太阳观测记录表 表 2

此外，还需有一个全年的总表（表 3），将每月的观测结果，按时转记到总表上去。

在总表中，昼夜长短和太阳高度均以曲线表示，而白昼时间和黑夜时间又分别用不同的颜色来表示，用红色代表白昼（表 3 中的实线），

用黑色代表黑夜（表 3 中的虚线）。太阳出没的方向按 16 个方位表示。太阳出没的时刻，仍以小时数表示。

有了这一个总表，就更能看清楚太阳出没的方向、出没的时刻、太阳高度和昼夜长短之间的相互关系。它是帮助学生理解地球自转和公转的宝贵资料。

（二）斜度测量器

为了知道本地的地理纬度，在地理园里装置了斜度测量器。制作的方法如下：用一块厚 2 厘米的木板，做成一个半径 30 厘米的半圆板。在半圆板的上边两端各留出 10 厘米作为扶手（见图 6）。将半圆板涂上白色油漆。待油漆干了，就■用圆规上的鸭嘴笔，蘸上不浓的红磁漆（如果嫌浓只要加少许煤油就行）画两个半圆弧，一个半径 23 厘米，另一个

半径 26 厘米。在里面的半圆弧（半径 23 厘米）上画刻度。画刻度时， 先定出半圆弧的中点，以它为 0°，以左右两端各为 90°。然后平分 90

°角所对的圆弧，定出 45°的位置。再三等分 45°角所对的圆弧，依次定出 15°、30°、60°和 75°的位置。接着再三等分 15°角所对的圆弧， 得出 5°、10°、20°、25°、35°、40°、50°、55°、65°、70°、

80°和 85°各点。最后五等分每 5°角所对的弧，就可得出每 1°的各点位置。当各点定好以后，用米尺对齐圆心和圆弧上的各分点，依次画上刻度线。为了便于观测，凡 1°的线就画得短些，每 5°的线就画得长些， 每 10°的线就画得更长些。然后在各长线的下端从 0°到 90°依次写上10、20、30、40、50、60、70、80、90 等数字。这样，斜度测量器的半圆板基本上就算完成了。

图 6 斜度测量器的半圆板

画分刻度是一项非常细致的工作，要有耐心，尽可能地求得精确， 否则就不能正确地测定出斜度来。

为了瞄准方便，在圆板上边的两端分别装上瞄准器。我们用两块大小相等的小铁片，在它们上部相同的位置各钻一个小孔洞，在它们下部相同的位置各画一道痕迹（见图 7），然后把它们分别钉在半圆板扶手的两端，使铁片下部的那一道痕迹和扶手的上边沿相平。这样两端瞄准器的小孔洞就位于同一直线上了。

图 7 瞄准器的铁片

此外，再用较坚硬的铁皮剪成一个指针。在指针的尾部钻一个圆孔， 把它套在一根长钉的头部，并将它们焊牢。再将半圆板的圆心点钻通成孔，把附有指针的粗铁钉穿过这个圆孔，并使半圆板能绕铁钉上下移动。然后再把铁钉的多余部分钉牢在一根 10 厘米见方、高 140 厘米（不包括入土部分）的支柱上。但必须注意使支柱的顶端与半圆板的顶边相平。

为了使斜度测量器能四面八方地自由转动，要把支柱锯成上下两节。上节长 60 厘米、下节长 80 厘米。在下节的顶心钻 1 个圆孔，深约

10 厘米。用 1 根长 20 厘米圆柱状的细钢筋，垂直地钉入孔内（在钻孔时就要注意使孔垂直不可有丝毫倾斜），它的一半露在外面。再将上节的下端顶心同样垂直地钻 1 个圆孔，深度也约 10 厘米。于是把附有半圆板的上节沿圆孔套在下节上（见图 8）。为了使它能灵活地转动，上下节的接触面必须刨得光平，并在钢筋上涂些凡士林。此外，安装时还要测定水平，使它不要倾斜。

