正午太陽(yáng)高角的測(cè)定及應(yīng)用

簡(jiǎn)要背景說(shuō)明：長(zhǎng)期以來(lái)，人們就一直在努力研究利用太陽(yáng)能。我們地球所接受到的太陽(yáng)能，只占太陽(yáng)表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的3-4萬(wàn)倍，可謂取之不盡，用之不竭。在我國(guó)，太陽(yáng)能的利用也一直是最熱門(mén)的話題，邵武市是否有利于發(fā)展太陽(yáng)能？怎么發(fā)展？第1頁(yè)/共28頁(yè)第一頁(yè)，共29頁(yè)。研究課題：正午太陽(yáng)高度角的測(cè)定及應(yīng)用研究目的：1、太陽(yáng)能源廣泛存在，又一種可持續(xù)利用的清潔能源，是人類(lèi)尋求社會(huì)持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，可充分利用不可忽視一種的資源。2、在實(shí)際生活中廣泛推廣應(yīng)用太陽(yáng)能，比如：太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能熱水器、塑料大棚的角度、樓高與樓距的比例等都涉及到正午太陽(yáng)高度知識(shí)。3、提高自身的社會(huì)實(shí)踐能力，并學(xué)以致用。研究?jī)?nèi)容：正午太陽(yáng)高度角的測(cè)定樓距的合理性第2頁(yè)/共28頁(yè)第二頁(yè)，共29頁(yè)。實(shí)地調(diào)查共采2個(gè)點(diǎn)地點(diǎn)1：邵武一中排球場(chǎng)第3頁(yè)/共28頁(yè)第三頁(yè)，共29頁(yè)。實(shí)地調(diào)查共采2個(gè)點(diǎn)地點(diǎn)2：邵武一中教師宿舍樓第4頁(yè)/共28頁(yè)第四頁(yè)，共29頁(yè)。一、研究過(guò)程：1、正午太陽(yáng)高度角的測(cè)定活動(dòng)時(shí)間：2007年9月22日—24日

活動(dòng)地點(diǎn)：邵武市第一中學(xué)活動(dòng)工具：直竹竿、手表、直尺、三角板、繩、粉筆、紙、鉛筆等第5頁(yè)/共28頁(yè)第五頁(yè)，共29頁(yè)?；顒?dòng)過(guò)程：正午太陽(yáng)高度角的測(cè)量（地點(diǎn)1）①在秋分日前一天，在平坦開(kāi)闊的空地垂直樹(shù)立竹竿，并測(cè)量竹竿在地上部分的長(zhǎng)度（設(shè)為b）②以竹竿所插點(diǎn)（圖中O點(diǎn)）為圓心，于上午9時(shí)在地面上畫(huà)一個(gè)半徑略短于當(dāng)時(shí)桿影長(zhǎng)的半圓。第6頁(yè)/共28頁(yè)第六頁(yè)，共29頁(yè)。③當(dāng)上午標(biāo)桿的影端落在圓周③當(dāng)上午標(biāo)桿的影端落在圓周上時(shí)，標(biāo)記為A點(diǎn)；下午標(biāo)桿的影端又落在圓周上時(shí)，再標(biāo)記為B點(diǎn)；將A、B兩點(diǎn)連成直線，取其中點(diǎn)C，將中點(diǎn)與圓心連成直線OC。

活動(dòng)過(guò)程第7頁(yè)/共28頁(yè)第七頁(yè)，共29頁(yè)?；顒?dòng)過(guò)程④秋分日及其前后，當(dāng)竹竿的影子與直線OC重合的時(shí)刻，記下此時(shí)刻的北京時(shí)間（設(shè)為T(mén)，單位為小時(shí)），并測(cè)量此時(shí)竹竿影子（設(shè)為a）;⑤利用下列公式進(jìn)行計(jì)算：正午太陽(yáng)高度=arctanb/a，當(dāng)?shù)亟?jīng)度=120°-（T-12）×15，當(dāng)?shù)鼐暥?90°-arctanb/a。CABOab第8頁(yè)/共28頁(yè)第八頁(yè)，共29頁(yè)?；顒?dòng)原理①太陽(yáng)高度達(dá)到一天最大時(shí)候?yàn)楫?dāng)?shù)卣纾ǖ胤綍r(shí)為12時(shí)），日影最短，陽(yáng)光將從正北或正南或從頭頂照射下來(lái)，此時(shí)對(duì)赤道以北地區(qū)來(lái)說(shuō)，正午陽(yáng)光從正南照來(lái)。直立竹竿只要有影子，必是南北方向投影，其影子可視為一段經(jīng)線。②地球不停自轉(zhuǎn)，各經(jīng)度地方時(shí)不同。經(jīng)度每差一度，時(shí)間相差4分鐘。紀(jì)錄下日影出現(xiàn)最短的北京時(shí)間，可知此地正午地方時(shí)12時(shí)與北京時(shí)間的差值，從而推算出與120?E經(jīng)度差值。再根據(jù)地方時(shí)正午是早于還是遲于北京時(shí)間12時(shí)出現(xiàn)，就可以在120?E基礎(chǔ)上加或減去經(jīng)度差值數(shù)，推算出具體經(jīng)度。第9頁(yè)/共28頁(yè)第九頁(yè)，共29頁(yè)。活動(dòng)紀(jì)錄第10頁(yè)/共28頁(yè)第十頁(yè)，共29頁(yè)?；顒?dòng)紀(jì)錄依據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出邵武的緯度分別約為27.46度、27.52度、27.42度；經(jīng)度分別約為115.75度、115.75度與116度?；顒?dòng)時(shí)間07年9月22日12：1507年9月23日12：1507年9月24日12：16竹竿長(zhǎng)度b158158158竹竿影長(zhǎng)a304303304.5b/a0.51970.5210.5189太陽(yáng)從正南照過(guò)來(lái)的時(shí)間（即邵武的地方時(shí)12：00）分別為北京時(shí)間07年9月22日12：15、07年9月23日12：15、07年9月24日12：16，測(cè)量數(shù)據(jù)紀(jì)錄如下表：第11頁(yè)/共28頁(yè)第十一頁(yè)，共29頁(yè)。1、利用正午太陽(yáng)高度算本地的經(jīng)緯度（1）

