太陽高度角的測定及應(yīng)用—張永鳳

1、v 正午太陽高度角的測定及應(yīng)用正午太陽高度角的測定及應(yīng)用 指導(dǎo)教師：張永鳳指導(dǎo)教師：張永鳳 參與學(xué)生：扎魯特一中參與學(xué)生：扎魯特一中 高一（）班地理興趣小組高一（）班地理興趣小組 研究課題：研究課題： 簡要背景說明簡要背景說明： v長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽 能。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽能。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽 表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右， 這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的3-43-4萬倍，萬倍， 可謂取之不盡，用之不竭。在我國，太陽能可謂取之不

2、盡，用之不竭。在我國，太陽能 的利用也一直是最熱門的話題，扎魯特旗是的利用也一直是最熱門的話題，扎魯特旗是 否有利于發(fā)展太陽能？怎么發(fā)展？否有利于發(fā)展太陽能？怎么發(fā)展？ v研究課題研究課題： v正午太陽高度角的測定及應(yīng)用正午太陽高度角的測定及應(yīng)用 v研究目的：研究目的： v1 1、太陽能源廣泛存在，又一種可持續(xù)利用的清潔能源，、太陽能源廣泛存在，又一種可持續(xù)利用的清潔能源， 是人類尋求社會持續(xù)發(fā)展的過程中，可充分利用不可是人類尋求社會持續(xù)發(fā)展的過程中，可充分利用不可 忽視一種的資源。忽視一種的資源。 v 2 2、在實(shí)際生活中廣泛推廣應(yīng)用太陽能，比如：太陽灶、在實(shí)際生活中廣泛推廣應(yīng)用太陽能，比如

3、：太陽灶、 太陽能熱水器、塑料大棚的角度、樓高與樓距的比例太陽能熱水器、塑料大棚的角度、樓高與樓距的比例 等都涉及到正午太陽高度知識。等都涉及到正午太陽高度知識。 v3 3、提高自身的社會實(shí)踐能力，并學(xué)以致用。、提高自身的社會實(shí)踐能力，并學(xué)以致用。 v研究內(nèi)容研究內(nèi)容： v正午太陽高度角的測定正午太陽高度角的測定 v樓距的合理性樓距的合理性 實(shí)地調(diào)查實(shí)地調(diào)查 v共采共采2個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn) v地點(diǎn)地點(diǎn)1：扎魯特一中操場：扎魯特一中操場 實(shí)地調(diào)查實(shí)地調(diào)查 v共采共采2個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn) v地點(diǎn)地點(diǎn)2：扎魯特一中教師宿舍樓：扎魯特一中教師宿舍樓 一、研究過程：一、研究過程： v1、正午太陽高度角的測定、正午太陽高度角

4、的測定 v活動時(shí)間活動時(shí)間： v20201111年年- -月月- -日日 v活動地點(diǎn)活動地點(diǎn)： v扎魯特一中扎魯特一中 v活動工具：活動工具： v直竹竿、手表、直尺、三角板、繩、粉筆、紙、鉛筆直竹竿、手表、直尺、三角板、繩、粉筆、紙、鉛筆 等等 活動過程活動過程： v正午太陽高度角的測量（地點(diǎn)正午太陽高度角的測量（地點(diǎn)1） v在秋分日前一天，在平坦開闊的空地垂直樹立竹竿，并測量在秋分日前一天，在平坦開闊的空地垂直樹立竹竿，并測量 竹竿在地上部分的長度（設(shè)為竹竿在地上部分的長度（設(shè)為b） v以以竹竿竹竿所插點(diǎn)所插點(diǎn)（圖中圖中O點(diǎn)點(diǎn)）為圓心，于上午為圓心，于上午9 9時(shí)在地面上畫一時(shí)在地面上畫一

5、個(gè)半徑略短于當(dāng)時(shí)桿影長的個(gè)半徑略短于當(dāng)時(shí)桿影長的半半圓。圓。 當(dāng)上午標(biāo)桿的影端落在圓周 當(dāng)上午標(biāo)桿的影端落在圓周上時(shí)，標(biāo)記為當(dāng)上午標(biāo)桿的影端落在圓周上時(shí)，標(biāo)記為A A點(diǎn)；下午標(biāo)桿點(diǎn)；下午標(biāo)桿 的影端又落在圓周上時(shí)，再標(biāo)記為的影端又落在圓周上時(shí)，再標(biāo)記為B B點(diǎn)；將點(diǎn)；將A A、B B兩點(diǎn)連成兩點(diǎn)連成 直線，取其中點(diǎn)直線，取其中點(diǎn)C C，將中點(diǎn)與圓心連成直線將中點(diǎn)與圓心連成直線OCOC。 活動過程活動過程 活動過程 v秋分日及其前后，當(dāng)竹竿秋分日及其前后，當(dāng)竹竿 的影子與直線的影子與直線OCOC重合的時(shí)重合的時(shí) 刻，記下此時(shí)刻的北京時(shí)間刻，記下此時(shí)刻的北京時(shí)間 （設(shè)為（設(shè)為T T，單位為小時(shí)），

