太阳影子范文

太阳影子篇1

关键词：经纬度；太阳高度角；数学模型；非线性拟合

随着科技的飞速发展，利用智能手机通过卫星定位系统来确定自己的位置，为大家所熟悉。但是，除了卫星定位系统，我们还有什么方法能进行定位呢？其实在卫星定位系统出现以前，航海的船员是用天文导航定位的。

说到天文，就不能不说到太阳了。很早以前，人们就利用太阳的影子来确定时间。那现在我们能不能用太阳的影子来定位呢？2015年的全国大学生数学建模竞赛就提出了这样的问题，非常有意思，对大学生们也是一个不小的挑战。

下面我们就利用太阳影子，建立影子长度变化的数学模型，求得当地可能的经纬度。

1 问题分析与模型建立

对于影子长度变化，我们根据太阳高度角、杆长，影长之间的关系可得影长函数关系为：l=h/tanH。其中太阳高度角H、杆长h，影长l。

而太阳高度角H是由太阳时角、赤纬角、时间来决定。太阳高度角[1]随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。太阳赤纬角（与太阳直射点纬度相等）以B表示，观测地地理纬度用w表示，当时的太阳时角以T表示，有太阳高度角的计算公式：

综合以上公式，可得出影长变化的模型如下：

如果知道物体影长变化，求所在地的位置的数学问题，就是已知函数值反推函数中未知参数的问题。我们可以利用解方程组和函数拟合来求出未知参数。

2 模型求解

（一）方程组求解当地经纬度

这里，我们用2015年全国数学建模竞赛A题中附件1的数据来求解。把三个时间与影长的数据代入公式（1）中，得到如下方程组：

由于日期已知，可算出当天太阳赤纬角B。方程组中只有h、W、T1为未知参数。以上方程组是非线性方程组，并不好求解。为此，可利用matable软件的fsolve命令求得：

（二）非线性拟合函数

3 结语

根据物体影子变化的测量数据，建立数学模型求解当地经纬度，问题较为直观，学生易于理解。问题的求解用到了空间几何的建模能力和非线性问题求解，对学生综合素质的有较高要求。本文对此问题给出了数学模型，并给出了方程组求解和函数拟合求解两种方法，具有一定参考价值。

但是对这个问题考虑到的影响因素较少，如太阳折射等没有考虑。所以求解结果和实际地点可能有较大偏差。

参考文献：

太阳影子篇2

[关键词]粒子群算法；遍历搜索；最小误差函数

[DOI]1013939/jcnkizgsc201718199

1引言

太阳影子的位置和时间的确定，在地理勘测和工程应用中有很高的应用价值。研究首先根据某固定直杆在水平地面上的太阳影子顶点静态坐标数据，建立数学模型确定直杆所处的地点和日期。后通过太阳影子的动态变化视频，判断该视频所发生的大致地点。从而推广这两种算法作为确定太阳影子发生地点和时间的方法。

2基于分治法的遍历搜索算法确定静态坐标下太阳影子发生地点和时间

21算法分析

研究根据相关数据给出的太阳影子顶点坐标数据，建立合理的数学模型来确定直杆所处的地点和日期。根据附件提供的坐标和其他数据，我们可以得到不同时间点所对应的太阳影子长度。很明显，这是一个目标规划问题。可以基于太阳影子长度公示，建立寻找地点和日期的规划模型。同时，考虑到研究涉及的未知量较多，直接求解很难得到最优的结果。因此，考虑纬度、经度和杆长等因素，研究采用先模块搜索后整体遍历的思想，建立一个新的“基于分治法的遍历算法”，寻找到准确的地理位置并确定它所对应的日期。

22算法模型的建立

步骤一：数据处理

定义四组变量α、β、h、N，分别代表经度、纬度、杆子高度和年份。由数学分析的相关理论和地理学的相关知识可知，一组连续的变量可以看成一组间隔无限小的离散型随机变量的线性组合。同时，在地球上，当两个经度之间相差1°时，它们之间的时间相差4分钟，因此，我们对数据进行了离散化处理，并且在误差范围内完全可以认为不会对模型的精确度造成影响。我们得到以下关系：