利用正午太陽(yáng)高度算本地的緯度公式：

H=90°-｜φ-δ｜式中H為正午太陽(yáng)高度；φ為當(dāng)?shù)鼐暥龋≌?；δ為太?yáng)直射點(diǎn)的緯度(4天直射點(diǎn)大體移動(dòng)1度)，當(dāng)?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取?fù)值。算得邵武的緯度為北緯**゜（2）利用本地竿影最短時(shí)的時(shí)間與北京時(shí)間的差值，計(jì)算當(dāng)?shù)氐乩斫?jīng)度。本地地方時(shí)-120°E地方時(shí)=兩地方時(shí)時(shí)差算得邵武的經(jīng)度是東經(jīng)*゜*′。二、正午太陽(yáng)高度角的應(yīng)用

第12頁(yè)/共28頁(yè)第十二頁(yè)，共29頁(yè)。二、正午太陽(yáng)高度角的應(yīng)用

2、通過(guò)觀測(cè)樓房間正午太陽(yáng)高度角的照射情況，估算樓距的合理性地理知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其隨我國(guó)近年來(lái)房地產(chǎn)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的居民喬遷新居，為了他們能夠擁有一個(gè)良好的居住環(huán)境。在樓房建造時(shí)，南北方向應(yīng)保持合理的樓距。才能保證后面樓房底層全年見(jiàn)到陽(yáng)光。要達(dá)到這個(gè)條件，需滿足當(dāng)?shù)匾荒曛刑?yáng)高度角最小時(shí)，后面樓房底層可見(jiàn)到太陽(yáng)光，則全年可見(jiàn)。如在邵武(117°E，27°N)要建一住宅小區(qū)，若商住樓為東西走向，樓高為30米，欲使北面新樓底面全年均能照射到太陽(yáng)光線，則兩幢相鄰樓房間至少要相距多少米?估算樓距合理性的方法（地點(diǎn)2：教師宿舍樓）冬至日，邵武正午太陽(yáng)高度最小(39°34′)，依此日正午太陽(yáng)高度計(jì)算出的樓間距A，能保證全年見(jiàn)到陽(yáng)光。公式為A=h·cot39°34′。第13頁(yè)/共28頁(yè)第十三頁(yè)，共29頁(yè)。冬至日，該地正午太陽(yáng)高度最小(39°34′)，依此日正午太陽(yáng)高度計(jì)算出的樓間距A，能保證全年見(jiàn)到陽(yáng)光。公式為A=h·cot39°34′。那么邵武一中教師宿舍七八號(hào)樓間距的設(shè)計(jì)是否合理？（樓房為坐北朝南）第14頁(yè)/共28頁(yè)第十四頁(yè)，共29頁(yè)。測(cè)量樓間距第15頁(yè)/共28頁(yè)第十五頁(yè)，共29頁(yè)。測(cè)量樓高第16頁(yè)/共28頁(yè)第十六頁(yè)，共29頁(yè)。通過(guò)測(cè)量樓間距是16.7m，樓高是26.6m，樓距與樓高的余切是0.628；根據(jù)公式A=h·cot39°34′，那么可以得出結(jié)論此教師宿舍樓樓間距的設(shè)計(jì)是不合理的。第17頁(yè)/共28頁(yè)第十七頁(yè)，共29頁(yè)。3、合理安裝雨棚和熱水器

