太阳高度角的测定及应用—张永凤

1、v 正午太阳高度角的测定及应用正午太阳高度角的测定及应用 指导教师：张永凤指导教师：张永凤参与学生：扎鲁特一中参与学生：扎鲁特一中 高一（）班地理兴趣小组高一（）班地理兴趣小组研究课题：研究课题：简要背景说明简要背景说明：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，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这些能量相当于全球所需总能量的3-43-4万倍，万倍，可谓取之不尽，用之不竭。在我国，太阳能可谓取之不尽，用之不竭。在

2、我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，扎鲁特旗是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？否有利于发展太阳能？怎么发展？v研究课题研究课题：v正午太阳高度角的测定及应用正午太阳高度角的测定及应用v研究目的：研究目的：v1 1、太阳能源广泛存在，又一种可持续利用的清洁能源，、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。忽视一种的资源。 v 2 2、在实际生活中广泛推广应用太阳能，比如：太阳灶、在实际生活中广泛推广应用太阳能，比如：太阳灶、太阳能热水器、塑料大棚

3、的角度、楼高与楼距的比例太阳能热水器、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。等都涉及到正午太阳高度知识。v3 3、提高自身的社会实践能力，并学以致用。、提高自身的社会实践能力，并学以致用。v研究内容研究内容：v正午太阳高度角的测定正午太阳高度角的测定 v楼距的合理性楼距的合理性实地调查实地调查v共采共采2个点个点v地点地点1：扎鲁特一中操场：扎鲁特一中操场实地调查实地调查v共采共采2个点个点v地点地点2：扎鲁特一中教师宿舍楼：扎鲁特一中教师宿舍楼一、研究过程：一、研究过程：v1、正午太阳高度角的测定、正午太阳高度角的测定v活动时间活动时间：v20201111年年- -月月

4、- -日日v活动地点活动地点：v扎鲁特一中扎鲁特一中v活动工具：活动工具：v直竹竿、手表、直尺、三角板、绳、粉笔、纸、铅笔直竹竿、手表、直尺、三角板、绳、粉笔、纸、铅笔等等活动过程活动过程：v正午太阳高度角的测量（地点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，并测量竹竿在地上部分的长度（设为竹竿在地上部分的长度（设为b）v以以竹竿竹竿所插点所插点（图中图中O点点）为圆心，于上午为圆心，于上午9 9时在地面上画一时在地面上画一个半径略短于当时杆影长的个半径略短于当时杆影长的半半圆。圆。当上午标杆的影端落在圆周

5、当上午标杆的影端落在圆周上时，标记为当上午标杆的影端落在圆周上时，标记为A A点；下午标杆点；下午标杆的影端又落在圆周上时，再标记为的影端又落在圆周上时，再标记为B B点；将点；将A A、B B两点连成两点连成直线，取其中点直线，取其中点C C，将中点与圆心连成直线将中点与圆心连成直线OCOC。 活动过程活动过程活动过程v秋分日及其前后，当竹竿秋分日及其前后，当竹竿的影子与直线的影子与直线OCOC重合的时重合的时刻，记下此时刻的北京时间刻，记下此时刻的北京时间（设为（设为T T，单位为小时），单位为小时），并测量此时竹竿影子（设为并测量此时竹竿影子（设为a a）; ;v利用下列公式进行计算：利

6、用下列公式进行计算：正午太阳高度正午太阳高度= =arctanb/aarctanb/a，当地经度当地经度=120=120- -（T-12T-12）1515，当地纬度当地纬度=90=90- - arctanb/aarctanb/a。C CA AB BO Oa ab b活动原理活动原理v太阳高度达到一天最大时候为当地正午（地方时为太阳高度达到一天最大时候为当地正午（地方时为1212时），日影最短，阳光将从正北或正南或从头顶照时），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