纬度：-90°≤α≤90°

高度：01≤001≤8，（m）

年份：1≤N≤365

步骤二：建立目标规划模型

由问题一，研究得到计算太阳影子的计算公式。若我们定义Lestimatei为与视频中所对应的第i个时刻代入经纬度、高度、日期和时间得到的太阳影子长度，L附件i为通过对附件中的数据进行处理得到的第i个时刻的太阳影子长度。当所有时刻这两个值的平方差最小时，这个地方将有最大的概率与视频中的地点相吻合，因为同一个地点之间由于有着相同的地理参数，它们在同一时刻的太阳影子长度必定完全吻合。得到以下模型：

min=21i=1L附件i-Lestimatei）2

st-90°≤α≤90°

（300-15t2）°≤β≤（15904-15t1）°

01≤001≤8，（m）

1≤N≤365

最后，对min函数数值求解的精度进行限制，当误差小于10-3时，停止遍历搜索，认为得到了最优的解决方案。

步骤三：建立基于分治法的遍历算法进行优化求解

（1）首先把四维向量空间划分为四个一维向量空间，分模块进行遍历搜索。

（2）接着，研究按照分治法的思想，分别对四个一维变量进行遍历搜索。同时进行全局搜索寻优。

（3）将第二步遍历寻优的结果与模型中研究要求的精度进行比较。若第二步中寻优的结果达到我们模型中所要求的精度要求时，遍历结束，否则返回第二步，进行递归的遍历求解。

23算法的求解

利用计算机模拟，我们得到已知数据中测量所在地数据如下表所示。

测量所在地

度（°N）经度（°E）杆高（m）日期

32248143223814/429

21573961331220

3基于GA-PSO算法对动态视频中太阳影子的大致地点的确定

31算法分析

研究在两种不同的情况下研究太阳影子的定位问题。首先，根据视频，研究可以得到在各个时间段所对应的太阳影子长度。接着，对于研究已有日期的视频部分，在目标规划模型的基础上进行改进，基于太阳影子长度公式，从而建立合理的规划模型。

32算法模型的建立

步骤一：数据处理

基于问题三建模的相关思路，我们定义两组变量α、β，分别代表经度和纬度。对数据进行了离散化处理，我们得到了以下关系：

纬度：-90°≤α≤90°

步骤二：建立目标规划模型

在问题三我们建立的目标规划模型的基础上，我们进行了适当的改进。若我们定义L′i为与视频中所对应的第i个时刻代入经纬度得到的太阳影子长度，Li为在视频中读出的第i个时刻的太阳影子长度。我们得到以下模型：

min=22i=1（Li-L′i）2

st-90°≤α≤90°

675°≤β≤180°

同时，对于min的精度要求，我们定义，当误差小于10-3时，我们停止搜索，认为已经得到了最优解。

步骤三：用遗传算法优化粒子群算法（GA-PSO）以求得步骤二的最优解

在本算法中，为了得到最优解，我们设定了迭代次数为1000次。

Step1假定有一个S维目标搜索空间，其中第i个粒子表示为一个S维的向量

xi=xi1，x12，…，xiS，i=1，2，…，22

每一个粒子是一个潜在的解。将xi代入（3），我们可以算出它的适应值。第i个粒子飞翔的速度为S维向量，记为[AKV]=Vi1，Vi2，…，ViS。在这里，我们设定每一个粒子存储了2个参数。同时，通过遗传算法的选择、交叉和遗传过程对所有变量进行初始化，记下第i个粒子迄今为止搜索到的最优位置为PiS[TX]=PiS，…，PiS，整个粒子群搜索到的最优位置为PbestS[TX]=PbestS，…，PbestS。

