v 正午太阳高度角的测定及应用 指导教师：张明康、潘双喜参与学生：邵武一中高二（7）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，邵武市是 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：邵武一中排球场实地调查v共采2个点v地点2：邵武一中教师宿舍楼一、研究过程：v1、正午太阳高度角的测定v活动时间：v2007年9月22日24日 v活动地点：v邵武市第一中学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。CABOab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邵武的纬度分别约为27.46度、27.52 度、27.42度；经度分别约为115.75度、115.75度与116度。活动时间07年9月22日 12：1507年9月23日 12：1507年9月24日 12：16 竹竿长度b158158158竹竿影长a304303304.5b/a0.51970.5210.5189太阳从正南照过来的时间（即邵武的地方时12：00）分别为北京 时间07年9月22日12：15、07年9月23日12：15、07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算得邵武的纬度为北纬*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 算得邵武的经度是东经*。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如在邵武(117E，27 N) 要建一住宅小区，若商住楼为东西走向 ，楼高为30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，邵武正午太阳高度最小(3934 )，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=hcot3934 。v冬至日，该地正午太阳高度最小(3934 )，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=hcot3934 。那么邵武一中教师宿舍七八号楼间距的设计是 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16.7m，楼高是26.6m，楼距与楼高 的余切是0.628；根据公式A=hcot3934 ，那么可以 得出结论此教师宿舍楼楼间距的设计是不合理的。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。若在邵武（约北纬27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，27N 与直射点 的纬距为27一2326=334，所以H大=90一3 34=8626。若雨棚离上窗框距离为h=60CM,则雨棚 最佳宽度为L= hctg8626 。3、合理安装雨棚和热水器v在邵武 (117E，27 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50 26夏至时334=4652）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。邵 武地处北半球，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）南瓜或豇 豆，在小麦或蚕豆行中间作芥菜（或早熟南瓜、西瓜）等。在 城市远郊或经济作物区利用幼龄果园（或桑园）的株、行间栽 培植株较矮的蔬菜或在树龄较大的落叶果园或桑园于落叶期间 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、邵武市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