“正午太阳高度角测量”研究性学习

车家漩?陈家升?张润?吴进火?陈立

一、活动背景与目的

理解正午太阳高度角的概念，将理论联系实际生活，测定莆田砺青中学正午太阳高度角大小以及教学楼间距的合理性。调动学生学习地理的积极性，提高地理素养，培养学生地理实践力。

二、预备与理论知识

1.预备知识

砺青中学地理坐标为25°26′20″N，119°0′50″E，北京时间为东八区所在的中央经线120°E的地方时，砺青中学正午时分是北京时间12点04分。

2.理论知识

正午太阳高度角计算公式：H=90°-|纬度差|，纬度差即所求地点纬度与太阳直射点所在纬度的差距（同半球减，异半球加）。楼间距的计算公式（三角函数公式）：L=h/tanH=h/tan（90°-纬度差）。利用立竿见影测量法，于当地时间12时将木杆立直，测定影子的长度，假定正午太阳高度角为H，则tanH=木桿长度/影子长度（如图1、图2）。

三、活动过程与实施

1.方案制定，小组分工

准备工具：35m长皮尺、5m长硬卷尺、90cm长直尺、大三角尺各一把，小皮筋若干，1.5m长塑料管一根。选定活动时间为冬至日前后连续测量8天，期间要求晴朗天气。小组成员分工如下：小组一由张润和吴进火组成，通过立竿测影法测量正午太阳高度角；小组二由车家漩、陈家升、陈立三人组成，测定正午时分太阳直射到教学楼高度。最后，每个小组进行数据汇总至车家漩处进行分析。

活动安排：小组一通过立竿测影法将长直尺垂直于地板（如图3、图4）测量正午太阳高度角，三角尺的作用是使长尺保持垂直地面，12点04分时用卷尺测得影长并记录在表格中。

小组二测定正午时分太阳直射到教学楼高度。正午时分太阳直射在北楼的高度介于二楼到三楼之间，为此11点50分两个小组做好各项准备。一同学在二楼走廊用皮筋将皮尺绑紧在塑料管中将皮尺0刻度线对准太阳直射点位置，另一同学负责检查0刻度线是否对齐太阳直射点位置并记录。此刻在一楼的同学将皮尺拉直贴近墙面和地面，尽量减少误差，并在北京时间12点04分读取数据，记录数据（如图5、图6）。

通过测量测得砺青中学南楼和北楼的楼间距L=21.5 m，南楼和北楼的高度均为h=24.3m。最后，将数据汇总并进行分析。

2.数据汇总，归类整理

地理实践小组从2016年冬至日12月21日前后连续测量8天，其中只有四天是晴朗的，分别是19、20、23及26号，所以在这四天进行的测量活动数据如表1和表2。

四、数据分析与建议

1.楼间距过窄

通过测量得知莆田砺青中学在冬至日前后正午太阳高度角平均值为40°24′，南北教学楼间距宽度为21.5m，楼高均为24.3m（如图7）。

因此，通过三角函数值计算公式（tanH=楼高/楼间距）可知，楼间距至少要达到28.55m才算合理。

2.市区用地紧张

砺青中学的地理位置处于市区中心，前面有文物古迹三清殿，后有大型购物广场，优越的地理位置导致用地紧张，无法拓展空间。

3.小小建议

学校可以考虑布局在市郊，市郊相对有较大空间进行学校教学楼布局，在新建教学楼时，建议从当地冬至日正午太阳高度角着手设计合理的楼间距，确保底楼全年都有光照。

五、活动反思与心得

1.反思

测出莆田砺青中学正午太阳高度角为40°24′（虽与理论值41°08′有误差）。对于教学楼高度（24.3m）的测算是通过第一层楼高（4.05m）去推算六层楼的楼高（4.05×6=24.3m）造成测量的楼高精度不够，产生误差，该数据还有进一步优化的空间。

2.心得

预备工作做得良好（如冬至日前后四天的天气预报）。真正意识到地理学习的重要性，对地理有更深刻的见解，对地理学习产生浓厚兴趣。成员的实践能力和团队能力有所增强。此次地理活动带动了全班的学习氛围。

作者单位：福建省莆田市莆田第四中学（351100）