6、單位為小時(shí)）， 并測量此時(shí)竹竿影子（設(shè)為并測量此時(shí)竹竿影子（設(shè)為 a a）; ; v利用下列公式進(jìn)行計(jì)算：利用下列公式進(jìn)行計(jì)算： 正午太陽高度正午太陽高度= =arctanbarctanb/a/a， 當(dāng)?shù)亟?jīng)度當(dāng)?shù)亟?jīng)度=120=120- -（T-12T-12） 1515，當(dāng)?shù)鼐暥犬?dāng)?shù)鼐暥?90=90- - arctanbarctanb/a/a。 C C A A B B O O a a b b 活動原理活動原理 v太陽高度達(dá)到一天最大時(shí)候?yàn)楫?dāng)?shù)卣纾ǖ胤綍r(shí)為太陽高度達(dá)到一天最大時(shí)候?yàn)楫?dāng)?shù)卣纾ǖ胤綍r(shí)為 1212時(shí)），日影最短，陽光將從正北或正南或從頭頂照時(shí)），日影最短，陽光將從正北或正南或從頭頂照

7、 射下來，此時(shí)對赤道以北地區(qū)來說，正午陽光從正南射下來，此時(shí)對赤道以北地區(qū)來說，正午陽光從正南 照來。直立竹竿只要有影子，必是南北方向投影，其照來。直立竹竿只要有影子，必是南北方向投影，其 影子可視為一段經(jīng)線。影子可視為一段經(jīng)線。 v地球不停自轉(zhuǎn)，各經(jīng)度地方時(shí)不同。經(jīng)度每差一度，地球不停自轉(zhuǎn)，各經(jīng)度地方時(shí)不同。經(jīng)度每差一度， 時(shí)間相差時(shí)間相差4 4分鐘。紀(jì)錄下日影出現(xiàn)最短的北京時(shí)間，分鐘。紀(jì)錄下日影出現(xiàn)最短的北京時(shí)間， 可知此地正午地方時(shí)可知此地正午地方時(shí)1212時(shí)與北京時(shí)間的差值，從而推時(shí)與北京時(shí)間的差值，從而推 算出與算出與120120E E經(jīng)度差值。再根據(jù)地方時(shí)正午是早于還是經(jīng)度差值。再

8、根據(jù)地方時(shí)正午是早于還是 遲于北京時(shí)間遲于北京時(shí)間1212時(shí)出現(xiàn)，就可以在時(shí)出現(xiàn)，就可以在120120E E基礎(chǔ)上加或減基礎(chǔ)上加或減 去經(jīng)度差值數(shù)，推算出具體經(jīng)度。去經(jīng)度差值數(shù)，推算出具體經(jīng)度。 活動紀(jì)錄 依據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出扎魯特旗的緯度分別約為依據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出扎魯特旗的緯度分別約為45度、度、45度、度、 45.01度；經(jīng)度分別約為度；經(jīng)度分別約為120.01度、度、120。03度與度與120.04度。度。 活動時(shí)間11年9月22日 12:15 11年9月23日 12:15 11年9月24日 12:16 竹竿長度b158158158 竹竿影長a158158158.1 b/a111 太陽從正

9、南照過來的時(shí)間（即扎旗的地方時(shí)太陽從正南照過來的時(shí)間（即扎旗的地方時(shí)12：00）分別為北京）分別為北京 時(shí)間時(shí)間2011年年9月月22日日12:15、2011年年9月月23日日12:15、2011年年9月月24日日 12:16，測量數(shù)據(jù)紀(jì)錄如下表：，測量數(shù)據(jù)紀(jì)錄如下表： v1、利用正午太陽高度算本地的經(jīng)緯度利用正午太陽高度算本地的經(jīng)緯度 v（1） 利用正午太陽高度算本地的緯度 v公式： H=90- v式中H為正午太陽高度；為當(dāng)?shù)鼐暥?，取正值；?太陽直射點(diǎn)的緯度(4天直射點(diǎn)大體移動1度)，當(dāng)?shù)叵?半年取正值，冬半年取負(fù)值。 v算得扎魯特旗的緯度為北緯 45 v（2）利用本地竿影最短時(shí)的時(shí)間與北

