福建省大田縣第一中學(xué)（366100）林啟福

地球運動及其地理意義的內(nèi)容是中學(xué)地理教學(xué)的重點和難點，絕大多數(shù)學(xué)生由于缺乏必要的空間想象能力而感到很抽象并且難以理解，而單純的利用地球儀進行演示又遠遠不能解決問題。為此結(jié)合教學(xué)實踐設(shè)計了制作簡便、功能強大、演示直觀的教學(xué)演示儀器和學(xué)生學(xué)習(xí)用具，可以演示教材中所要求的地球運動的絕大部分內(nèi)容，是對現(xiàn)有教學(xué)儀器的高度綜合和平面簡化，極大增強教師教學(xué)的直觀性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的時效性。

一、演示儀的制作

1.演示儀

演示儀是由含有量角器的“固定尺”（有兩個用于固定的固定孔）和“轉(zhuǎn)動尺”（有兩個用于放置各種演示盤的固定軸）構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)見示意圖（如圖1）。

圖1

（1）制作材料

一個量角器，兩把透明直尺，三枚圖釘。

（2）制作方法

①固定尺：將量角器用502膠固定在一把直尺上，并用錐子在量角器中心處和尺子兩端鉆孔，中間的孔用于與“轉(zhuǎn)動尺”相連，兩端的孔用作固定演示儀。

②轉(zhuǎn)動尺：在另一直尺的中間用錐子劃上一條線并涂上顏色，作為中心線；將其中一端修成半圓形，并在圓心處鉆孔，用于與“固定尺”相連；在另一端和中心處鉆孔，并用圖釘穿過成“固定軸1、2”，用于（疊加）放置演示功能盤。

③演示儀：用圖釘穿過連接孔將兩直尺連為一體，“轉(zhuǎn)動尺”可以繞圖釘（轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)動，制成演示儀。

2.功能盤

（1）制作材料

透明的幻燈片，即書寫復(fù)印膠片。

（2）制作方法

根據(jù)教學(xué)需要繪制詳略程度不同的各種演示功能盤。將要用于演示的各種功能盤（如北半球、南半球、經(jīng)緯網(wǎng)、地月系、地方時、太陽高度、周期、春秋分、夏季、冬季盤等，見附圖）打印在紙上，然后將其復(fù)印到透明的幻燈片上，并將其修剪成圓形。

二、演示儀的教學(xué)應(yīng)用

1.演示地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)

地球繞地軸自轉(zhuǎn)、繞太陽公轉(zhuǎn)。用兩圖釘穿過“固定孔”將演示儀“固定尺”固定在桌面上，將“北半球盤”（或“南半球盤”）放置到演示儀的“固定軸1”（或“固定軸2”）上。按逆時針方向旋轉(zhuǎn)“北半球盤”（或按順時針方向旋轉(zhuǎn)“南半球盤”），即演示地球繞地軸自轉(zhuǎn)。

在逆時針方向旋轉(zhuǎn)“北半球盤”的同時帶動“轉(zhuǎn)動尺”按逆時針方向轉(zhuǎn)動（或在順時針方向旋轉(zhuǎn)“南半球盤”的同時帶動“轉(zhuǎn)動尺”按順時針方向轉(zhuǎn)動），即演示地球在自轉(zhuǎn)的同時繞太陽公轉(zhuǎn)（如圖2）。

圖2

2.演示太陽日和恒星日

太陽連續(xù)兩次經(jīng)過上中天的時間間隔，叫做一個太陽日，為24小時；天空某一恒星連續(xù)兩次經(jīng)過上中天的時間間隔，叫做一個恒星日，為23時56分4秒。

用兩圖釘穿過“固定孔”將演示儀“固定尺”固定在墻面上，使“轉(zhuǎn)動尺”垂直向下。將“周期盤”放置到演示儀的“固定軸1”上，讓盤上OP線段與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且P點在上。按逆時針方向轉(zhuǎn)動“周期盤”，同時帶動“轉(zhuǎn)動尺”也按逆時針方向轉(zhuǎn)動，到OP線段再次出現(xiàn)豎直時的時間間隔為恒星日，到OP線段再次與轉(zhuǎn)動尺的中心線重合且P點在上時的時間間隔為太陽日。

用同樣的方法可以演示以下幾種假設(shè)情況下的太陽日和恒星日的比較：①公轉(zhuǎn)方向不變，自轉(zhuǎn)方向相反；②自轉(zhuǎn)方向不變，公轉(zhuǎn)方向相反；③公轉(zhuǎn)方向和自轉(zhuǎn)方向都相反（如圖3）。

圖3

3.演示地球自轉(zhuǎn)的地理意義

（1）晝夜交替

將“春秋分盤”（或“夏季盤”、“冬季盤”）放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上，讓12時經(jīng)線與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”（將“轉(zhuǎn)軸”或量角器看作是太陽，下同）。之上疊加“北半球盤”（或“南半球盤”），按逆時針方向旋轉(zhuǎn)“北半球盤”（或按順時針方向旋轉(zhuǎn)“南半球盤”），可以看到地球不停地運動，晝夜不斷的交替（如圖4）。

圖4

（2）地方時

將“地方時盤”放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上，讓12時與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”。之上疊加“北半球盤”（或“南半球盤”），按逆時針方向旋轉(zhuǎn)“北半球盤”（或按順時針方向旋轉(zhuǎn)“南半球盤”），可以看到地球不停地運動，地方時不斷的變化，越往東的地點時刻越早；還可直觀看到各時區(qū)的區(qū)時（即各時區(qū)中央經(jīng)線的地方時）的變化。

