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  多功能日影仪    3星级
多功能日影仪
[ 作者:曹寒冰 李思远 刘 墨     来源:科学探索网     点击数:4655     更新时间:2009/2/25     文章录入:曹晓春
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科技活动课上,科学老师要宣布带我们到室外进行太阳高度测量,听到这个课题,当时我想,太阳这么高这么远,怎么测量它呢?是不是要用到先进的仪器啊?我迫不及待地问老师,老师说:不是测太阳离我们有多高有多远,我们要测的太阳高度是指从天空射下来的太阳光与水平线所成的夹角度数的大小。老师要我们四个人组成一个研究小组,每个小组领一个太阳高度测量仪,以小组合作、自主探究的方式进行活动。

拿到仪器后,发现太阳高度测量仪上有一个我们最熟悉的量角器,我们一边观察仪器一边听老师讲解仪器的使用方法,弄清楚了怎么测量太阳的高度的方法。之后,我们一起来到室外太阳底下,摆弄着手中的仪器:

1、调整水平线,调节底座上的地脚螺丝,使底座保持水平状,直至吊锤与量角器上的90度线相重合。

2、将通光器窗口对准太阳,让窗口上的“十”字形影子正好落在显影板上的“十”字上,确保通光器与太阳光平行后,看通光器上的指针所指的度数是多少?这个数值就是当时太阳的高度。

经过这次太阳高度的测量,我想到了古代的计时工具——日晷,日晷计时的原理其实就是根据太阳在天空中不同高度,阳光射向晷针投到晷面上不同位置来指示时间的。我发现日晷和太阳高度测量仪有很多相同之处,我想,是不是可以用一个仪器来完成这两件事呢?这样可以节省材料节约能源,经过相当长的一段时间的思考,终于想出了一个好的办法,设计出了一个多功能太阳高度测量计时仪。我的设计思路是:

先制作一个像量角器一样的半圆,在它的两面分别设计成日影计时和太阳高度测量两个不同的功能。即一面画上日晷刻度,分为12大格,表示12个小时,每个大格再分为4个小格,表示每小时有4刻钟,因古代计时不精确,没有分和秒,是以几时几刻来计时的;另一面设计成一个量角器,一个只能测90度的量角器,从0度水平线的两端作为起点,向下方垂线方向旋转均为90度。

再制作一个圆环支架将它撑起来,将量角器安装以上面,最后制作一个底座,用一块正方形木板,从正中挖出一个圆,圆的大小正好与圆环支架的圆一样大,使圆环能镶嵌在底座圆内,再将底座圆内设计成一个罗盘,有子午线,有24节气,有12个时辰,还有从0度到360度的刻度。

多功能日影仪制作完成了,把它当作日晷使用时,松开高低调节器,在支架的调整口上下移动,调准好水平线,让量角器上的吊锤与12时垂线相重合,再拧紧螺丝固定。调整罗盘的子午线和晷针指向正南方,在太阳光下,不同时刻晷针的影子落在晷面上,指向什么刻度就知道是几时几刻了。下图中所指的时间是1350分(如图1所示)。

   

1                                  

它的另一个功能是测量太阳高度。在另一面安装一个显影盘。子午线对准南北方向,然后旋转支架,使量角器与阳光在同一个平面内,让量角器中心的针尖的影子落在显影盘上,影子指向什么刻度就知道太阳的高度是多少度了。看下图显影盘上的影子正对着50度(如图2所示)。

 

2

为了发挥日影仪的更多的功能,我们还设计了一个专用的日晷面。换上专用的日晷面,日晷晷面角度变换可调,可变成竖直放的立面晷、斜着放的斜面晷和平放的平面晷三种形式(如图3所示),适合全国各地区使用。如在北方,*近北极圈,即使是在白天的中午,太阳也不会升上头顶,适合用平面晷计时,一般中原地区适合用立面晷计时,*近赤道的地区,无论什么季节,到了中午,太阳都会升到头顶上,适合用斜面晷计时。

 

3

我们的多功能日影仪还设计了一个罗盘底座,可以测出太阳一年中在天空的南北回归的角度,根据支架在罗盘转动的角度位置,还可以知道不同季节的同一时刻,太阳在天空中向南偏转的角度是多少(如图4所示)。

 

4

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