DOC《太阳视运动在地平面上方位角的求法》

太阳视运动在地平面上方位角的求法 洪湖二中 王冲 摘要:太阳视运动在地平面上的方位是高考中的一个难点,可以通过某一公式来计算地平面上某时的太阳方位.

关键词:太阳视运动 太阳在地平面上的方位 计算公式 太阳视运动,是由于地球的自转,使位于地球上的人觉得太阳每天都是从东方升起,又在西方落下,从而认为是太阳绕地球的运动(严格的说,这是不成立的,毕竟日心说已经成为教科书采用的观点,所以不太可能出现上述最后一句的看法).但是,太阳视运动只是人的一种观测表示,也就是说以观测者为参考系(假定观测者保持相对静止),那么就是太阳相对于观测者是运动的了,由此,才有下述例子. 以洪湖为例,每年的3月21日(春分)和9月23(秋分)当日的太阳是从正东方升起,十二个小时后再从正西方落下.但,3月21日以后至9月23日前,每天的日出方位是东北方,日落方位是西北,正午太阳位于正南方天空,此时地表物体影子朝正北.9月23日以后至次年的3月21日,日出方位是东南方向,日落方位是西南方向,正午太阳仍然位于正南方天空.因此也产生了昼夜长短的变化. 早晨,太阳从东方的地平线上升起,中午时升到最高位置,傍晚又向西方落下.人们感到太阳运行的轨道好似在天空中走过了一个弧形的半圆.太阳在天穹背景上的这种经天而行的运动被称为是太阳的周日视运动.实际上太阳在地平线之下还有另一半的弧形轨道,只是我们看不到罢了.在夜晚,我们还可以看到,所有的星星也都有这种东升西落的视运动现象. 一天之中,太阳什么时候在什么方位是我经常考虑的问题?也是高考常考内容,如: 图11为我省平原地区某中学的操场和行道树示意图(晴天8:00前后,东操场大部分被行道树的树荫覆盖).完成30-31题30.为充分利用树荫遮阳,6月某日16:00-16:45该校某班同学上体育课的最佳场地是 ??? A.B.C.D.??④ 31. 下列日期中,阳光照射行道树产生的阴影在地面转动角度最大的是 ???A.??①5月1日?B. 6月1日??????C.??7月1日????????D. 8月1日 对第30题的常见解析:本题考查日影方位及其影响.6月某日16时左右,太阳位于南偏西位置,因此树荫位于树的东北,①处是上体育课的最佳场地,考察太阳方位问题,还好降低了难度,没有考察南北极的太阳方位!这道题并不是什么高科技,请看图:6月当地地方时12点到18点之前,北半球除极昼区之外,太阳方位都应该如图所示.题干中给出的时刻是16:00到16:45分,所以太阳位于西南方向,树荫应该朝向东北方向,所以应该选择①区域是最佳的! 在讲这一题的过程中,我发现在地平面上太阳的方位旋转不是匀速的,我分析如下: 水平矩形是地平面,椭圆是太阳的视运动轨迹.在太阳视运动图上,过C点作地平面垂线垂直点为D,过C点作AE垂线垂直点为A,过A点作BE垂线垂直点为B,连接BD 设当地纬度为W, ∠AEC为J,EC为R.,求∠BED ∠AEB=90°-W 根据立体几何可证明ABDC为矩形,CAE, ABE, DBE都为直角三角形. BD=AC=R*Sin∠AEC AE=R*Cos∠AEC BE=AE*Cos∠AEB= R*Cos∠AEC*SinW tg∠DEB=DB/BE= tgJ*SinW 因为J在视运动面上是匀速的,每小时转15°,所以地平面上太阳的方位旋转不是匀速的.我们还可以通过这个公式计算方位角,如:纬度是南纬40°,在二分日,我们还可以计算某地地方时是8时时太阳的方位. 此时,A的地方时为12时,C的地方时为8时,则J(在视运动平面上与12时所在方位的夹角)为60° tgJ= tg60°=1.73205 SinW= Sin40°=0.64278761 tgJ*SinW=1.11334 J=48° 所以在南纬40°的某地,二分日地方时8时,太阳的方位为东偏北52° 考虑太阳的视运动都是沿地轴旋转的(假定观测者保持相对静止,不影响分析结果),所以二分日的太阳视运动与其他的日期的视运动是平行的,AE上的时间也是12时,以它为起点来计算是正确的. 所以在南纬40°的某地,某日日出或者日出后地方时8时,太阳的方位为东偏北52°.那么在某纬度W,某地日出或者日出后地方时(便于计算在视运动平面上与12时所在方位的夹角),由于上午与下午对称,那么日落或者日落前都是适合tg∠DEB=DB/BE= tgJ*SinW该公式的.J是与12时方向的夹角(在视运动平面上),W是当地纬度(南北半球都适应的) 缺点对于昼短夜长的区域不适合,需要在寻找规律.望各位专家给与帮助. 参考文献: 太阳视运动观测仪的制作及其教学应用-地理教学-2013年第1期(3) 百度-太阳视运动