研究课题： 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

简要背景说明： 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？

研究课题： 研究目的： 研究内容： 正午太阳高度角的测定及应用 1、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。 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。 3、提高自身的社会实践能力，并学以致用。 研究内容： 正午太阳高度角的测定 楼距的合理性

实地调查 共采2个点 地点1：邵武一中排球场

实地调查 共采2个点 地点2：邵武一中教师宿舍楼

一、研究过程： 1、正午太阳高度角的测定 活动时间： 2007年9月22日—24日 活动地点： 邵武市第一中学 活动工具： 直竹竿、手表、直尺、三角板、绳、粉笔、纸、铅笔等

活动过程： 正午太阳高度角的测量（地点1） ①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） ②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。

③当上午标杆的影端落在圆周 活动过程 ③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 ④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）; ⑤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。 A b a C O B

活动原理 ①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。 ②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120⁰E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120⁰E基础上加或减去经度差值数，推算出具体经度。

活动纪录

活动纪录 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： 活动时间 07年9月22日12：15 07年9月23日 12：15 07年9月24日 12：16 竹竿长度b 158 竹竿影长a 304 303 304.5 b/a 0.5197 0.521 0.5189 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。

二、正午太阳高度角的应用 1、利用正午太阳高度算本地的经纬度 （1） 利用正午太阳高度算本地的纬度 公式： H=90°-｜φ-δ｜ （1）    利用正午太阳高度算本地的纬度 公式： H=90°-｜φ-δ｜ 式中H为正午太阳高度；φ为当地纬度，取正值；δ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。 算得邵武的纬度为北纬**゜ （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。 本地地方时-120°E地方时=两地方时时差 算得邵武的经度是东经*゜*′。

二、正午太阳高度角的应用 2、通过观测楼房间正午太阳高度角的照射情况，估算楼距的合理性 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。 如在邵武(117°E，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? 估算楼距合理性的方法（地点2：教师宿舍楼） 冬至日，邵武正午太阳高度最小(39°34′ )，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=h·cot39°34′ 。

冬至日，该地正午太阳高度最小(39°34′ )，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=h·cot39°34′ 。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

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 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=h·cot39°34′ ，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 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，27゜N 与直射点的纬距为27゜一23゜26′=3゜34′，所以H大=90゜一3゜34′=86゜26′。若雨棚离上窗框距离为h=60CM,则雨棚最佳宽度为L= hctg86゜26′ 。

3、合理安装雨棚和热水器 在邵武 (117°E，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3゜34′=46゜52′） 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 4、农业生产中运用 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 4、农业生产中运用 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 这次活动带给我们以下几点体会与反思： 1、邵武市太阳能的利用率很低。 2、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。 3、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。

谢谢指导

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