用钟表测量当地方位的原理及运用杜菊海、钟表指针运动方向与太阳视运动方向的关系如图，图中大圆表示地球，水平平行四边形表示黄道面，太阳在黄道面上 地球不停地自西向东做自转运动，这就导致了一日之中太阳高度在不断地变化， 日变化周期是 24 小时我们在地球上却感觉不到地球的运动；相反，我们在地 球上看太阳（即太阳的视运动），则是太阳围绕我们地球不停地自东向西运动， 24 小时围绕地球转一圈故我们在地球上看太阳，太阳每小时在天空中视运动 是每小时向西运动 15°如右图，假设地球是静止的，太阳在围绕地球旋转， 图中N、S两点，N在黄道面以北，S在黄道面以南，AB、CD分别表示N、S的地 平面假设图中阴影表示钟表有指针的一面，则我们可以发现一个有趣的现象： 在黄道面以北的点 N 的人看太阳，太阳的视运动方向与钟表指针行走的方向一致 （钟表面朝上）；在黄道面以南的点 S 的人看太阳，太阳的视运动方向与钟表指 针行走的方向一致（钟表面朝下）看法：分别从 N、 S 点的上空沿 NO、 SO 方向向地心看在这里，太阳视运动方向与钟表指针的运动方向就联系起来了 因此，我们可以用钟表来对某地的当地方位进行测量在这里，假设地球是静止的，太阳在黄道面上围绕地球运动，如何用钟表测 量当地方位，下面主要分如下两种情况进行探讨。
二、用钟表测量黄道面以北某点当地方位的原理及运用1.原理如图 1：水平面表示地面，倾斜面表示太阳的视运动轨迹由于太阳东升西 落，故我们可以在图中判断东西方向，再根据“上北下南、左西右东”的原理， 判断南北方向我们知道，一日之中，太阳与地平面呈最大夹角时即正午（我们把它定为地 方时 12 点），太阳与地平面呈最小夹角时即子夜（我们把它定为地方时 24 点或 0 点）如图 2 所示，作 12 点、0 点与地平面的垂线，连接这两点的线即子午线， 表示正南、正北方向此时，若在此图中加上 24 时制的钟表，钟表面与太阳视运动轨道面平行， 如上所述，太阳的视运动方向与钟表指针行走的方向一致（钟表面朝上）如钟 表所用时间为当地地方时，则可发现，此图中 12 点指向正南方（或正南方的天 空）、0（或24）点指向正北方（或正北方的地面），6 点指向正东方、18 点指 向正西方因太阳视运动是一小时 15°，而 24 制钟表时针旋转也是一小时 15°， 如图3,太阳从A点视运动到B点角度为45°,花3小时，而时针3小时也运动 45°所以 24 制钟表上时针始终指向太阳在天空中的位置因此,若钟表时间是用当地地方时且时间采用的是 24 小时制,只要有太阳, 我们就可以确定当地方向。
具体方法：钟面朝上,把钟表时针方向指向太阳,则 12点与 0（或 24）点连线即代表子午线, 12点指向正南方, 0（或 24）点指向 正北方如图 4.2.运用上一段实际上就是如何用钟表测定当地方向的运用，不同之处在于，实际钟 表采用 12 小时制，实际太阳视运动一周，钟表时针要走 2 周，即太阳每小时视 运动15°，而时针每小时运动 30°，把握住这个规律，我们即可将钟表运用于 测定当地方位1）若钟表时间是当地地方时，用钟表确定当地方向具体方法如下：钟面 朝上，把钟表时针指向太阳，上午从时针顺时针到 12点的夹角平分线即指向正 南方向；下午从时针逆时针方向到 12 点的夹角即指向正南方向如图 5.（解释以上午为例）：此时8 点，钟表时针指向太阳，4 小时后到 12点（正 午），钟面上时针4 小时走 120°，而太阳4 小时视运动 60°，若钟表表面静止 不动，地方时 12点太阳正好处在 8点到 12 点中心，即 10 点与钟表中心的连线 上，故 10 点与钟表中心的连线指向正南方图 6 为 12 时制与 24 时制时间与方 向对照图在图中，正南方向与太阳的实际位置（即地方时）是完全一致的，但 由于所用钟表时制的不同，右图（24 时制）钟表中心与 12点的连线指向正南方， 而左图（12时制）是钟表中心与 10 点的连线指向正南方。
我们也可用数学模型来解释，如图7，外边大圆表示太阳的视运动轨迹，中 圆表示24 制钟表，小圆表示 12 制钟表，如前所述，表心与 12 点的连线指向正 南方假设0 时太阳与12 制钟表时针同时运动（0 时太阳位于 24 制钟表表心与 0 点的连线上， 12 制钟表时针 0 时指向 12 点，在图中运动方向相同），太阳每 小时视运动15°，而时针每小时运动30°, n小时后时针顺时针方向到12点夹 角为（360° -nX30° ），所以夹角平分线顺时针方向到12点的夹角为（360° -nX30°） /2,即（180° -nX15°）而此时太阳 n 小时运动 nX15°, 它顺时针方向到12点夹角为（180°-nX15°），二者完全相等，所以任何时候 太阳都位于时针顺时针方向到12点的中央因此如果我们把12时制钟表整体转 动，时针指向太阳，则此时时针顺时针到 12 点的连线就是正南方下午如何解释跟上面方法一样，这里就不多说了2）若钟表所用为区时，则需要把区时换算成地方时，在钟表面上做出地 方时12点的标记即可参照方法1来测量当地方向如某地采用北京时间，但当 地地方时比120°E上地方时晚一小时，则其地方时12点为北京时间13点（表 面 1 点），我们在表面 1 点的位置做一标记即可对当地方位进行测量。
