多功能太阳视运动仪

汪和平

太阳视运动仪的研究源于地理教学中的难点，由于地球运动及太阳运动规律抽象、难以理解，对教师教学造成困难，因此引发了我的思考与研究。

我设计的多功能太阳视运动仪运用不同天球坐标系之间的关系，从球心向地球球面、天空投射激光表示太阳，从而突破了如何在天空中指示太阳位置变化的设计难点。巧妙安排，合理演示地球、地平面、观测者、天半球、地半球、太阳之间的关系，并在天半球上精确度量太阳高度与方位；增加指示太阳直射点、时间、观测纬度的度量球，精确演示地球上任意地区、任意一天的太阳视运动轨迹；精确读取日出与日落方位角、时间；准确测量昼夜长短；精确读取不同时刻的太阳高度与方位；直观演示极昼、极夜现象；能进行不同纬度地区、不同直射点时的太阳视运动的比较。该仪器能将抽象的空间关系直观、科学、准确地演示出来，实现太阳视运动的教学与研究由定性描述向定量分析、演示的转变。

制作材料

各种塑件、小电机、激光灯、电源等。

制作方法

用上、下半球分别表示日半球与地半球，运用不同半径的半圆形模板在日半球内侧画出高度角纬线与方位角经线，在子午圈上画出小刻度以精确表示正午太阳高度角。

在左、右半球合起来的球上画出太阳周日运动轨迹圆，并在圆上标出时间经线，时间经线位于南、北回归线之间，在两球接合处标注小刻度表示观测地纬度。

在地球上标出赤道线、南回归线、北回归线、南极圈、北极圈。

在地球内放置电机及激光灯，在球外安装控制开关，模拟演示太阳视运动。

使用方法

将外接电源插在220V电源插座上，将DC插头插在仪器DC电源插座上，此时仪器天半球或地半球上将显示太阳位置，指示方向的显示屏显示“N”与“S”指示地平圈方向。

调节太阳直射点调节开关（3挡开关），调节太阳直射点位置。

调节观测地纬度调节旋转把手（绿色把手），从天半球的天顶处观测地纬度读取窗处读取观测地纬度。

打開视运动观测开关（蓝帽开关），演示观测地的太阳视运动规律，关闭视运动观测开关可以将太阳位置定位于某个位置。

教具的教学意义和价值

太阳视运动规律是地理教学中的一个难点，教师很难直观讲清楚，学生能弄清楚的很少。不少年份高考题的争论很多，杂志上有关太阳视运动的讨论也很多。多功能太阳视运动仪，可用于各类学校地理教学，该仪器操作简单，可以直观地球上任意地区、任意一天的太阳周日视运动轨迹；直观两极地区的极昼、极夜现氦观测地球上任意季节、任意纬度地区日出、日落方位角，日出、日落时刻；直接读出观测地白天任意时刻太阳在天空中的方位角与高度角（包括正午太阳高度角）；能有效地破解“太阳周日视运动轨迹”这一地理教学中难点。本仪器也是一款科普仪器与天文仪器，适应于各类学校、科技馆等。

创新点与改进点

该仪器将抽象的太阳视运动规律形象、直观、准确地演示出来。标注观测地天空的高度与方位角网络，使度量准确；在观测地地方时、观测地纬度、太阳直射点纬度刻度球上准确度量；用从球心投射出来的激光模拟演示太阳视运动；合理演示地球、地平面、天空之间的关系；直观指示观测地在地球上的位置。但是受资金制约，制作的模型比较粗糙、不精细，下一步将在外观上进行改进。

使用效果

学生在分组实验中自主操作观察该仪器，约1节课的时间他们就能完全理解太阳视运动规律及其形成原理。下一步准备在教学与天文科普方面推广使用该仪器。

该项目获得第32届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。

专家评语

该项目利用相对运动原理，设计出太阳视运动仪，便于地理教学。该项目原理科学、概念清晰、构思巧妙，作品教育性强。项目选题新颖，具有实质性创新，对传统方法有突破。作品效果显著，制作规范，具有示范推广价值。希望该项目在教学设计方面作出改进和提升。