表1 太阳直射点回归运动实验记录表

【实验步骤与现象分析】

步骤一：把制作好的黄道面模型和地球模型放在水平桌面上。转动地球模型，让黄道面与赤道面在同一平面上，从冬至位置开始，按逆时针方向移动地球模型。观察太阳直射点的位置，得到结果（图2）。并把四个位置的太阳直射点纬度记录在表格中。从实验过程中可以知道，太阳直射点始终位于赤道上。

图2

步骤二：调整地球模型，让地轴倾斜75°，黄道面与赤道面的夹角为15°。保持地球的姿态不变，从冬至位置开始，逆时针移动地球模型。观察并记录太阳直射点的纬度（如图3）。从实验过程来看，冬至太阳直射点位于南纬15°，春分位于赤道，夏至位于北纬15°，秋分位于赤道。太阳直射点在南纬15°～北纬15°之间移动，太阳直射点移动的最北、最南纬度数与黄赤交角的度数相等。

图3

步骤三：调整地球模型，让地轴倾斜66．5°，黄道面与赤道面的夹角为23．5°。保持地球的姿态不变，从冬至位置开始，逆时针移动地球模型。观察并记录太阳直射点的纬度（图略）。从实验过程来看，冬至太阳直射点位于南纬23．5°，春分位于赤道，夏至位于北纬23．5°，秋分位于赤道。太阳直射点在南纬23．5°～北纬23．5°之间移动，太阳直射点移动的最北、最南纬度数与黄赤交角的度数相等。

步骤四：调整地球模型，让地轴倾斜60°，黄道面与赤道面的夹角为30°。保持地球的姿态不变，从冬至位置开始，逆时针移动地球模型。观察并记录太阳直射点的纬度（如图4）。从实验过程来看，冬至太阳直射点位于南纬30°，春分位于赤道，夏至位于北纬30°，秋分位于赤道。太阳直射点在南纬30°～北纬30°之间移动，太阳直射点移动的最北、最南纬度数与黄赤交角的度数相等。

图4

【实验结论】实验数据记录如下表2。太阳直射点的回归运动是由于黄赤交角的存在而产生的。太阳直射点在地球表面上回归运动的最北、最南的纬度数等于黄赤交角的度数。目前黄赤交角的度数为23°26′21″，南北回归线的纬度数分别为南北纬23°26′21″，中学阶段我们一般取23°26′作为南北回归线的纬度数。

表2 太阳直射点回归运动实验记录表

【实验改进】在上述实验模型的基础上进行改进，在黄道面太阳的中心位置加一个“T”型杆，其高度等于地球模型的半径，长度等于黄道面模型和地球模型的直径之和，可以用于同步演示极昼、极夜的形成及极昼、极夜范围的变化规律。实验装置如图5所示。

图5