“正午太陽高度角測量”研究性學習

車家漩?陳家升?張潤?吳進火?陳立

一、活動背景與目的

理解正午太陽高度角的概念，將理論聯系實際生活，測定莆田礪青中學正午太陽高度角大小以及教學樓間距的合理性。調動學生學習地理的積極性，提高地理素養，培養學生地理實踐力。

二、預備與理論知識

1.預備知識

礪青中學地理坐標為25°26′20″N，119°0′50″E，北京時間為東八區所在的中央經線120°E的地方時，礪青中學正午時分是北京時間12點04分。

2.理論知識

正午太陽高度角計算公式：H=90°-|緯度差|，緯度差即所求地點緯度與太陽直射點所在緯度的差距（同半球減，異半球加）。樓間距的計算公式（三角函數公式）：L=h/tanH=h/tan（90°-緯度差）。利用立竿見影測量法，于當地時間12時將木桿立直，測定影子的長度，假定正午太陽高度角為H，則tanH=木桿長度/影子長度（如圖1、圖2）。

三、活動過程與實施

1.方案制定，小組分工

準備工具：35m長皮尺、5m長硬卷尺、90cm長直尺、大三角尺各一把，小皮筋若干，1.5m長塑料管一根。選定活動時間為冬至日前后連續測量8天，期間要求晴朗天氣。小組成員分工如下：小組一由張潤和吳進火組成，通過立竿測影法測量正午太陽高度角；小組二由車家漩、陳家升、陳立三人組成，測定正午時分太陽直射到教學樓高度。最后，每個小組進行數據匯總至車家漩處進行分析。

活動安排：小組一通過立竿測影法將長直尺垂直于地板（如圖3、圖4）測量正午太陽高度角，三角尺的作用是使長尺保持垂直地面，12點04分時用卷尺測得影長并記錄在表格中。

小組二測定正午時分太陽直射到教學樓高度。正午時分太陽直射在北樓的高度介于二樓到三樓之間，為此11點50分兩個小組做好各項準備。一同學在二樓走廊用皮筋將皮尺綁緊在塑料管中將皮尺0刻度線對準太陽直射點位置，另一同學負責檢查0刻度線是否對齊太陽直射點位置并記錄。此刻在一樓的同學將皮尺拉直貼近墻面和地面，盡量減少誤差，并在北京時間12點04分讀取數據，記錄數據（如圖5、圖6）。

通過測量測得礪青中學南樓和北樓的樓間距L=21.5 m，南樓和北樓的高度均為h=24.3m。最后，將數據匯總并進行分析。

2.數據匯總，歸類整理

地理實踐小組從2016年冬至日12月21日前后連續測量8天，其中只有四天是晴朗的，分別是19、20、23及26號，所以在這四天進行的測量活動數據如表1和表2。

四、數據分析與建議

1.樓間距過窄

通過測量得知莆田礪青中學在冬至日前后正午太陽高度角平均值為40°24′，南北教學樓間距寬度為21.5m，樓高均為24.3m（如圖7）。

因此，通過三角函數值計算公式（tanH=樓高/樓間距）可知，樓間距至少要達到28.55m才算合理。

2.市區用地緊張

礪青中學的地理位置處于市區中心，前面有文物古跡三清殿，后有大型購物廣場，優越的地理位置導致用地緊張，無法拓展空間。

3.小小建議

學校可以考慮布局在市郊，市郊相對有較大空間進行學校教學樓布局，在新建教學樓時，建議從當地冬至日正午太陽高度角著手設計合理的樓間距，確保底樓全年都有光照。

五、活動反思與心得

1.反思

測出莆田礪青中學正午太陽高度角為40°24′（雖與理論值41°08′有誤差）。對于教學樓高度（24.3m）的測算是通過第一層樓高（4.05m）去推算六層樓的樓高（4.05×6=24.3m）造成測量的樓高精度不夠，產生誤差，該數據還有進一步優化的空間。

2.心得

預備工作做得良好（如冬至日前后四天的天氣預報）。真正意識到地理學習的重要性，對地理有更深刻的見解，對地理學習產生濃厚興趣。成員的實踐能力和團隊能力有所增強。此次地理活動帶動了全班的學習氛圍。

作者單位：福建省莆田市莆田第四中學（351100）