湖南省耒陽一中（ 421800） 吳濟(jì)廉

一、研究背景

桿影端點(diǎn)移動軌跡是周日視運(yùn)動的結(jié)果，不同地點(diǎn)、不同時間的桿影端點(diǎn)的移動軌跡不同。同樣，通過桿影端點(diǎn)的移動軌跡也可以推測不同時間的太陽方位以及晝夜長短狀況等。結(jié)合“當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度的測量活動”，讓學(xué)生深刻理解周日視運(yùn)動與桿影端點(diǎn)的移動軌跡之間的關(guān)系， 指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)地測量和探索，不僅有助于幫助學(xué)生理解相對深奧的經(jīng)度、緯度、太陽高度、日影、晝長、方位等知識點(diǎn)，還能提高學(xué)生學(xué)習(xí)地理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，有利于地理技能的形成。

二、研究目的

通過實(shí)踐活動，使學(xué)生初步掌握太陽高度、北京時間、地方時、時差的含義，掌握正午太陽高度、經(jīng)度和緯度的計(jì)算方法；觀測并總結(jié)太陽方位、周日視變化規(guī)律，實(shí)地觀測并總結(jié)記錄本地日影長短變化及移動規(guī)律；培養(yǎng)學(xué)生地理觀測能力、實(shí)踐能力、地理思維能力、地理計(jì)算能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和合作意識。

二、研究原理

1.根據(jù)桿影最短時刻（地方時12時）與北京時間的差值（時差），計(jì)算當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度。

2.根據(jù)正午太陽高度的計(jì)算公式，測算當(dāng)?shù)氐乩砭暥取?/p>

3.根據(jù)正午的日影方向確定地平方向。

3.通過標(biāo)記一天中不同時刻端點(diǎn)的位置從而描繪出桿影端點(diǎn)的移動軌跡。

三、人員分工

由1位輔導(dǎo)老師和3位學(xué)生組成。3位學(xué)生分別擔(dān)任標(biāo)記員、測量員和記錄員，分工明確但又有合作。

四、研究資料和工具

長度約2.5m的標(biāo)槍一根，卷尺一把，電子表一塊，三角函數(shù)表一本，天文年歷一份（用來查詢當(dāng)日太陽赤緯），計(jì)算器一個，4—5m長的細(xì)繩一根，鐵釘若干（用來標(biāo)記桿影端點(diǎn)），白石灰一小包，活動記錄卡一張（表一），白紙和鉛筆若干。

表一 活動記錄卡

五、研究過程

【第一次研究】

研究時間：2010年10月31日—2010年11月1日。研究地點(diǎn)：學(xué)校運(yùn)動場。學(xué)生按照以下步驟進(jìn)行：

1.10月31日上午9：00，用標(biāo)槍當(dāng)作日影桿，垂直插在水平地面上，測量木桿在地面上的長度H，在地面上標(biāo)記桿影端點(diǎn)位置，記錄標(biāo)記時間、桿影長度。同時，用細(xì)繩系在木桿底端，以略小于當(dāng)時桿影的長度為半徑畫圓。

2.在上午和下午某一時刻，當(dāng)標(biāo)槍端點(diǎn)落在圓周上時，標(biāo)記兩個端點(diǎn)并分別記為A點(diǎn)和B點(diǎn)。將A、B兩點(diǎn)連成直線，取其中點(diǎn)為C點(diǎn)，將中點(diǎn)與圓心連成直線OC。

3.從上午9：00開始，到下午16：30，每隔5分鐘標(biāo)記桿影端點(diǎn)位置，并記錄端點(diǎn)序號、時間和影長。

4.用白石灰將桿影端點(diǎn)用平滑曲線相連，曲線與直線OC交點(diǎn)為D，OD為當(dāng)日正午時的桿影，測量OD長度L，

5.11月1日，當(dāng)標(biāo)槍影子與直線OC重合時，記下此時的時間T（北京時間）。

6.及時分析和處理數(shù)據(jù)，總結(jié)研究經(jīng)驗(yàn)，反思研究得失，為第二次研究做準(zhǔn)備。

【第二次研究】

研究時間：2010年12月22日—12月23日，12月22日為冬至日。研究地點(diǎn)：校運(yùn)動場。為了減少誤差，增加了三個步驟，一是用鉛垂線使標(biāo)槍處于完全垂直狀態(tài)，二是通過網(wǎng)上授時中心獲取更準(zhǔn)確的北京時間，反復(fù)調(diào)整電子表，直到其時間和北京時間分秒不差，三是增加鬧鐘定時提醒功能，使桿影端點(diǎn)的標(biāo)記更加準(zhǔn)確及時。

六、研究結(jié)果與分析

1.數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過多次討論和整理，兩次研究的主要數(shù)據(jù)如表二所示：

表二

針對表二的數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算，得到有關(guān)正午太陽高度角等相關(guān)數(shù)據(jù)，如表三所示：

表三

2.桿影端點(diǎn)移動軌跡分析

兩次研究獲得的桿影端點(diǎn)的移動軌跡圖如下：

兩次研究桿影端點(diǎn)移動軌跡都是一條相對標(biāo)桿向下彎曲（向南）的曲線，10月31日的軌跡彎曲程度較小，12月22日軌跡彎曲程度較大。據(jù)此推測，本地冬半年軌跡是一條向南彎曲的曲線，從秋分日到冬至日再到次年春分，軌跡彎曲程度先增大，后減小。

正午時的桿影端點(diǎn)指示正北方向，據(jù)此能夠確定正南、正東和正西方向（如下圖所示）。

七、誤差分析

利用手持式GPS查閱當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度為112.85°E，26.41°N，仍有一定的誤差。原因可能有：（1）桿影頂端不夠清晰影響標(biāo)記的精度；（2）數(shù)據(jù)讀取存在偏差；（3）沒有從標(biāo)槍底端中心點(diǎn)測量桿影長度；（4）第二天桿影完全重合的時機(jī)把握不夠準(zhǔn)確；（5）測量工具簡單，卷尺測量影長和木桿時，誤差很難避免。

八、活動改進(jìn)

1.測量工具的改進(jìn)。

①用水平測量儀測量地面的水平狀況，確保地面水平，如果不平，使之平坦，或另選場地。

②桿影端點(diǎn)不容易看清，可在木桿端點(diǎn)用黑色墨水涂黑?；蛘邔⒌匕逋砍砂咨?，增加黑白對比度。

③應(yīng)選用較大半徑的量角器，確保角度量取準(zhǔn)確。

2.測量方法的改進(jìn)

①要核準(zhǔn)電子表的時間。測量過程中要至始至終用同一塊手表計(jì)時，計(jì)時人員和測量人員不能隨意更換，確保測量的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一準(zhǔn)確。

②應(yīng)畫兩個不同半徑的圓圈，桿影分別落在兩個圓周上的兩點(diǎn)連線的中點(diǎn)可以相互驗(yàn)證。

③要時刻關(guān)注時間的變化。及時標(biāo)記桿影端點(diǎn)的位置，關(guān)注桿影端點(diǎn)落在圓周上的時間。