微粒i当前的最好位置可由下式确定：

pi（t+1）=

pi（t）min（xi（t+1））≥min（xi（t））

Xi（t+1）min（xi（t+1））

根据Kennedy和Eberhart提出的相关理论，对粒子群进行以下操作：

v=1min

v（t+1）=v（t）+c1rand1（t）（piS（t）-xis（t））+c2rand2（pbestS（t）-xis（t））

xis（t+1）=xis（t）+v（t+1）

其中，

i=[1，22]，s=[1，S]；

c1，c2分别为学习因子，rand（t）为产生随机数的函数，服从[0，1]区间的均匀分布。

根据上述方程组，分别对粒子群的速度和位置进行更新，若满足终止条件，则输出解，否则返回重新进行下一步的寻优。

最终，我们便可以得到视频拍摄地点的经度和纬度，从而进行比较精确的定位。

4算法推广

本模型所提出的“GA-PSO”算法对于解决大数据量的算法复杂度较高的问题有着较高的实用价值。该算法可以推广到人口相关数据的统计已经生产力的评估等多个领域。

参考文献：

[1]司守奎，孙兆亮数学建模算法与应用北京国防工业出版社，2016（1）

[2]卓金武，李必文，魏永生，等MATLAB在数学建模中的应用[M]北京北京航空航天大学出版社，2014（9）

[基金项目]国家自然基金（项目编号：61322112）。

太阳影子篇3

[关键词]目标规划；数据拟合；影子长度

[DOI]1013939/jcnkizgsc201717214

1引言

建立影子长度变化的数学模型，分析影子长度关于各个参数的变化规律，并应用计算机软件拟合出2015年10月22日北京时间9∶00-15∶00之间天安门广场（北纬39度54分26秒，东经116度23分29秒）3米高的直杆的太阳影子长度的变化曲线，从而发现影长变化规律与模型，并进行推广。

2影子长度变化规律与模型――算法分析与算法模型确定

21算法分析

研究建立影子长度数学模型，分析影子长度关于各个参数的变化规律，并将所建立的模型进行应用。通过查阅相关资料，结合天体运动规律，我们可以根据太阳相对地球的空间位置，建立太阳高度角与物体影长的函数关系模型，找出与影子长度相关的参数，通过控制变量，拟合曲线，从而找出各个参数的变化规律。

22模型的建立太阳与地球运动角示意见图1。以下有三个步骤。

221确定太阳高度角θ0

（1）确定太阳赤纬角δ

太阳赤纬，即地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角。赤纬角以年为周期，在+23 °26′与-23 °26′的范围内移动，成为季节的标志。

我们用δ表示太阳赤纬，可以得到：

sin δ=sin εsin λ

其中λ=360°×[SX（]N[]T[SX）]，N为日数，北半球从3月21日春分开始计算，南半球从9月23日秋分开始计算；T表示一年的天数，平年为365天，闰年为366天；ε表示南北回归线的纬度，为23 °26′。

（2）确定时角ω

在地球上，同一时刻，对同一经度、不同纬度的人来说，太阳对应的时角是相同的。单位时间地球自转的角度定义为时角ω，规定正午时角为0，上午时角为负值，下午时角为正值。地球自转一周360度，对应的时间为24小时，即每小时相应的时角为15度。

时由模型建立和求解过程，已经得知为分析影子长度关于各个参数的变化规律，每次选取一个变量在限制范围内变化，其余变量保持不变，利用软件进行拟合。

以研究直杆影子长度与所在地的纬度α为例，分析2015年6月2日北京时间9点东经116度23分29秒3米高的直杆的太阳影子变化，改变测量地的纬度，得到图3直杆影长关于纬度的变化曲线。

研究发现，当同一直杆在同一经度同一天同一真太阳时测量时，影长以太阳直射点的纬度为中心向两边逐渐增大。

3结论与算法推广

研究发现，直杆影长以正午12点为中心，逐渐向两边递增；最短约为4米，最长可达8米。利用本算法得出的结论，可以根据太阳影子顶点确定地点，在地理应用、定位勘察方面有很大的前景和应用价值。

参考文献：

[1]卓金武，李必文，魏永生，等MATLAB在数学建模中的应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014

太阳影子篇4

以五年级上册第一单元《白天和黑夜》这单元教学为例，谈谈如何引领学生在模拟世界中探究宏观科学。教师在教学中应充分运用多种教学方法、多种手段帮助学生观察相关自然现象，理解科学知识，认识科学原理或成因，较准确的反映客观事实，来增强模拟实验的实效性。

