3分钟小实验带孩子做出太阳追踪器，测测你家的太阳高度角

细心的孩子会发现，在一天中，被太阳照射到身体投下的影子在不断地改变着。第一是影子的长短在改变。早晨的影子最长，随着时间的推移，影子逐渐变短，一过中午它又重新变长。

第二是影子的方向在改变。在北回归线以北的地方，早晨的影子在西方，中午的影子在北方，傍晚的影子在东方。 

国外有一个聪明的小女孩，将自己冬天和夏天不同时间段的影子用粉笔在地面做了标记，发现每天同样时间影子的位置差不多是固定的，影子的变化也是有规律的，标记在地面上的影子就像是一个大时钟。

几千年前古人就已经用这一发现发明了计时工具日晷[rì guǐ]，早期日晷[rì guǐ]就是是太阳的影子的意思，也就是太阳的轨迹。后来被人们用来命名人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，又称“日规”。今天就带孩子亲手做一个日晷，看看太阳公公的轨迹是如何被记录下来的吧~

-太阳高度角测量-

材料

立柱/底板/成影板/投影架/指南针

日晷表/刻度盘/连接杆/空心扣/螺丝扣

双面胶/牙签/螺丝

步骤

-第一步-

将连接板有孔一端插入投影架

另一端插入底板

-第二步-

将双面胶粘在立柱顶端第一第二个孔之间

将刻度盘90度角向上粘在立柱上

-第三步-

用螺丝穿过刻度盘和投影架

将投影架和刻度盘固定在立架上

-第四步-

将连接杆调整至水平位置上与90度线垂直的位置

底板与地面保持平行放置

-第五步-

用手电筒模拟太阳光

让光束通过投影架

使投影架的十字影子与成影板的十字重合

此刻读出的度数就是太阳高度角

-第六步-

可以把太阳高度角测量器放在同一位置

观察不同时间段日晷的变化

也可以通过用手电筒模拟不同季节的太阳光

观察同一地点不同季节太阳高度角的变化

-第七步-

了解完太阳高度角

我们来一起探究一下日晷是如何计时的

由于不同时间太阳高度角不同

太阳光照的时间刻度也会有所改变

下面我们以夏至日晷为例

根据地区纬度来调整表盘角度

比如爆炸实验室在北纬32度

那么就把刻度调整到32度位置

-第九步-

调整好表盘角度后

将表盘面向正北方

底座依旧和地面保持平行

将子时线对准正上方

午时线对准正下方

-第十步-

用手机光照模拟夏至日太阳

平稳移动手机光照角度模拟一天中地球在太阳不同的方位

观察指针投影确定时间

原理

我们先来了解一下本次实验中太阳高度角测量的工作原理。

首先我们先认识一个概念：太阳高度角。对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，专业上讲太阳高度角是指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切面的夹角。太阳高度角简称高度角。当太阳高度角为90°时，此时太阳辐射强度最大；当太阳斜射地面时，太阳辐射强度就小。

在晨昏线上的各地太阳高度为0 °，表示正经历昼夜更替；在昼半球上的各地太阳高度大于0°，表示白昼；在夜半球上的各地太阳高度小于0°，表示黑夜。

太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。如果太阳赤纬（与太阳直射点纬度相等）以a表示，观测地地理纬度用b表示（太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正，南纬为负），地方时(时角)以t表示，有太阳高度角的计算公式：sin h=sin b sin a+cos b cosa cos t

接下来讲讲故宫三千年前的计时工具日晷。

晷面两面都有刻度，分子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二时辰，每个时辰又等分为“时初”、“时正”，这正是一日24小时。

日晷为什么可以指示时间呢？这是因为地球自转几乎是均匀的，在地球上看，太阳的运动也是均匀的。所以人们可以利用指针的影子来确定时间。

地球在自转的同时，还在绕太阳公转。地球的自转轴并不垂直于公转平面，为了使不同季节同一时间的影子都指向同一个方向，日晷的指针需要平行于地球自转轴。这也就是为什么我们需要依据太阳高度角来调整日晷指针的角度。

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材料

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