10、京時(shí)間的差值， 計(jì)算當(dāng)?shù)氐乩斫?jīng)度。 v本地地方時(shí)-120E地方時(shí)=兩地方時(shí)時(shí)差 v 算得扎魯特旗的經(jīng)度是東經(jīng)12004。 二、正午太陽高度角的應(yīng)用二、正午太陽高度角的應(yīng)用 二、正午太陽高度角的應(yīng)用二、正午太陽高度角的應(yīng)用 v2 2、通過觀測樓房間正午太陽高度角的照射情況，估算樓距的合、通過觀測樓房間正午太陽高度角的照射情況，估算樓距的合 理性理性 v地理知識在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其隨我國近年來房地理知識在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其隨我國近年來房 地產(chǎn)的迅速發(fā)展，越來越多的居民喬遷新居，為了他們能夠擁有地產(chǎn)的迅速發(fā)展，越來越多的居民喬遷新居，為了他們能夠擁有 一個(gè)良好的居住環(huán)境。

11、在樓房建造時(shí)，南北方向應(yīng)保持合理的樓一個(gè)良好的居住環(huán)境。在樓房建造時(shí)，南北方向應(yīng)保持合理的樓 距。才能保證后面樓房底層全年見到陽光。要達(dá)到這個(gè)條件，需距。才能保證后面樓房底層全年見到陽光。要達(dá)到這個(gè)條件，需 滿足當(dāng)?shù)匾荒曛刑柛叨冉亲钚r(shí)，后面樓房底層可見到太陽光，滿足當(dāng)?shù)匾荒曛刑柛叨冉亲钚r(shí)，后面樓房底層可見到太陽光， 則全年可見。則全年可見。 v如在扎魯特旗如在扎魯特旗(120E，45 N) 要建一住宅小區(qū)，若商住樓為要建一住宅小區(qū)，若商住樓為 東西走向，樓高為東西走向，樓高為20米，欲使北面新樓底面全年均能照射到太陽米，欲使北面新樓底面全年均能照射到太陽 光線，則兩幢相鄰樓房間至少要相

12、距多少米光線，則兩幢相鄰樓房間至少要相距多少米? v估算樓距合理性的方法估算樓距合理性的方法（地點(diǎn)（地點(diǎn)2 2：教師宿舍樓）：教師宿舍樓） v冬至日，扎魯特旗正午太陽高度最小冬至日，扎魯特旗正午太陽高度最小(2134 )，依此，依此 日正午太陽高度計(jì)算出的樓間距日正午太陽高度計(jì)算出的樓間距A，能保證全年見到陽能保證全年見到陽 光。公式為光。公式為A=hcot2134 。 v冬至日，該地正午太陽高度最小冬至日，該地正午太陽高度最小(2134 )，依此日正午太陽高，依此日正午太陽高 度計(jì)算出的樓間距度計(jì)算出的樓間距A，能保證全年見到陽光。公式為能保證全年見到陽光。公式為 A=hcot2134 。那

13、么扎魯特一中教師宿舍樓間距的設(shè)計(jì)是否那么扎魯特一中教師宿舍樓間距的設(shè)計(jì)是否 合理？（樓房為坐北朝南）合理？（樓房為坐北朝南） 測量樓間距 測量樓高測量樓高 v通過測量樓間距是 m，樓高是 m，樓距與樓高的 余切是 ；根據(jù)公式A=hcot2134 ，那么可以得出那么可以得出 結(jié)論此教師宿舍樓樓間距的設(shè)計(jì)結(jié)論此教師宿舍樓樓間距的設(shè)計(jì) 合理的。合理的。 3、合理安裝雨棚和熱水器、合理安裝雨棚和熱水器 v正午太陽高度角，在設(shè)計(jì)城市居室日照狀況中越來越正午太陽高度角，在設(shè)計(jì)城市居室日照狀況中越來越 廣泛應(yīng)用。若在扎魯特旗（約北緯廣泛應(yīng)用。若在扎魯特旗（約北緯45度）的某房屋正度）的某房屋正 南窗戶上南窗

14、戶上安裝一雨棚安裝一雨棚，為了保證房內(nèi)良好的光照條件，為了保證房內(nèi)良好的光照條件， 雨棚的最佳寬度為多少雨棚的最佳寬度為多少? 這就要利用正午太陽高度角這就要利用正午太陽高度角 來指導(dǎo)雨棚安裝等。根據(jù)要求可知：當(dāng)正午太陽高度來指導(dǎo)雨棚安裝等。根據(jù)要求可知：當(dāng)正午太陽高度 為最大時(shí)，雨棚仍不遮擋房內(nèi)陽光，這時(shí)雨棚寬度為為最大時(shí)，雨棚仍不遮擋房內(nèi)陽光，這時(shí)雨棚寬度為 最佳寬度，即：太陽直射在北回歸線，最佳寬度，即：太陽直射在北回歸線，45N 與直射與直射 點(diǎn)的緯距為點(diǎn)的緯距為45一一2326=2134，所以，所以H大 大=90一 一 2134=6826。若雨棚離上窗框距離為。若雨棚離上窗框距離為h