一、动作体会模拟，研究太阳与影子的关系

“影子怎么动的？”“朝哪个方向动的？”“为什么朝那个方向动？”为了让学生明白太阳与影子的对应关系，在第一课《太阳与影子》教学中，让学生进行动作体会模拟，全班学生站立面向南方，左臂握拳抬高代表太阳，模拟太阳从东向西的运作过程，右臂伸直代表物体的影子，然后让学生从南向北一边转动身体，一边体会太阳的运动对影子的变化有着直接影响关系，“太阳在东影子在什么方向？”“太阳在南影子在什么方向？”“太阳在西影子在什么方向？”学生会发现影子与太阳相随，有太阳才会有影子。

二、现场实验模拟，研究阳光下物体影子的变化

为了让学生观察阳光下物体影子变化有什么规律，对物的体影子进行观察和记录。在《太阳与影子》教学中，在阳光下让学生小心地把细细的铅笔芯垂直插在橡皮泥上，然后固定在白纸上不要移动，确定好南北方向，在阳光下画出铅笔影子的位置变化，每隔五分钟观察记录一次，要求影子有多长画多长。影子的变化是明显的，一条条细细的有长短变化、位置变化的影子就展现在学生眼前。通过观察和记录，使学生真切地感知到阳光下影子的方向和长短会随着时间的变化而变化。

三、制作花盆钟模拟，研究太阳与影子的变化规律

为了让学生知道太阳的运动与影子的变化是有规律的，可以利用这个规律来计算时间。在第二课《太阳钟》教学中，让学生动手制作简易的花盆太阳钟。利用一只花盆，在盆底的圆孔处插一根长棍子，放在整天都有阳台上，每过一个小时，在盆沿的阴影处做一个标记，这样下来，只要有阳光就可以在花盆上读出时间了，体验一下太阳钟的作用。

四、地球仪模拟，研究昼夜交替的原因

为了让学生了解地球昼夜交替的现象，在第三课《昼夜交替》教学中，通过模拟实验来理解昼夜交替的成因，手电筒代表太阳，小地球仪代表地球，一边转动地球仪，一边用手电筒照射地球仪，演绎其变化过程，观察地球仪上的明暗变化，在模拟的过程中不断地让学生观察思考：“太阳东升西落，地球仪应该朝哪个方向转动？”由于地球自转引起的地球表面受太阳照射部分的不同，“当地球照到的一面被太阳照射时，这一面是什么时候？”“另外一面太阳光照射不到为什么时候？”地球不停自转，使得地球的暗面与亮面不断转换，出现了昼夜交替的现象。

五、标志设置模拟，研究某地昼夜现象

为了了解在地球上同一时刻的不同地点，昼夜现状是有差别。在《昼夜交替》教学中，在地球仪上的某一个位置做标志，可以清晰的观察到地球转动一圈时的不同变化。用红色的橡皮泥粘贴在中国北京这个位置，在太阳（手电筒）相对不动的情况下，转动地球仪（地球），观察地球仪上一个确定的观察点（北京），“当标志从黑暗部分转入明亮部分是一天中什么时候？”“当标志从明亮部分转入黑暗部分是一天中什么时候？”“当标志转入明亮部分中间位置时是一天中什么时候？”“当标志转入黑暗与明亮交界处时是一天中什么时候？”让学生分别观察受光面、背光面以及左右侧光面四个位置上受到光照的变化，模拟出昼夜变化现象。

六、板画线条模拟，研究不同地区的时差

为了了解晨昏线和时区差，在《昼夜交替》教学中，先用篮球来模拟地球，把篮球表面平均分成四等份，用粉笔在篮球上画四个竖线条，分别表示一天中的早晨6点钟，中午12点钟，傍晚18点钟，深夜24点钟这四个时区。然后继续做地球仪的模拟实验，推算昼夜区域和某地时间。在地球仪的不同位置（美国、德国、英国、澳大利亚）四个国家用橡皮泥分别标上记号，自西向东转动地球仪，观察各个记号的明暗变化：“当北京是晚上8点时，其他三个国家分别是几点？”让学生观察灯光下的地球仪，根据明暗的不同和变化趋势，判断出不同地方的昼夜现象，大致判断出各地区的时差。

