高中学习网-高中学习方法、解题技巧、知识点总结、学习计划、同步辅导资料!

高中学习网-人民教育出版社人教版同步解析与测评答案-电子课本资料下载-知识点学习方法与技巧补课解题技巧学习计划表总结-高中试卷网-中学学科网

当前位置: 首页 > 高中地理 > 综合辅导 >

原创:用钟表测量当地方位的原理及运用

http://www.newdu.com 2018-12-04 人民教育出版社 佚名 参加讨论

    原创:用钟表测量当地方位的原理及运用
    杜菊海
    
    一、钟表指针运动方向与太阳视运动方向的关系
    如图,图中大圆表示地球,水平平行四边形表示黄道面,太阳在黄道面上。地球不停地自西向东做自转运动,这就导致了一日之中太阳高度在不断地变化,日变化周期是24小时。我们在地球上却感觉不到地球的运动;相反,我们在地球上看太阳(即太阳的视运动),则是太阳围绕我们地球不停地自东向西运动,24小时围绕地球转一圈。故我们在地球上看太阳,太阳每小时在天空中视运动是每小时向西运动15°。如右图,假设地球是静止的,太阳在围绕地球旋转,图中N、S两点,N在黄道面以北,S在黄道面以南,AB、CD分别表示N、S的地平面。假设图中阴影表示钟表有指针的一面,则我们可以发现一个有趣的现象:在黄道面以北的点N的人看太阳,太阳的视运动方向与钟表指针行走的方向一致(钟表面朝上);在黄道面以南的点S的人看太阳,太阳的视运动方向与钟表指针行走的方向一致(钟表面朝下)。(看法:分别从N、S点的上空沿NO、SO方向向地心看。)在这里,太阳视运动方向与钟表指针的运动方向就联系起来了。因此,我们可以用钟表来对某地的当地方位进行测量。
    在这里,假设地球是静止的,太阳在黄道面上围绕地球运动,如何用钟表测量当地方位,下面主要分如下两种情况进行探讨。
    二、用钟表测量黄道面以北某点当地方位的原理及运用
    1.原理
    如图1:水平面表示地面,倾斜面表示太阳的视运动轨迹。由于太阳东升西落,故我们可以在图中判断东西方向,再根据“上北下南、左西右东”的原理,判断南北方向。
    我们知道,一日之中,太阳与地平面呈最大夹角时即正午(我们把它定为地方时12点),太阳与地平面呈最小夹角时即子夜(我们把它定为地方时24点或0点)。如图2所示,作12点、0点与地平面的垂线,连接这两点的线即子午线,表示正南、正北方向。
    此时,若在此图中加上24时制的钟表,钟表面与太阳视运动轨道面平行,如上所述,太阳的视运动方向与钟表指针行走的方向一致(钟表面朝上)。如钟表所用时间为当地地方时,则可发现,此图中12点指向正南方(或正南方的天空)、0(或24)点指向正北方(或正北方的地面),6点指向正东方、18点指向正西方。因太阳视运动是一小时15°,而24制钟表时针旋转也是一小时15°,如图3,太阳从A点视运动到B点角度为45°,花3小时,而时针3小时也运动45°。所以24制钟表上时针始终指向太阳在天空中的位置。
    因此,若钟表时间是用当地地方时且时间采用的是24小时制,只要有太阳,我们就可以确定当地方向。具体方法:钟面朝上,把钟表时针方向指向太阳,则12点与0(或24)点连线即代表子午线,12点指向正南方,0(或24)点指向正北方。如图4。
    2.运用
    上一段实际上就是如何用钟表测定当地方向的运用,不同之处在于,实际钟表采用12小时制,实际太阳视运动一周,钟表时针要走2周,即太阳每小时视运动15°,而时针每小时运动30°,把握住这个规律,我们即可将钟表运用于测定当地方位。
    (1)若钟表时间是当地地方时,用钟表确定当地方向具体方法如下:钟面朝上,把钟表时针指向太阳,上午从时针顺时针到12点的夹角平分线即指向正南方向;下午从时针逆时针方向到12点的夹角即指向正南方向。如图5。
    (解释以上午为例):此时8点,钟表时针指向太阳,4小时后到12点(正午),钟面上时针4小时走120°,而太阳4小时视运动60°,若钟表表面静止不动,地方时12点太阳正好处在8点到12点中心,即10点与钟表中心的连线上,故10点与钟表中心的连线指向正南方。图6为12时制与24时制时间与方向对照图。在图中,正南方向与太阳的实际位置(即地方时)是完全一致的,但由于所用钟表时制的不同,右图(24时制)钟表中心与12点的连线指向正南方,而左图(12时制)是钟表中心与10点的连线指向正南方。
    我们也可用数学模型来解释,如图7,外边大圆表示太阳的视运动轨迹,中圆表示24制钟表,小圆表示12制钟表,如前所述,表心与12点的连线指向正南方。假设0时太阳与12制钟表时针同时运动(0时太阳位于24制钟表表心与0点的连线上,12制钟表时针0时指向12点,在图中运动方向相同),太阳每小时视运动15°,而时针每小时运动30°,n小时后时针顺时针方向到12点夹角为(360°-n×30°),所以夹角平分线顺时针方向到12点的夹角为(360°-n×30°)/2,即(180°-n×15°)。而此时太阳n小时运动n×15°,它顺时针方向到12点夹角为(180°-n×15°),二者完全相等,所以任何时候太阳都位于时针顺时针方向到12点的中央。因此如果我们把12时制钟表整体转动,时针指向太阳,则此时时针顺时针到12点的连线就是正南方。
    下午如何解释跟上面方法一样,这里就不多说了。
