張洪剛 張臻華 許家法

（沂源縣第一中學(xué), 山東 淄博 256100）

太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

張洪剛 張臻華 許家法

（沂源縣第一中學(xué), 山東 淄博 256100）

模擬實(shí)驗(yàn)通常是指利用相同或相似的原理，在人為控制研究對(duì)象的條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際的研究過(guò)程中，當(dāng)無(wú)法直接利用研究對(duì)象做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以利用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象制作模型，或者模仿實(shí)驗(yàn)的某些條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究。

高中地理必修1中關(guān)于太陽(yáng)直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，同時(shí)也是學(xué)習(xí)、分析地球運(yùn)動(dòng)地理意義的基礎(chǔ)內(nèi)容，學(xué)生理解并掌握直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)是進(jìn)一步學(xué)習(xí)地球運(yùn)動(dòng)地理意義的關(guān)鍵。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中充分利用身邊的物體，制作模型，設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，并配以多媒體動(dòng)畫(huà)演示講解，化難為易，化抽象為直觀，突破了教學(xué)難點(diǎn)，取得了比較令人滿意的教學(xué)效果。下面詳細(xì)介紹太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和教學(xué)過(guò)程，與廣大地理教師們進(jìn)行交流。

【實(shí)驗(yàn)原理】模擬實(shí)驗(yàn)所用幾何原理與太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)的幾何原理相同。利用紙板（或塑料板）制作黃道面模型和地球模型。當(dāng)?shù)厍虮３忠欢ǖ膬A斜角度在黃道上繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，由于黃道面和赤道面不重合，存在一定的夾角，從而引起太陽(yáng)直射點(diǎn)在地球表面上產(chǎn)生南北移動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別記錄不同節(jié)氣的太陽(yáng)直射點(diǎn)位置，研究太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)與黃赤交角的關(guān)系。

【實(shí)驗(yàn)用品】一塊較大的圓形紙板和一塊較小的圓形紙板（在實(shí)驗(yàn)中也可用小球代替，效果相同），木制底座、兩根等長(zhǎng)的小木棍、鋼絲夾、螺絲釘?shù)?。?jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，在實(shí)驗(yàn)中采用透明塑料板更容易觀察，實(shí)驗(yàn)效果更好。

【實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備】利用較大的紙板（或塑料板）制作黃道面模型，在紙板上用紅色筆畫(huà)出兩條相互垂直的、帶箭頭的線段，分別代表二分二至?xí)r的太陽(yáng)直射光線。用較小的紙板（或塑料板）制作地球模型，在其上畫(huà)出地軸、赤道、南北回歸線、不同的緯線（小于45°的任意一條緯線皆可，在實(shí)驗(yàn)中我們選取的是南北緯15°緯線和南北緯30°緯線）。按圖1所示進(jìn)行裝配，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格（如表1）。

圖1

表1 太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)記錄表

【實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象分析】

步驟一：把制作好的黃道面模型和地球模型放在水平桌面上。轉(zhuǎn)動(dòng)地球模型，讓黃道面與赤道面在同一平面上，從冬至位置開(kāi)始，按逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)地球模型。觀察太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置，得到結(jié)果（圖2）。并把四個(gè)位置的太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度記錄在表格中。從實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以知道，太陽(yáng)直射點(diǎn)始終位于赤道上。

圖2

步驟二：調(diào)整地球模型，讓地軸傾斜75°，黃道面與赤道面的夾角為15°。保持地球的姿態(tài)不變，從冬至位置開(kāi)始，逆時(shí)針移動(dòng)地球模型。觀察并記錄太陽(yáng)直射點(diǎn)的緯度（如圖3）。從實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，冬至太陽(yáng)直射點(diǎn)位于南緯15°，春分位于赤道，夏至位于北緯15°，秋分位于赤道。太陽(yáng)直射點(diǎn)在南緯15°～北緯15°之間移動(dòng)，太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)的最北、最南緯度數(shù)與黃赤交角的度數(shù)相等。

圖3

步驟三：調(diào)整地球模型，讓地軸傾斜66．5°，黃道面與赤道面的夾角為23．5°。保持地球的姿態(tài)不變，從冬至位置開(kāi)始，逆時(shí)針移動(dòng)地球模型。觀察并記錄太陽(yáng)直射點(diǎn)的緯度（圖略）。從實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，冬至太陽(yáng)直射點(diǎn)位于南緯23．5°，春分位于赤道，夏至位于北緯23．5°，秋分位于赤道。太陽(yáng)直射點(diǎn)在南緯23．5°～北緯23．5°之間移動(dòng)，太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)的最北、最南緯度數(shù)與黃赤交角的度數(shù)相等。

步驟四：調(diào)整地球模型，讓地軸傾斜60°，黃道面與赤道面的夾角為30°。保持地球的姿態(tài)不變，從冬至位置開(kāi)始，逆時(shí)針移動(dòng)地球模型。觀察并記錄太陽(yáng)直射點(diǎn)的緯度（如圖4）。從實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，冬至太陽(yáng)直射點(diǎn)位于南緯30°，春分位于赤道，夏至位于北緯30°，秋分位于赤道。太陽(yáng)直射點(diǎn)在南緯30°～北緯30°之間移動(dòng)，太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)的最北、最南緯度數(shù)與黃赤交角的度數(shù)相等。

圖4

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表2。太陽(yáng)直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)是由于黃赤交角的存在而產(chǎn)生的。太陽(yáng)直射點(diǎn)在地球表面上回歸運(yùn)動(dòng)的最北、最南的緯度數(shù)等于黃赤交角的度數(shù)。目前黃赤交角的度數(shù)為23°26′21″，南北回歸線的緯度數(shù)分別為南北緯23°26′21″，中學(xué)階段我們一般取23°26′作為南北回歸線的緯度數(shù)。

表2 太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)記錄表

【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】在上述實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在黃道面太陽(yáng)的中心位置加一個(gè)“T”型桿，其高度等于地球模型的半徑，長(zhǎng)度等于黃道面模型和地球模型的直徑之和，可以用于同步演示極晝、極夜的形成及極晝、極夜范圍的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。

圖5