斜度测量器安装好了之后，就可利用它教学生在地理园内进行下列各项活动。

1. 测定本地的地理纬度

测定本地的地理纬度这一活动需由两个人合作。在晴天的晚上，一个学生通过瞄准器来对准北极星，使北极星就在瞄准器构成的直线的延长线上。另一个学生用手电筒照看指针所指的地方，读出度数，这个度数就是北极星与地理园平面所成的角度，也就是本地的地理纬度（近似值）。

图 8 斜度测量器2.观测正午太阳的高度

观测正午太阳高度的日期与观测日出、日没的日期相同，观测的结果也记录在同一张表上（见表 2）。从这个表上可以发现，在北回归线以北的地区，夏至日正午太阳高度最高，冬至日正午太阳高度最低，春分日和秋分日正午太阳高度正介于以上二者之间。

再把全年各月的观测点连起来，就成为一个太阳高度变化的曲线图

（见表 3）。用它来和日出、日没方向的观测联系起来，就可以使学生进一步认识到地球上不同的地点和不同的时间获得热量的多少，主要决定于当地的太阳高度，而太阳高度的变化是由于太阳直射点的位置在南、北回归线之间移动的结果。

在进行这一观测时，必须注意保护眼睛，不要让它受强光的伤害。可用一块涂上墨汁的玻璃片，在它的下边安一铁皮子的卡脚。当观测太阳高度的时候，就把它卡在两个瞄准器的中间，如果观测星空就把它取下来。

3.观测星体的移动

在晴天的晚上，将瞄准器对准除北极星以外的任何一颗明亮的大星，把斜度测量器的位置固定不动，过了一两小时，再去看那颗大星， 就会发现这颗大星已经离开了瞄准点。这就有力地说明了地球自转的道理。

（三）赤道日晷

为了测定本地地方时，地理园内安设了赤道日晷（图 9）。赤道日晷是这样做成的：用两块 30 厘米见方、厚 2 厘米的平板，两面都涂上白漆。

其中一块钉牢在一根 10 厘米见方、高 120 厘米（不包括入土部分）并涂上白色油漆的支柱上。

图 9 赤道日晷

在另一块平板上，就用红磁漆画上字盘。由于自秋分到春分太阳高度角不大，日影难以投到字盘的较低部位，因此要把平板的两面都画上字盘。字盘是一个半径 10 厘米的圆，但必须注意使正反两面字盘的圆心

相重合。再把圆周 24 等分，并作自圆心至圆周上各分点的连接直线。在

直线和圆周相交的地方，依次写上 1 到 24 的数字。但正面的和反面的写法不一样，正面的是顺时针方向（见图 10），反面的是逆时针方向（见图 11）。然后用一根 8 厘米长的 8 号粗铅丝，将两端锉尖作为指针。为了防锈，指针要涂上红漆。然后，钻通字盘的圆心，将指针穿进去，使其一半露在正面，作为正面字盘的指针。另一半露在反面，作为反面字盘的指针。但指针必须和板垂直，再将正对着数字 12 的那一边和钉在支柱上的那块木板的一边用两个铰链（又称合叶）接起来，安装时要注意使正面字盘向上，反面字盘向下，也就是正面字盘朝北，反面字盘朝南。在安装的时候必须使 12-24 的这一根直线和子午线相重合，并使指针正对北极星。这样，字盘面就和赤道面平行了，也就是附有字盘木板的平面和支柱上木板的平面成 58°（90°减去本地纬度 32°）的倾斜。

图 10 赤道日晷正面字盘

图 11 赤道日晷反面字盘

为了使学生自己学会校正倾角的技能，我们用一块铁片剪一个相当于圆周 1/4 的弧，用铁钻在上面准确地钻出 0°到 90°的刻度，然后把它钉在支柱平面的左边。在钉的时候使刻度弧上的 0°和支柱平板的平面相齐，使得附有字盘的平板垂直地竖起来的时候，刚好与弧上的 90°相平。再在字盘板的左边安一只长螺丝钉，并套上一个小铁片，利用螺丝帽的松紧，可以任意使字盘板卡在刻度弧上你所需要的刻度上（如图 12 所示）。

