太陽高度角的測(cè)定及應(yīng)用—張永鳳

1、v 正午太陽高度角的測(cè)定及應(yīng)用正午太陽高度角的測(cè)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(jiǎn)要背景說明簡(jiǎn)要背景說明：v長(zhǎng)期以來，人們就一直在努力研究利用太陽長(zhǎng)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(guó)，太陽能可謂取之不盡，用之不竭。在

2、我國(guó)，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(cè)定及應(yīng)用正午太陽高度角的測(cè)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(huì)持續(xù)發(fā)展的過程中，可充分利用不可是人類尋求社會(huì)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：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(shí)。等都涉及到正午太陽高度知識(shí)。v3 3、提高自身的社會(huì)實(shí)踐能力，并學(xué)以致用。、提高自身的社會(huì)實(shí)踐能力，并學(xué)以致用。v研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容：v正午太陽高度角的測(cè)定正午太陽高度角的測(cè)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(chǎng)：扎魯特一中操場(chǎng)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(cè)定、正午太陽高度角的測(cè)定v活動(dòng)時(shí)間活動(dòng)時(shí)間：v20201111年年- -月月

4、- -日日v活動(dòng)地點(diǎn)活動(dòng)地點(diǎn)：v扎魯特一中扎魯特一中v活動(dòng)工具：活動(dòng)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(dòng)過程活動(dòng)過程：v正午太陽高度角的測(cè)量（地點(diǎn)正午太陽高度角的測(cè)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(cè)量在秋分日前一天，在平坦開闊的空地垂直樹立竹竿，并測(cè)量竹竿在地上部分的長(zhǎng)度（設(shè)為竹竿在地上部分的長(zhǎng)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)在地面上畫一個(gè)半徑略短于當(dāng)時(shí)桿影長(zhǎng)的個(gè)半徑略短于當(dāng)時(shí)桿影長(zhǎng)的半半圓。圓。當(dāng)上午標(biāo)桿的影端落在圓周

5、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(dòng)過程活動(dòng)過程活動(dòng)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)），單位為小時(shí)），并測(cè)量此時(shí)竹竿影子（設(shè)為并測(cè)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

6、用下列公式進(jìn)行計(jì)算：正午太陽高度正午太陽高度= =arctanb/aarctanb/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- - arctanb/aarctanb/a。C CA AB BO Oa ab b活動(dòng)原理活動(dòng)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射下來，此時(shí)對(duì)赤道以北地區(qū)來說，正午陽光從正南射下來，此時(shí)對(duì)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(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

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?dòng)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?；顒?dòng)時(shí)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(zhǎng)度b158158158竹竿影長(zhǎng)a158158158.1 b/a111太陽從正南照過來的時(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

9、12:15、2011年年9月月24日日12:16，測(cè)量數(shù)據(jù)紀(jì)錄如下表：，測(cè)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)鼐暥龋≌?；為太陽直射點(diǎn)的緯度(4天直射點(diǎn)大體移動(dòng)1度)，當(dāng)?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取?fù)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(shí)的時(shí)間與北京時(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、

10、正午太陽高度角的應(yīng)用v2 2、通過觀測(cè)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(cè)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(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其隨我國(guó)近年來房地理知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其隨我國(guó)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。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)

11、地一年中太陽高度角最小時(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

12、，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(cè)量樓間距測(cè)量樓高測(cè)量樓高v通過測(cè)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(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安裝一雨棚，為了保證房?jī)?nèi)良好的光照條件，南窗戶上安裝一雨棚，為了保證房?jī)?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)

14、正午太陽高度為最大時(shí)，雨棚仍不遮擋房?jī)?nèi)陽光，這時(shí)雨棚寬度為為最大時(shí)，雨棚仍不遮擋房?jī)?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=60CM,則則雨棚最佳寬度為雨棚最佳寬度為L(zhǎng)= 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(tái)太陽能熱水器，為了獲安裝一臺(tái)太陽能熱水器，為了獲得最多的太陽光熱，提高利用效率，那么日照?qǐng)D與熱水器安

15、裝得最多的太陽光熱，提高利用效率，那么日照?qǐng)D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(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

16、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，太陽光是促進(jìn)雛雞下常生長(zhǎng)。發(fā)育，在家禽養(yǎng)殖中，太陽光是促進(jìn)雛雞下常生長(zhǎng)。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(chǎng)環(huán)境凈化的有效殺菌劑。扎很好的殺菌作用，是雞場(chǎng)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

17、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(shí)，充分利不多。如果比較科學(xué)利用正午太陽高度知識(shí)，充分利用太陽光作用，一定會(huì)促進(jìn)我市家禽養(yǎng)殖發(fā)展。用太陽光作用，一定會(huì)促進(jìn)我市家禽養(yǎng)殖發(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，間作、套作有利于充分利用土地和氣候資源，提在種植業(yè)中，間作、套作有利于充分利用土地和

18、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(zhēng)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(zhēng)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(zhǎng)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(zhǎng)階段對(duì)光合有效輻射能的利用率可達(dá)對(duì)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