其它方法 如上：钟面朝上，把钟表时针方向指向太阳，它与表面1 点的夹角平分线即是子 午线方向至于具体找地方时12点的方法，一般有：立杆测影法，知道当地经度计 算法等等，在此就不详述了因此，只要有钟表且能确定地方时12点在钟表面上的位置，我们就可以通 过对太阳的测量来确定当地方位三、用钟表测量黄道面以南某点当地方位的原理及运用1.原理观察图 8：水平面表示地平面，倾斜面表示太阳的视运动轨迹根据太阳东升西落的规 律，我们可以在图中判断东西方向，再根据“上北下南、左西右东”的原理，判 断南北方向如前所述，太阳的视运动方向与钟表指针行走的方向一致（钟表面 朝下）此时，若在此图中加上 24 时制的钟表，钟表面与太阳视运动轨道面平 行（钟表面朝上），则可发现，太阳视运动方向与钟表指针走向完全相反如所 用时间为当地地方时，则此图中12点指向正北方（或正北方的天空）、0（或24）点指向正南方（或正南方的地面），6 点指向正西方、18 点指向正东方，太 阳视运动是一小时 15°，24 制钟表时针旋转也是一小时 15°，假设时针与太阳 开始都在表心与 0 点的连线上然后同时运动，则我们可以发现，时针指向的线与 表心与太阳位置的连线始终沿 0 与 12点的连线对称，即沿子午线对称。
如图8、 9.根据这个规律我们就可以将钟表运用于测定当地方位2.运用实际钟表采用 12小时制，实际太阳视运动一周，钟表时针要走 2 周，即太 阳每小时视运动 15°，而时针每小时运动30°，把握住这个规律，我们即可将 钟表运用于测定当地方位即：上午把时针顺时针到 12 点的夹角平分线沿6—12 的对称线指向太阳，表心到 12 点的连线即指向正北方向；下午把时针逆时针方 向到 12 点的夹角平分线沿 6—12 的对称线指向太阳，表心到 12 点的连线即指向 正北方向解释以上午为例）如图 10：外边大圆表示太阳的视运动轨迹，中圆表示 24制钟表，小圆表示 12 制钟表，如前所述，表心与 12 点的连线指向正北方 假设0 时太阳与钟表时针同时运动，（0 时太阳位于 24 制钟表表心与 0 点的连 线上，12 制钟表时针指向 12 点，24 制钟表时针指向 0 点），由上我们可以得出： 上午任何时候 24制时针都处于 12 制时针顺时针方向到 12 点的中点，即夹角平 分线位置如上所述，24 制时针指向的线与表心与太阳位置的连线始终沿 0 与 12点的连线对称，即在 12 制钟面上，表心与太阳位置的连线始终沿 6与 12 点 的连线与12 制时针顺时针方向到 12 点的中点，即夹角平分线对称。
根据这个规 律，我们就可以用钟表确定当地方位如图 11，知道此时地方时上午 3 点，天 空中有太阳，我们就可以确定地面上的方向如此时 3 点顺时针方向到 12 点夹 角的平分线（表心指向 7 点半的线）在钟表面上沿 6—12 点的连线对称的线指向 4 点半，因此，这时只要把表心与 4 点半的连线对准太阳，地平面的方向就可以 确定如图11 所示下午如何确定当地方位跟上面方法一样，这里就不多说了综上所述，利用钟表确定当地方位规律如下：钟面朝上当地球某点位于黄道面以北，把钟表时针指向太阳，上午时针顺时针方向到 12点的夹角平分线即指向正南方向；下午时针逆时针方向方向到 12 点的夹角即 指向正南方向当地球某点位于黄道面以南，上午把时针顺时针到 12 点的夹角平分线沿 6—12 的对称线指向太阳，表心到 12 点的连线即指向正北方向；下午把时针逆 时针方向到 12 点的夹角平分线沿 6—12 的对称线指向太阳，表心到 12 点的连线 即指向正北方向至于此点正好位于黄道面上，因钟表面与地平面垂直，以上两种方法都适用练习：1.（2005 江苏）夏至日北京时间下午 1 时整，我国某中学地理兴趣小组在 某地观测到旗杆的影长最短，并测得太阳光线与地平面的夹角约为 73.5°。
完 成下列要求（12 分）（1）北京时间下午 3时，该兴趣小组在该地借助太阳的位置用手表确定正南方向（表面朝上）图 13 所示四种方法中正确的是（填代号） .2）该地的纬度是 ，经度是 （3）图12 是四幅该日太阳高度日变化曲线图，其中与当地情况相符的图是 （填代号）答案要点：(1) a (2)39° 56'(40°)N 105°E (3) b答案要点：西北 B2.70°S上的某点，某日3点日出，则日出方向在 方，下面四幅图中，表示日出方向正确的是： .答案要点：A B CD东南 C3.40°N上的某点，某日20点日落，则日落方向在 方，下面四幅图中，表示日落方向正确的是： 因为地球的自转，我们知道太阳视运动中围绕地球一天旋转360度太阳旋 转的角速度为每小时15度，而以太阳来定时间的钟表中的时针角速度是每小时 30度，根据手表时针角速度是太阳角速度的1/2，我们可以用手表来定方位（附 图）教师演示，把已准备好的钟表的时针对准窗外的太阳，找到时钟上12 点钟时针的位置在北半球，两者平分线指示正南方注：手表时针与太阳旋转方向一致）。