太陽高度角的測定及應用—張永鳳

1、v 正午太陽高度角的測定及應用正午太陽高度角的測定及應用 指導教師：張永鳳指導教師：張永鳳參與學生：扎魯特一中參與學生：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，這些能量相當于全球所需總能量的這些能量相當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，太陽能可謂取之不盡，用之不竭。在

2、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用正午太陽高度角的測定及應用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、在實際生活中廣泛推廣應用太陽能，比如：太陽灶、在實際生活中廣泛推廣應用太陽能，比如：太陽灶、太陽能熱水器、塑料大棚

3、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、提高自身的社會實踐能力，并學以致用。、提高自身的社會實踐能力，并學以致用。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地調(diào)查實地調(diào)查v共采共采2個點個點v地點地點1：扎魯特一中操場：扎魯特一中操場實地調(diào)查實地調(diào)查v共采共采2個點個點v地點地點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、正午太陽高度角的測定v活動時間活動時間：v20201111年年- -月月

4、- -日日v活動地點活動地點：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（地點正午太陽高度角的測量（地點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（設為竹竿在地上部分的長度（設為b）v以以竹竿竹竿所插點所插點（圖中圖中O點點）為圓心，于上午為圓心，于上午9 9時在地面上畫一時在地面上畫一個半徑略短于當時桿影長的個半徑略短于當時桿影長的半半圓。圓。當上午標桿的影端落在圓周

5、當上午標桿的影端落在圓周上時，標記為當上午標桿的影端落在圓周上時，標記為A A點；下午標桿點；下午標桿的影端又落在圓周上時，再標記為的影端又落在圓周上時，再標記為B B點；將點；將A A、B B兩點連成兩點連成直線，取其中點直線，取其中點C C，將中點與圓心連成直線將中點與圓心連成直線OCOC。 活動過程活動過程活動過程v秋分日及其前后，當竹竿秋分日及其前后，當竹竿的影子與直線的影子與直線OCOC重合的時重合的時刻，記下此時刻的北京時間刻，記下此時刻的北京時間（設為（設為T T，單位為小時），單位為小時），并測量此時竹竿影子（設為并測量此時竹竿影子（設為a a）; ;v利用下列公式進行計算：利

6、用下列公式進行計算：正午太陽高度正午太陽高度= =arctanbarctanb/a/a，當?shù)亟?jīng)度當?shù)亟?jīng)度=120=120- -（T-12T-12）1515，當?shù)鼐暥犬數(shù)鼐暥?90=90- - arctanbarctanb/a/a。C CA AB BO Oa ab b活動原理活動原理v太陽高度達到一天最大時候為當?shù)卣纾ǖ胤綍r為太陽高度達到一天最大時候為當?shù)卣纾ǖ胤綍r為1212時），日影最短，陽光將從正北或正南或從頭頂照時），日影最短，陽光將從正北或正南或從頭頂照射下來，此時對赤道以北地區(qū)來說，正午陽光從正南射下來，此時對赤道以北地區(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

7、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，各經(jīng)度地方時不同。經(jīng)度每差一度，地球不停自轉，各經(jīng)度地方時不同。經(jīng)度每差一度，時間相差時間相差4 4分鐘。紀錄下日影出現(xiàn)最短的北京時間，分鐘。紀錄下日影出現(xiàn)最短的北京時間，可知此地正午地方時可知此地正午地方時1212時與北京時間的差值，從而推時與北京時間的差值，從而推算出與算出與120120E E經(jīng)度差值。再根據(jù)地方時正午是早于還是經(jīng)度差值。再根據(jù)地方時正午是早于還是遲于北京時間遲于北京時間1212時出現(xiàn)，就可以在時出現(xiàn)，就可以在120120E E基礎上加或減基礎上加或減去經(jīng)度差值數(shù)，推