图 12

在晴天的时候，阳光照射到赤道日晷上，指针在字盘上就投下一个影子。上午，影子投向偏西方，下午，影子投向偏东方。

随着一天中太阳高度的变化，指针的阴影在字盘上像钟表的针一样作旋转运动。

指针的影子所指的度数，就是当时本地的地方时。所以指针的阴影在字盘上移动的作用，就等于钟表指针的作用。但是，不同的季节和不同的时刻，太阳高度是不同的。当太阳高度较高的时候，正面字盘的指针有影子，而反面字盘没有。当太阳高度较低的时候，反面字盘的指针有影子，而正面字盘没有。所以在太阳高度较高的时候要看正面，太阳高度较低的时候就看反面。

利用赤道日晷不仅可以测定本地的地方时，同时也可测定本地的经度数。即当指针的影子指在 12 时，就是当地地方时 12 点整，这时再同北京时间进行比较，这样就可以看出当地地方时与北京时间的时差，然后根据“地球每小时自转 15°，每 4 分钟自转 1°”的规律，推算出当地的经度来。

（四）季节日晷

图 13 季节日晷

季节日晷（见图 13）是用来根据日影测定一年 24 个节气的。

制作季节日晷的时候，先取一块半径 20 厘米、厚 2 厘米的半圆板，

两面涂上白色油漆。接着就在它的一面用红漆画圆。如图 14 所画的那样， 先找出半圆弧的中点 A，与圆心 O 相连，A 点代表本地的天顶。根据本地的纬度（丹阳是北纬 32°），求出赤道天顶的位置 B，即 AO 线与 BO 线的夹角为 32°。再从赤道天顶分向左右各 23°26＇的地方，定出北回归线天顶 C 和南回归线天顶 D，连 BO、CO、DO 三线，延长至弧外，与 EF 线相交。EF 与 BO 垂直。以交点 H 为圆心，以 HE 为半径作弧，再分此弧为 12 等分，按各分点在 EF 线上的垂直投影，定出半圆板上的 a 到 j10 个点。这样，就把 13 个点的位置全都确定了。再由各点向圆心 O 作连线， 同时自左向右骑线写上“夏至”—“冬至”各节气的名称（见图 15）。沿各线在弧上分别锯开深 1.5 厘米的细缝，用白铁皮剪成长 10 厘米、宽

3 厘米的薄铁片 13 块，涂上绿色油漆，依次横插到各个缝内去。然后就

把这块半圆板固定在一块长 45 厘米、宽 15 厘米的长方形底板上，使半圆板的 AO 线落在底板中央，并从 O 点向底板上引出一条 10 厘米的红线

（图 16）作为验影红线。最后将底板固着在一根 10 厘米见方、高 120 厘米（不包括入土部分）的支柱上。底板和支柱也都涂上白色油漆。在安装这项仪器的时候，必须使半圆板的截面与当地子午线重合，使插有铁片的一边朝南。

图 14 季节日晷的设计图

正午观测的时候，只要看哪块铁片与阳光平行，有影子投射到验影红线上，再看下面标明的节气名称，就可以知道当日的节令。譬如图 16 中的 B 片在当日正午看来两面都不受光，它的影子恰好落在验影红线上。这说明当时太阳位于赤道天顶，而 B 片下的节气名称是春分和秋分。这就可以说明当日不是春分日就是秋分日。如果在上半年那就是春分日， 如果在下半年那就是秋分日。如果所有铁片都不和验影红线重合，那么只要看哪两片投影最窄，就可知道当日是在哪两个节令之间。