七、三球仪模拟，研究月相的变化成因

在《看月亮》的教学中，利用三球仪模型做月相成因的模拟实验，三球仪中装有灯光的大红球代表太阳，小地球仪代表地球，小白球代表月球。地球和月亮的运转方向都是东升西落，教师慢慢转动三球仪，让学生观察月亮绕着地球跑，地球绕着太阳跑，并且自身在不停的自转。教师一边转动三球仪，一边让学生观察思考：“当太阳光照在月球上时月亮什么样子？” “当我们地球处在月球的侧面时，看到怎样的月亮？”“当我们地球处在月球的侧下方时，看到的又是怎样的月亮？”由于月亮、地球和太阳是三个位置不断变化的球体，月亮不停地绕着地球做匀速的圆周运动，月亮是靠反射太阳光才产生光亮，我们只能看到月亮被照亮的一部分，照不到的部分是黑暗的什么也看不到。

太阳影子篇5

在黑子大量出现的同时，还出现了许多光斑一一黑子附近及太阳表面其他部位远比光球明亮的亮斑。这些光斑的温度比光球高，其亮度不仅足以补偿黑子减弱的光亮，而且还留有富余，因而造成整个太阳的亮度在黑子增多时反而变亮的奇观。

太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本，最明显的活动现象。一般认为，太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为4500摄氏度。因为比太阳的光球层表面温度要低，所以看上去像一些深暗色的斑点，太阳黑子很少单独活动，常常成群出现。

黑子是由本影和半影构成的，本影就是特别黑的部分，半影不太黑，是由许多纤维状纹理组成的，具有旋涡状结构。当大黑子群具有旋涡结构时，就预示着太阳上将有剧烈的变化，人类发现太阳黑子活动已经有几千年了，黑子的活动周期为11.2年。

届时会对地球的磁场和各类电子产品和电器产生损害，在开始的4年左右时间里，黑子不断产生，越来越多，活动加剧，在黑子数达到极大的那一年，称为太阳活动峰年。在随后的7年左右时间里，黑子活动逐渐减弱，黑子也越来越少，黑子数极小的那一年，称为太阳活动谷年。国际上规定，从1755年起算的黑子周期为第一周，然后顺序排列。

（来源：文章屋网 ）

太阳影子篇6

关键词：视觉技术；太阳视位置；算法

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.204

1 引言

基于太阳能利用涉及的太阳位置算法的研究源于20世纪60年代。1969年的Copper算法、年的Spencer算法、1988年Michalsky提出的基于天文算法的太阳位置算法，以及2004年Reda提出的精度较高的SPA算法。这些算法均需计算出太阳视赤纬、当地太阳时角，并以此为变量，利用球面三角公式或矢量法计算太阳视位置的地平坐标（高度角、方位角）[1]，算法复杂、计算量大，影响太阳位置时时准确地获取，不利于实现自动化跟踪控制。基于视觉技术的太阳视位置算法是借助视觉技术代替人眼通过采集地平坐标系下的影子图像，经图像处理分析后，建立太阳方位角和高度角的算法，从而确定太阳视位置。这样的研究是基于机器视觉技术的新的尝试，也是目前太阳能跟踪众多方法中尚未涉及的新领域。

2 图像处理

视觉系统采集的图像，在形成、传输、接受和处理的整个过程中，由于受到噪声和图像特征衰减等方面的影响，会降低图像的质量。因此，对图像进行分析之前，必须先对图像进行处理，以便为后续图像分析处理等高层操作提供基础[2]。处理技术主要是对被处理图像进行灰度变换、平滑滤波、图像增强、几何变换、灰度均衡化处理[3] ，目的是消除图像中无关的信息，恢复有用的真实信息，增强有关信息的可检测性和最大限度地简化数据，从而改善图像数据，提高特征抽取、图像分割、匹配和识别的可靠性。

2.1 图像翻转

图像翻转是一种几何变换，可以将原图像绕着中心点翻转180度，只改变坐标不改变图像像素值。采集到的影子图像如图1（a）所示，处于倒置状态，不利于获取影子坐标系，因此在预处理前应当将图像翻转，如图1（b）所示。

2.2 阀值分割

阈值分割就是确定一个阀值，把图像中每个像素点的灰度值与阀值进行比较，根据比较结果将像素分为前景和背景[4]。经过图像分割后，图像变成了二值图像，使后续图像轮廓的提取和分析就变得非常简单[5]。