正午太陽(yáng)高度角，在設(shè)計(jì)城市居室日照狀況中越來(lái)越廣泛應(yīng)用。若在邵武（約北緯27度）的某房屋正南窗戶(hù)上安裝一雨棚，為了保證房?jī)?nèi)良好的光照條件，雨棚的最佳寬度為多少?這就要利用正午太陽(yáng)高度角來(lái)指導(dǎo)雨棚安裝等。根據(jù)要求可知：當(dāng)正午太陽(yáng)高度為最大時(shí)，雨棚仍不遮擋房?jī)?nèi)陽(yáng)光，這時(shí)雨棚寬度為最佳寬度，即：太陽(yáng)直射在北回歸線，27゜N與直射點(diǎn)的緯距為27゜一23゜26′=3゜34′，所以H大=90゜一3゜34′=86゜26′。若雨棚離上窗框距離為h=60CM,則雨棚最佳寬度為L(zhǎng)=hctg86゜26′。第18頁(yè)/共28頁(yè)第十八頁(yè)，共29頁(yè)。3、合理安裝雨棚和熱水器在邵武(117°E，27°N)安裝一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，為了獲得最多的太陽(yáng)光熱，提高利用效率，那么日照?qǐng)D與熱水器安裝方式搭配合理的是：為了獲得最好的光熱效果，熱水器的集熱管必須與太陽(yáng)光線直，這樣就必須符合：正午太陽(yáng)高度角+集熱管與地面（樓面）傾角=90゜。不同的季節(jié),正午太陽(yáng)高度不同，則太陽(yáng)能熱水器的集熱管與地面（樓面）傾角也不同，所以在安裝時(shí)最好設(shè)計(jì)成支架可以伸縮的裝置,使可調(diào)角度在約47゜（即冬至?xí)r50゜26′—夏至?xí)r3゜34′=46゜52′）在實(shí)際生活中除太陽(yáng)能熱水器外，塑料大棚、玻璃溫室的采光面角度調(diào)整也相同。第19頁(yè)/共28頁(yè)第十九頁(yè)，共29頁(yè)。二、正午太陽(yáng)高度角的應(yīng)用4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用在家禽養(yǎng)殖中，太陽(yáng)光是促進(jìn)雛雞下常生長(zhǎng)。發(fā)育，產(chǎn)蛋雞產(chǎn)蛋、繁殖等不可缺少的環(huán)境因素。太陽(yáng)光有很好的殺菌作用，是雞場(chǎng)環(huán)境凈化的有效殺菌劑。邵武地處北半球，雞舍方位朝南，冬季日光斜射，還可以利用太陽(yáng)輻射和射入雞舍的光束的保溫作用。夏季日光直射，太陽(yáng)高度角大，直射入雞舍的光線并不多。如果比較科學(xué)利用正午太陽(yáng)高度知識(shí)，充分利用太陽(yáng)光作用，一定會(huì)促進(jìn)我市家禽養(yǎng)殖發(fā)展。第20頁(yè)/共28頁(yè)第二十頁(yè)，共29頁(yè)。二、正午太陽(yáng)高度角的應(yīng)用4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用在種植業(yè)中，間作、套作有利于充分利用土地和氣候資源，提高復(fù)種指數(shù)，增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量，并可爭(zhēng)取農(nóng)時(shí)，利用蔬菜多品種均衡供應(yīng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們已經(jīng)了解作物旺盛生長(zhǎng)階段對(duì)光合有效輻射能的利用率可達(dá)5%，而在幼苗期還不到0.1%，作物的間作、套作可充分利用不同太陽(yáng)高度的入射光，有效地利用太陽(yáng)輻射能。農(nóng)戶(hù)們可以在玉米行中間（套）南瓜或豇豆，在小麥或蠶豆行中間作芥菜（或早熟南瓜、西瓜）等。在城市遠(yuǎn)郊或經(jīng)濟(jì)作物區(qū)利用幼齡果園（或桑園）的株、行間栽培植株較矮的蔬菜或在樹(shù)齡較大的落葉果園或桑園于落葉期間間作耐寒的晚熟蔬菜等，會(huì)獲得更好的收益的。第21頁(yè)/共28頁(yè)第二十一頁(yè)，共29頁(yè)。三、體會(huì)與反思

這次活動(dòng)帶給我們以下幾點(diǎn)體會(huì)與反思：1、邵武市太陽(yáng)能的利用率很低。2、由于近幾年房地產(chǎn)的發(fā)展，過(guò)于追求經(jīng)濟(jì)利益，發(fā)現(xiàn)很多商品房的樓間距設(shè)計(jì)不合理。3、學(xué)生還是比較熱衷于課外興趣活動(dòng)的，通過(guò)活動(dòng)他們更加認(rèn)識(shí)到地理的實(shí)用性。第22頁(yè)/共28頁(yè)第二十二頁(yè)，共29頁(yè)。謝謝指導(dǎo)第23頁(yè)/共28頁(yè)第二十三頁(yè)，共29頁(yè)。葡萄園套種蔬菜玉米地套種花卉第24頁(yè)/共28頁(yè)第二十四頁(yè)，共29頁(yè)。第25頁(yè)/共28頁(yè)第二十五頁(yè)，共29頁(yè)。