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1、v 正午太阳高度角的测定及应用 指导教师：张永凤 参与学生：扎鲁特一中 高一（）班地理兴趣小组 研究课题： 简要背景说明： v长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳 能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳 表面发出的全部能量的二十亿分之一左右， 这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍 ，可谓取之不尽，用之不竭。在我国，太阳 能的利用也一直是最热门的话题，扎鲁特旗 是否有利于发展太阳能？怎么发展？ v研究课题： v正午太阳高度角的测定及应用 v研究目的： v1、太阳能源广泛存在，又一种可持续利用的清洁能源 ，是人类寻求社会持续发展的过程中，可充分利用不 可忽视一种的资源。 v 2、在实际生活中
2、广泛推广应用太阳能，比如：太阳灶 、太阳能热水器、塑料大棚的角度、楼高与楼距的比 例等都涉及到正午太阳高度知识。 v3、提高自身的社会实践能力，并学以致用。 v研究内容： v正午太阳高度角的测定 v楼距的合理性 实地调查 v共采2个点 v地点1：扎鲁特一中操场 实地调查 v共采2个点 v地点2：扎鲁特一中教师宿舍楼 一、研究过程： v1、正午太阳高度角的测定 v活动时间： v2011年-月-日 v活动地点： v扎鲁特一中 v活动工具： v直竹竿、手表、直尺、三角板、绳、粉笔、纸、铅笔 等 活动过程： v正午太阳高度角的测量（地点1） v在秋分日前一天，在平坦开阔的空地垂直树立竹竿，并测量 竹竿
3、在地上部分的长度（设为b） v以竹竿所插点（图中O点）为圆心，于上午9时在地面上画一 个半径略短于当时杆影长的半圆。 当上午标杆的影端落在圆周 当上午标杆的影端落在圆周上时，标记为A点；下午标杆 的影端又落在圆周上时，再标记为B点；将A、B两点连成 直线，取其中点C，将中点与圆心连成直线OC。 活动过程 活动过程 v秋分日及其前后，当竹竿 的影子与直线OC重合的时 刻，记下此时刻的北京时间 （设为T，单位为小时）， 并测量此时竹竿影子（设为 a）; v利用下列公式进行计算： 正午太阳高度=arctanb/a， 当地经度=120-（T-12） 15，当地纬度=90- arctanb/a。 C A
4、 B O a b 活动原理 v太阳高度达到一天最大时候为当地正午（地方时为 12时），日影最短，阳光将从正北或正南或从头顶照 射下来，此时对赤道以北地区来说，正午阳光从正南 照来。直立竹竿只要有影子，必是南北方向投影，其 影子可视为一段经线。 v地球不停自转，各经度地方时不同。经度每差一度 ，时间相差4分钟。纪录下日影出现最短的北京时间， 可知此地正午地方时12时与北京时间的差值，从而推 算出与120E经度差值。再根据地方时正午是早于还是 迟于北京时间12时出现，就可以在120E基础上加或减 去经度差值数，推算出具体经度。 活动纪录 依据以上数据计算出扎鲁特旗的纬度分别约为45度、45度 、4
5、5.01度；经度分别约为120.01度、120。03度与120.04度 。 活动时间11年9月22日 12:15 11年9月23日 12:15 11年9月24日 12:16 竹竿长度b158158158 竹竿影长a158158158.1 b/a111 太阳从正南照过来的时间（即扎旗的地方时12：00）分别为北京 时间2011年9月22日12:15、2011年9月23日12:15、2011年9月24 日12:16，测量数据纪录如下表： v1、利用正午太阳高度算本地的经纬度 v（1） 利用正午太阳高度算本地的纬度 v公式： H=90- v式中H为正午太阳高度；为当地纬度，取正值；为 太阳直射点的纬