8、算出具體經(jīng)度。去經(jīng)度差值數(shù)，推算出具體經(jīng)度?；顒蛹o錄依據(jù)以上數(shù)據(jù)計算出扎魯特旗的緯度分別約為依據(jù)以上數(shù)據(jù)計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。活動時間11年9月22日12:1511年9月23日12:1511年9月24日12:16竹竿長度b158158158竹竿影長a158158158.1 b/a111太陽從正南照過來的時間（即扎旗的地方時太陽從正南照過來的時間（即扎旗的地方時12：00）分別為北京）分別為北京時間時間2011年年9月月22日日12:15、2011年年9月月23日日

9、12:15、2011年年9月月24日日12:16，測量數(shù)據(jù)紀錄如下表：，測量數(shù)據(jù)紀錄如下表：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?shù)鼐暥龋≌?；為太陽直射點的緯度(4天直射點大體移動1度)，當?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取負值。v算得扎魯特旗的緯度為北緯 45v（2）利用本地竿影最短時的時間與北京時間的差值，計算當?shù)氐乩斫?jīng)度。 v本地地方時-120E地方時=兩地方時時差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用二、正午太陽高度角的應用二、正午太陽高度角的應用二、正

10、午太陽高度角的應用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)實生活中的應用越來越廣泛，尤其隨我國近年來房地理知識在現(xiàn)實生活中的應用越來越廣泛，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良好的居住環(huán)境。在樓房建造時，南北方向應保持合理的樓一個良好的居住環(huán)境。在樓房建造時，南北方向應保持合理的樓距。才能保證后面樓房底層全年見到陽光。要達到這個條件，需距。才能保證后面樓房底層全年見到陽光。要達到這個條件，需滿足當?shù)?/p>

11、一年中太陽高度角最小時，后面樓房底層可見到太陽光，滿足當?shù)匾荒曛刑柛叨冉亲钚r，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（地點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，

12、依此日正午太陽高度計算出的樓間距日正午太陽高度計算出的樓間距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算出的樓間距度計算出的樓間距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 。那么扎魯特一中教師宿舍樓間距的設計是否那么扎魯特一中教師宿舍樓間距的設計是否合理？（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 ，

13、那么可以得出那么可以得出結論此教師宿舍樓樓間距的設計結論此教師宿舍樓樓間距的設計 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，在設計城市居室日照狀況中越來越正午太陽高度角，在設計城市居室日照狀況中越來越廣泛應用。若在扎魯特旗（約北緯廣泛應用。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雨棚安裝等。根據(jù)要求可知：當正午太陽高度來指導雨棚安裝等。根據(jù)要求可知：當正午

14、太陽高度為最大時，雨棚仍不遮擋房內(nèi)陽光，這時雨棚寬度為為最大時，雨棚仍不遮擋房內(nèi)陽光，這時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 與直射與直射點的緯距為點的緯距為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=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

15、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，所以在安裝時最好設計成支架可以伸縮的裝置以在安裝時最好設計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

16、時（即冬至時6826夏至時夏至時2134=4708）v在實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用二、正午太陽高度角的應用v4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用v在家禽養(yǎng)殖中，太陽光是促進雛雞下常生長。發(fā)育，在家禽養(yǎng)殖中，太陽光是促進雛雞下常生長。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

17、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。如果比較科學利用正午太陽高度知識，充分利不多。如果比較科學利用正午太陽高度知識，充分利用太陽光作用，一定會促進我市用太陽光作用，一定會促進我市家禽養(yǎng)殖家禽養(yǎng)殖發(fā)展。發(fā)展。 二、正午太陽高度角的應用二、正午太陽高度角的應用v4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用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

18、資源，提高復種指數(shù)，增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量，并可爭取農(nóng)時，利用蔬菜多品高復種指數(shù)，增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量，并可爭取農(nóng)時，利用蔬菜多品種均衡供應。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。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對光合有效輻射能的利用率可達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。在城市遠郊或經(jīng)濟麥或黃豆行中間作芥菜（或早熟西瓜）等。在城市遠郊或經(jīng)濟作