15、=60CM,則則 雨棚最佳寬度為雨棚最佳寬度為L= hctg6826 。 3、合理安裝雨棚和熱水器、合理安裝雨棚和熱水器 v在扎魯特旗在扎魯特旗 (120E，45 N)安裝一臺安裝一臺太陽能熱水器太陽能熱水器，為了獲，為了獲 得最多的太陽光熱，提高利用效率，那么日照圖與熱水器安裝得最多的太陽光熱，提高利用效率，那么日照圖與熱水器安裝 方式搭配合理的是：為了獲得最好的光熱效果，熱水器的集熱方式搭配合理的是：為了獲得最好的光熱效果，熱水器的集熱 管必須與太陽光線直，這樣就必須符合：正午太陽高度角管必須與太陽光線直，這樣就必須符合：正午太陽高度角 + 集集 熱管與地面（樓面）傾角熱管與地面（樓面）傾

16、角=90。不同的季節(jié)。不同的季節(jié),正午太陽高度不正午太陽高度不 同，則太陽能熱水器的集熱管與地面（樓面）傾角也不同，所同，則太陽能熱水器的集熱管與地面（樓面）傾角也不同，所 以在安裝時(shí)最好設(shè)計(jì)成支架可以伸縮的裝置以在安裝時(shí)最好設(shè)計(jì)成支架可以伸縮的裝置,使可調(diào)角度在約使可調(diào)角度在約47 （即冬至?xí)r（即冬至?xí)r6826夏至?xí)r夏至?xí)r2134=4708） v在實(shí)際生活中除太陽能熱水器外，塑料大棚、玻璃溫室的采光在實(shí)際生活中除太陽能熱水器外，塑料大棚、玻璃溫室的采光 面角度調(diào)整也相同。面角度調(diào)整也相同。 二、正午太陽高度角的應(yīng)用二、正午太陽高度角的應(yīng)用 v4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用 v在家禽養(yǎng)殖中

17、，太陽光是促進(jìn)雛雞下常生長。發(fā)育，在家禽養(yǎng)殖中，太陽光是促進(jìn)雛雞下常生長。發(fā)育， 產(chǎn)蛋雞產(chǎn)蛋、繁殖等不可缺少的環(huán)境因素。太陽光有產(chǎn)蛋雞產(chǎn)蛋、繁殖等不可缺少的環(huán)境因素。太陽光有 很好的殺菌作用，是雞場環(huán)境凈化的有效殺菌劑。扎很好的殺菌作用，是雞場環(huán)境凈化的有效殺菌劑。扎 魯特旗地處北半球，雞舍方位朝南，冬季日光斜射，魯特旗地處北半球，雞舍方位朝南，冬季日光斜射， 還可以利用太陽輻射和射入雞舍的光束的保溫作用。還可以利用太陽輻射和射入雞舍的光束的保溫作用。 夏季日光直射，太陽高度角大，直射入雞舍的光線并夏季日光直射，太陽高度角大，直射入雞舍的光線并 不多。如果比較科學(xué)利用正午太陽高度知識，充分利不

18、多。如果比較科學(xué)利用正午太陽高度知識，充分利 用太陽光作用，一定會促進(jìn)我市用太陽光作用，一定會促進(jìn)我市家禽養(yǎng)殖家禽養(yǎng)殖發(fā)展。發(fā)展。 二、正午太陽高度角的應(yīng)用二、正午太陽高度角的應(yīng)用 v4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用 v在種植業(yè)中，在種植業(yè)中，間作、套作間作、套作有利于充分利用土地和氣候資源，提有利于充分利用土地和氣候資源，提 高復(fù)種指數(shù)，增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量，并可爭取農(nóng)時(shí)，利用蔬菜多品高復(fù)種指數(shù)，增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量，并可爭取農(nóng)時(shí)，利用蔬菜多品 種均衡供應(yīng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們已經(jīng)了解作物旺盛生長階段種均衡供應(yīng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們已經(jīng)了解作物旺盛生長階段 對光合有效輻射能的利用率可達(dá)對光合有效輻射能的利用率可達(dá)5%，而在幼苗期還不到，而在幼苗期還不到0.1%， 作物的間作、套作可充分利用不同太陽高度的入射光，有效地作物的間作、套作可充分利用不同太陽高度的入射光，有效地 利用太陽輻射能。農(nóng)戶們可以在玉米行中間（套）豆類，在小利用太陽輻射能。農(nóng)戶們可以在玉米行中間（套）豆類，在小 麥或黃豆行中間作芥菜（或早熟西瓜）等。在城市遠(yuǎn)郊或經(jīng)濟(jì)麥或黃豆行中間作芥菜（或早熟西瓜）等。在城市遠(yuǎn)郊或經(jīng)濟(jì) 作物