6、度(4天直射点大体移动1度)，当地夏 半年取正值，冬半年取负值。 v算得扎鲁特旗的纬度为北纬 45 v（2）利用本地竿影最短时的时间与北京时间的差值， 计算当地地理经度。 v本地地方时-120E地方时=两地方时时差 v 算得扎鲁特旗的经度是东经12004。 二、正午太阳高度角的应用 二、正午太阳高度角的应用 v2、通过观测楼房间正午太阳高度角的照射情况，估算楼距的合 理性 v地理知识在现实生活中的应用越来越广泛，尤其随我国近年来房 地产的迅速发展，越来越多的居民乔迁新居，为了他们能够拥有 一个良好的居住环境。在楼房建造时，南北方向应保持合理的楼 距。才能保证后面楼房底层全年见到阳光。要达到这个
7、条件，需 满足当地一年中太阳高度角最小时，后面楼房底层可见到太阳光 ，则全年可见。 v如在扎鲁特旗(120E，45 N) 要建一住宅小区，若商住楼为东 西走向，楼高为20米，欲使北面新楼底面全年均能照射到太阳光 线，则两幢相邻楼房间至少要相距多少米? v估算楼距合理性的方法（地点2：教师宿舍楼） v冬至日，扎鲁特旗正午太阳高度最小(2134 )，依此日 正午太阳高度计算出的楼间距A，能保证全年见到阳光 。公式为A=hcot2134 。 v冬至日，该地正午太阳高度最小(2134 )，依此日正午太阳高度 计算出的楼间距A，能保证全年见到阳光。公式为 A=hcot2134 。那么扎鲁特一中教师宿舍楼
8、间距的设计是否合 理？（楼房为坐北朝南） 测量楼间距 测量楼高 v通过测量楼间距是 m，楼高是 m，楼距与楼高的 余切是 ；根据公式A=hcot2134 ，那么可以得出 结论此教师宿舍楼楼间距的设计 合理的。 3、合理安装雨棚和热水器 v正午太阳高度角，在设计城市居室日照状况中越来越 广泛应用。若在扎鲁特旗（约北纬45度）的某房屋正 南窗户上安装一雨棚，为了保证房内良好的光照条件 ，雨棚的最佳宽度为多少? 这就要利用正午太阳高度 角来指导雨棚安装等。根据要求可知：当正午太阳高 度为最大时，雨棚仍不遮挡房内阳光，这时雨棚宽度 为最佳宽度，即：太阳直射在北回归线，45N 与直 射点的纬距为45一2
9、326=2134，所以H大=90 一2134=6826。若雨棚离上窗框距离为h=60CM, 则雨棚最佳宽度为L= hctg6826 。 3、合理安装雨棚和热水器 v在扎鲁特旗 (120E，45 N)安装一台太阳能热水器，为了获得 最多的太阳光热，提高利用效率，那么日照图与热水器安装方 式搭配合理的是：为了获得最好的光热效果，热水器的集热管 必须与太阳光线直，这样就必须符合：正午太阳高度角 + 集热 管与地面（楼面）倾角=90。不同的季节,正午太阳高度不同 ，则太阳能热水器的集热管与地面（楼面）倾角也不同，所以 在安装时最好设计成支架可以伸缩的装置,使可调角度在约47 （即冬至时6826夏至时2
10、134=4708） v在实际生活中除太阳能热水器外，塑料大棚、玻璃温室的采光 面角度调整也相同。 二、正午太阳高度角的应用 v4、农业生产中运用 v在家禽养殖中，太阳光是促进雏鸡下常生长。发育， 产蛋鸡产蛋、繁殖等不可缺少的环境因素。太阳光有 很好的杀菌作用，是鸡场环境净化的有效杀菌剂。扎 鲁特旗地处北半球，鸡舍方位朝南，冬季日光斜射， 还可以利用太阳辐射和射入鸡舍的光束的保温作用。 夏季日光直射，太阳高度角大，直射入鸡舍的光线并 不多。如果比较科学利用正午太阳高度知识，充分利 用太阳光作用，一定会促进我市家禽养殖发展。 二、正午太阳高度角的应用 v4、农业生产中运用 v在种植业中，间作、套作
11、有利于充分利用土地和气候资源，提 高复种指数，增加农业总产量，并可争取农时，利用蔬菜多品 种均衡供应。在农业生产中，人们已经了解作物旺盛生长阶段 对光合有效辐射能的利用率可达5%，而在幼苗期还不到0.1% ，作物的间作、套作可充分利用不同太阳高度的入射光，有效 地利用太阳辐射能。农户们可以在玉米行中间（套）豆类，在 小麦或黄豆行中间作芥菜（或早熟西瓜）等。在城市远郊或经 济作物区利用幼龄果园（苹果园的株、行间栽培植株较矮的蔬 菜或在树龄较大的落叶果园于落叶期间间作耐寒的晚熟蔬菜等 ，会获得更好的收益的。 三、体会与反思 v这次活动带给我们以下几点体会与反思： v1、扎鲁特旗太阳能的利用率很低。 v2、由于近几年房地产的发展，过于追求经济利 益，发现很多商品房的楼间距设计不合理。 v3、学生还是比较热衷于课外兴趣活动的，通过 活动他们更加认识到地理的实用性。 葡萄园套种蔬菜 玉米地套种花卉