    (2)若钟表所用为区时,则需要把区时换算成地方时,在钟表面上做出地方时12点的标记即可参照方法1来测量当地方向。如某地采用北京时间,但当地地方时比120°E上地方时晚一小时,则其地方时12点为北京时间13点(表面1点),我们在表面1点的位置做一标记即可对当地方位进行测量。其它方法如上:钟面朝上,把钟表时针方向指向太阳,它与表面1点的夹角平分线即是子午线方向。
    (至于具体找地方时12点的方法,一般有:立杆测影法,知道当地经度计算法等等,在此就不详述了。)
    因此,只要有钟表且能确定地方时12点在钟表面上的位置,我们就可以通过对太阳的测量来确定当地方位。
    三、用钟表测量黄道面以南某点当地方位的原理及运用
    1.原理
    观察图8:
    水平面表示地平面,倾斜面表示太阳的视运动轨迹。根据太阳东升西落的规律,我们可以在图中判断东西方向,再根据“上北下南、左西右东”的原理,判断南北方向。如前所述,太阳的视运动方向与钟表指针行走的方向一致(钟表面朝下)。此时,若在此图中加上24时制的钟表,钟表面与太阳视运动轨道面平行(钟表面朝上),则可发现,太阳视运动方向与钟表指针走向完全相反。如所用时间为当地地方时,则此图中12点指向正北方(或正北方的天空)、0(或24)点指向正南方(或正南方的地面),6点指向正西方、18点指向正东方,太阳视运动是一小时15°,24制钟表时针旋转也是一小时15°,假设时针与太阳开始都在表心与0点的连线上然后同时运动,则我们可以发现,时针指向的线与表心与太阳位置的连线始终沿0与12点的连线对称,即沿子午线对称。如图8、9。根据这个规律我们就可以将钟表运用于测定当地方位。
    2.运用
    实际钟表采用12小时制,实际太阳视运动一周,钟表时针要走2周,即太阳每小时视运动15°,而时针每小时运动30°,把握住这个规律,我们即可将钟表运用于测定当地方位。即:上午把时针顺时针到12点的夹角平分线沿6—12的对称线指向太阳,表心到12点的连线即指向正北方向;下午把时针逆时针方向到12点的夹角平分线沿6—12的对称线指向太阳,表心到12点的连线即指向正北方向。
    (解释以上午为例)如图10:外边大圆表示太阳的视运动轨迹,中圆表示24制钟表,小圆表示12制钟表,如前所述,表心与12点的连线指向正北方。假设0时太阳与钟表时针同时运动,(0时太阳位于24制钟表表心与0点的连线上,12制钟表时针指向12点,24制钟表时针指向0点),由上我们可以得出:上午任何时候24制时针都处于12制时针顺时针方向到12点的中点,即夹角平分线位置。如上所述,24制时针指向的线与表心与太阳位置的连线始终沿0与12点的连线对称,即在12制钟面上,表心与太阳位置的连线始终沿6与12点的连线与12制时针顺时针方向到12点的中点,即夹角平分线对称。根据这个规律,我们就可以用钟表确定当地方位。如图11,知道此时地方时上午3点,天空中有太阳,我们就可以确定地面上的方向。如此时3点顺时针方向到12点夹角的平分线(表心指向7点半的线)在钟表面上沿6—12点的连线对称的线指向4点半,因此,这时只要把表心与4点半的连线对准太阳,地平面的方向就可以确定。如图11所示。
    下午如何确定当地方位跟上面方法一样,这里就不多说了。
    综上所述,利用钟表确定当地方位规律如下:钟面朝上。
    当地球某点位于黄道面以北,把钟表时针指向太阳,上午时针顺时针方向到12点的夹角平分线即指向正南方向;下午时针逆时针方向方向到12点的夹角即指向正南方向。
    当地球某点位于黄道面以南,上午把时针顺时针到12点的夹角平分线沿6—12的对称线指向太阳,表心到12点的连线即指向正北方向;下午把时针逆时针方向到12点的夹角平分线沿6—12的对称线指向太阳,表心到12点的连线即指向正北方向。
    至于此点正好位于黄道面上,因钟表面与地平面垂直,以上两种方法都适用。
    练习:
    1.(2005江苏)夏至日北京时间下午1时整,我国某中学地理兴趣小组在某地观测到旗杆的影长最短,并测得太阳光线与地平面的夹角约为73.5°。完成下列要求(12分)
    (1)北京时间下午3时,该兴趣小组在该地借助太阳的位置用手表确定正南方向(表面朝上)。图13所示四种方法中正确的是(填代号)     
    
    (2)该地的纬度是         ,经度是      
    (3)图12是四幅该日太阳高度日变化曲线图,其中与当地情况相符的图是    (填代号)
     
    (1)北京时间下午3时,该兴趣小组在该地借助太阳的位置用手表确定正南方向(表面朝上)。图13所示四种方法中正确的是(填代号)     
    
    
    答案要点:  (1)a    (2)39056′(40°)N      105°E    (3)b  
    2.70°S上的某点,某日3点日出,则日出方向在     方,下面四幅图中,表示日出方向正确的是:
    答案要点:
    
    东南   C
    3.40°N上的某点,某日20点日落,则日落方向在    方,下面四幅图中,表示日落方向正确的是:
    
    答案要点:西北   B
    (湖北省丹江口市一中  ) (责任编辑:admin)
织梦二维码生成器
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
高中语文
高中数学A版
高中数学B版
高中英语
高中物理
高中化学
高中生物
高中历史
高中政治
高中地理
高中日语、俄语
学习方法
高中竞赛