7、影，其照来。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。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，地球不停自转，各经度地方时不同。经度每差一度，时间相差时间相差4 4分钟。纪录下日影出现最短的北京时间，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可知此地正午地方时1212时与北京时间的差值，从而推时与北京时间的差值，从而推算出与算出与120120E E经度差值。再根据地方时正午是早于还是经度差值。再根据地方时正午是早于还是迟于北京时间迟于北京时间1212时出现，就可以在时出现，就可以在120120E E基础上加或减基础上加或减去经度差值数，推

8、算出具体经度。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依据以上数据计算出扎鲁特旗的纬度分别约为45度、度、45度、度、45.01度；经度分别约为度；经度分别约为120.01度、度、120。03度与度与120.04度。度。活动时间11年9月22日12:1511年9月23日12:1511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）分别为北京时间时间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，测量数据纪录如下表：，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、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 45v（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二、正午太阳高度角的应用二、

10、正午太阳高度角的应用v2 2、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、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。要达到这个条件，需距。才能保证后面楼房底层全年见到阳光。要达到这个条件，需满足当

11、地一年中太阳高度角最小时，后面楼房底层可见到太阳光，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。则全年可见。v如在扎鲁特旗如在扎鲁特旗(120E，45 N) 要建一住宅小区，若商住楼为要建一住宅小区，若商住楼为东西走向，楼高为东西走向，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估算楼距合理性的方法（地点（地点2 2：教师宿舍楼）：教师宿舍楼）v冬至日，扎鲁特旗正午太阳高度最小冬至日，扎鲁特旗正午太阳高度最小(2134 )，依此

12、，依此日正午太阳高度计算出的楼间距日正午太阳高度计算出的楼间距A，能保证全年见到阳能保证全年见到阳光。公式为光。公式为A=hcot2134 。v冬至日，该地正午太阳高度最小冬至日，该地正午太阳高度最小(2134 )，依此日正午太阳高，依此日正午太阳高度计算出的楼间距度计算出的楼间距A，能保证全年见到阳光。公式为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间距的设计是否那么扎鲁特一中教师宿舍楼间距的设计是否合理？（楼房为坐北朝南）合理？（楼房为坐北朝南）测量楼间距测量楼高测量楼高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

13、，那么可以得出那么可以得出结论此教师宿舍楼楼间距的设计结论此教师宿舍楼楼间距的设计 合理的。合理的。3、合理安装雨棚和热水器、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（约北纬广泛应用。若在扎鲁特旗（约北纬45度）的某房屋正度）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，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雨棚的最佳宽度为多少? 这就要利用正午太阳高度角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：当正午太阳高度来指导雨棚安装等。根据要求可知：当

14、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，最佳宽度，即：太阳直射在北回归线，45N 与直射与直射点的纬距为点的纬距为45一一2326=2134，所以，所以H大大=90一一2134=6826。若雨棚离上窗框距离为。若雨棚离上窗框距离为h=60CM,则则雨棚最佳宽度为雨棚最佳宽度为L= hctg6826 。3、合理安装雨棚和热水器、合理安装雨棚和热水器v在扎鲁特旗在扎鲁特旗 (120E，45 N)安装一台太阳能热水器，为了获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

15、装得最多的太阳光热，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：正午太阳高度角管必须与太阳光线直，这样就必须符合：正午太阳高度角 + 集集热管与地面（楼面）倾角热管与地面（楼面）倾角=90。不同的季节。不同的季节,正午太阳高度不正午太阳高度不同，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,使可调角度在约使可调角度在约47（即

16、冬至时（即冬至时6826夏至时夏至时2134=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。面角度调整也相同。二、正午太阳高度角的应用二、正午太阳高度角的应用v4、农业生产中运用、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，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

17、日光斜射，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。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。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二、正午太阳高度角的应用v4、农业生产中运用、农业生产中运用v在种植业中，间作、套作有利于充分利用土地和气候资源，提在种植业中，间作、套作有利于充分利用土地和

18、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对光合有效辐射能的利用率可达5%，而在幼苗期还不到，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