若將“北半球盤”（或“南半球盤”）的1200E經(jīng)線在“地方時盤”上對準當(dāng)前的北京時間（用鐘表查看），也就可以在“地方時盤”上看出當(dāng)前世界各地的大致時間；然后在“地方時盤”上，找到0時對應(yīng)的經(jīng)線，按自西向東方向到1800經(jīng)線的范圍是“今天”，由1800經(jīng)線自西向東直至0時對應(yīng)經(jīng)線的范圍是“昨天”（如圖5）。

圖5

圖6

（3）沿地表水平運動物體的偏移

將“北半球盤”（或“南半球盤”）放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上。在盤中心附近滴上紅墨水，然后按逆時針方向旋轉(zhuǎn)“北半球盤”（或按順時針方向旋轉(zhuǎn)“南半球盤”），從紅墨水運動軌跡可以看出在北半球向右偏、南半球向左偏的偏移規(guī)律（如圖6）。

4.演示地球公轉(zhuǎn)的地理意義

（1）晝夜長短的變化

將“春秋分盤”放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上，讓12時與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”。之上疊加“北半球盤”（或“南半球盤”），可以看到春秋分時全球晝夜等長（如圖7）。

圖7

將“夏季盤”和“冬季盤”分別放置到“固定軸1”和“固定軸2”上，讓12時與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”。之上分別疊加“北半球盤”和“南半球盤”（或“南半球盤”和“北半球盤”），可以看出夏季晝長夜短（夏至日北極圈內(nèi)出現(xiàn)極晝、冬至日南極圈內(nèi)出現(xiàn)極晝），冬季晝短夜長（夏至日南極圈內(nèi)出現(xiàn)極夜、冬至日北極圈內(nèi)出現(xiàn)極夜）。

將“高度盤”放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上，讓900線與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”。之上疊加“經(jīng)緯度盤”，按順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動，使900線（即太陽直射點）在南北回歸線之間移動，可以直觀看出各緯度一年中晝夜長短變化情況（如圖8）。

圖8

（2）正午太陽高度的變化

將“高度盤”放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上，讓900（即太陽直射點）與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”。之上疊加“經(jīng)緯度盤”，按順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動，使900在南北回歸線之間移動。當(dāng)900在赤道時，正午太陽高度自赤道向兩極遞減；當(dāng)900在北回歸線（或南回歸線）時，正午太陽高度自北回歸線（或南回歸線）向南北兩側(cè)遞減（如圖8）。

（3）五帶

將“高度盤”放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上，讓900（即太陽直射點）與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”。之上疊加“經(jīng)緯度盤”，按順時針或逆時針方向轉(zhuǎn)動，使900在南北回歸線之間移動?？梢钥闯鲇刑栔鄙涞臒釒?、有極晝極夜現(xiàn)象的寒帶、既無太陽直射又無極晝極夜現(xiàn)象的溫帶（如圖8）。

（4）黃赤交角大小的變化

在上述演示公轉(zhuǎn)地理意義的基礎(chǔ)上，還可演示黃赤交角大?。ǖ扔诨貧w線的度數(shù)）變化時五帶的劃分和晝夜長短的變化情況。若黃赤交角變大，則讓900最北最南的范圍擴大到回歸線之外；若黃赤交角變小，則讓900最北最南的范圍縮小至回歸線之內(nèi)。

5.演示日出日落的方位

將“高度盤”放置到“固定軸1”（或“固定軸2”）上，讓900（即太陽直射點）與“轉(zhuǎn)動尺”的中心線重合且朝向“轉(zhuǎn)軸”。之上疊加“經(jīng)緯度盤”。當(dāng)太陽直射赤道時，全球太陽正東升起正西落下；當(dāng)太陽直射北半球時，全球太陽東偏北升起西偏北落下（極晝極夜地區(qū)除外）；當(dāng)太陽直射南半球時，全球太陽東偏南升起西偏南落下（極晝極夜地區(qū)除外）。

6.演示日地月三者的關(guān)系

將“地月系盤”放置到“固定軸1”上，按逆時針方向轉(zhuǎn)動的同時帶動“轉(zhuǎn)動尺”也按逆時針方向轉(zhuǎn)動，可以看到地球繞太陽公轉(zhuǎn)、月球繞地球公轉(zhuǎn)，且公轉(zhuǎn)方向都是自西向東。

當(dāng)月球與地球的連線與“轉(zhuǎn)動尺”中心線重合時，地球出現(xiàn)大潮；當(dāng)二者出現(xiàn)垂直時，地球出現(xiàn)小潮。

當(dāng)月球與地球的連線與“轉(zhuǎn)動尺”中心線重合，而地球位于月球和轉(zhuǎn)軸（即太陽）之間時，可能出現(xiàn)月食；而月球位于地球和轉(zhuǎn)軸（即太陽）之間時，可能出現(xiàn)日食（如圖9）。

圖9

7.測量當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度和緯度

將演示儀直立且“固定尺”按正南北向放置在陽光下，記錄“轉(zhuǎn)動尺”的影子為一直線時的北京時間T時，則當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度為120。E+（12-T）×15。/時。

將演示儀直立且“固定尺”按正南北向放置在陽光下，在北京時間T時（當(dāng)?shù)氐胤綍r為12時）調(diào)整“轉(zhuǎn)動尺”與“固定尺”的夾角，使“轉(zhuǎn)動尺”上“固定軸1”和“固定軸2”的影子重合，則此時的夾角為當(dāng)?shù)氐恼缣柛叨冉?。通過查詢當(dāng)日太陽直射點的緯度也可求出當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥取?/p>

將“固定尺”對準北極星，“轉(zhuǎn)動尺”中心線與量角器上900的夾角等于北極星的高度，即當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥龋ㄈ鐖D10）。

圖10

注：本演示儀獲第23屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科教制作類三等獎。