图 16 季节日晷的半圆板和底板

季节日晷可以帮助学生明确以下几个概念：

1. 由于地球公转时，地轴与公转轨道面成 66°34＇的交角，而公转时地轴倾向与倾角不变，因而太阳直射点不固定在地球上的某一地方， 而是南北来回移动的，于是形成了四季。

2. 太阳直射点在地球上的南北移动是有一定范围的，北界是北纬 23

°26＇，南界是南纬 23°26＇，也就是在南北回归线之间移动。因此在南北回归线上各地点每年可受阳光直射一次，回归带内各地点每年可受阳光直射两次。像我们镇江、丹阳位于北回归线以北，阳光从来没有直射的时候，所以回归带以外的各个地方是永远不可能受到阳光直射的。

1. 丹阳、镇江这样的地方，一年中全部时间阳光都是从南方射来的， 每天正午太阳总是位于正南方。我们把向南叫做向阳就是这个道理。

（五）星晷

图 17 星晷

我们地理园内设置的星晷（如图 17）是根据大熊星座或仙后星座来测定时间的。由于每年 9 月到 12 月这一段时期，大熊星座的一部分已落到地平线以下，我们这里在晚上已不能看到它的全貌，而这时的仙后星座恰好很高，所以此时改用仙后星座来测定时间是比较合适的。因此我们称呼这项仪器为“星晷”而不叫“大熊星晷”星晷主要是由两部分组成的，一部分是固定的，另一部分是可以转动的。固定部分（图 18a、b） 是由正面和底面各厚 2 厘米的两个木圈合成的。正面木圈的内径为 40 厘

米，外径为 55 厘米。也就是说木圈宽 7.5 厘米。底面木圈外径也是 55

厘米，内径为 34 厘米。为了在上面放置一块软玻璃（直径为 34 厘米， 在五金店可买到），所以将底面木圈的内圆边缘削去 3 厘米宽、0.5 厘米深（因软玻璃厚 0.5 厘米）的一部分，成为台阶状，将软玻璃放置其上。然后把正底两面木圈合牢在一起，就成为固定部分的大木圈。

图 18 星晷设计图

转动部分（图 18c）的木圈，外径为 40 厘米，内径为 31 厘米，木圈

宽 4.5 厘米。把它放在固定木圈之上。

固定部分的木圈和转动部分的木圈都涂上白色油漆，然后用红磁漆在固定部分的木圈正面分成 12 个月份，在转动木圈上画出钟表度盘。每

隔 1 小时标出一个时数，在每小时之间再标出 0.5 小时的分度。并在数

字“24”的旁边开一个凹槽，凹槽的尺寸等于 1 个月份所占的度格。软玻璃的中心有一个小孔，通过小孔用螺丝钉安置一个指针，指针

上涂上油漆以防生锈。再用白铁皮剪成 12 个小五角星，把它们焊牢在铅丝上，做成大熊星座和仙后星座的模型，并涂上白色油漆，分别附着在指针的两端，使它们遥遥相对（见图 17 圆盘中部）。

星晷是固定在一根支柱上的。安装工作必须在晴天的晚上进行。白天可以先将坑挖好。在安置的时候，通过玻璃中心的小孔瞄准北极星， 使小孔和北极星在同一条连线上，并使星晷的倾斜度和赤道日晷一样。根据这样的倾斜，把支柱顶部锯成适当的斜面，就将星晷卡合在斜面上， 用钉子钉牢。

在晴天的晚上，拨动附有钟表度盘的转动木圈，使凹槽对正本月份， 并转动指针使仙后星座或大熊星座模型恰好和天空中实际的仙后星座或大熊星座相吻合。这时指针所指出的度盘上的时刻，也就是观测时的时刻。

同样在白天也可利用星晷来测定仙后星座或大熊星座在天空中的位置。方法是这样的：转动指针，使指针对正度盘上所示的当时的时刻， 于是模型就可告诉我们白天这个时刻仙后星座或大熊星座在天空中的实际位置了。