研究中采集到的图像是灰度图像，图中的影子边界和坐标标量边界与背景有些模糊，但图像和背景的对比度比较高，产生的假边缘点少，因此通过阀值分割就能将图像与背景分割（见图2）。

图像阀值分割的关键技术是阀值的选取，常用的阈值选取方法有直方图谷底阀值法、迭代选择阀值法、最大熵法、最大类间方差法以及其它一些方法。用以上方法依次对图1（b）图像进行分割，所得结果如表1所示。经过数据和分割效果对比，迭代选择阀值法获取的阀值为最佳阀值。

2.3 边缘检测

要想准确获取太阳高度角和方位角就需要准确检测出影子的像素长度、图像标准长度像素值和坐标方向。为了获取这些参数，采用了边缘检测算子。

检测步骤如下：

（1）对坐标方块的坐标位置（左方格的左上方坐标和右下方坐标、右方格的右上方坐标和左下方坐标）进行初始化；

（2）通过双重循环逐行逐列的扫描搜索获取四个坐标位置的真实坐标值；

（3）设计算法，构建东西方向向量，计算标准长度的像素值，并标出影子图像所在区域；

（4）在区域下方扫描搜索影子图像标出边缘点；

（5）设计算法，构建影子的方向向量，计算影子的像素长度。

3 太阳方位角和高度角计算

经边缘检测，获取了坐标标量方块的四个坐标点和影子图像的两端边缘点，并已通过算法确定了东西方向向量、影子方向向量、标准长度的像素值和影子的像素长度值。通过GUI界面输入直杆的长度和坐标标定单位长度就可准确地计算出太阳方位角和高度角。

将基于视觉技术检测到太阳高度角和方位角与精度较高的SPA算法计算[6，7，8]的太阳高度角和方位角进行对比。

实验数据采集地点为北纬N39°37′2.67″ 、东经E109°48′50.29″；采集日期为2016年3月5日。

4 结论

基于觉技术检测获取的太阳视位置精度高，采集原理可行性高，影子图像轮廓易于提取，图像前期处理所需步骤少，大大提高了算法处理速度，消除了以往太阳跟踪时间滞后和实时性低的不利影响[9]。

参考文献：

[1]杜春旭，王普，马重芳等.一种高精度太阳位置算法[J].新能源及工艺，2010（02）：41-48.

[2]张春雪.图像的边缘检测方法研究[D].无锡：江南大学，2011.

[3]王东江，刘亚军.太阳自动跟踪控制系统的设计[J].数字技术与应用，2010（07）：19-25.

[4]张铮，王艳平，薛桂香等.数字图像处理与机器视觉――Visual C++与Matlab实现[M].北京：人民邮电出版社，2010：361.

[5]徐平，邵定宏，魏楹等.最佳阀值分割和轮廓提取技术及其应用[J].计算机工程与设计.2009，30（02）：437-439.

[6]张菲菲.关于日出日落方位的浅析[J].城市地理，2015：76.

[7]金卫东.揭开太阳方位角的神秘面纱[J].求学，2015（05）：53-54.

[8]王国安，米鸿涛，邓天宏等.太阳高度角和日出日落时刻太阳方位角一年变化范围的计算[J].气象与环境科学，2007（30）：161-164.

[9]李平阳.基于图像处理的太阳质心位置检测算法研究[D].太阳科技大学，2013.

基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目（NJZC13376）

太阳影子篇7

(一) 分布规律

1、日影朝向

始终在观测者所见太阳方位的相反方向。

2、正午日影的朝向

取决[！]于太阳直射点的位置。太阳直射点以北的地区正午日影朝向正北,以南的地区朝向正南(极点除外,极夜地区正午无日影)。不同地区分布如下:

(1)回归线以外的地区(极点除外):北回归线以南地区,一年中正午日影都朝向正南。

(2)回归线之间的地区:①太阳直射地区,正午日影缩为零(或正午日影与物体重合)。②赤道上一年中正午日影大约半年朝向正北,半年朝向正南。③赤道到北回归线之间的地区,一年中正午日影朝向正北的时间多于朝向正南的时间;赤道到南回归线之间的地区,一年中正午日影朝向正北的时间少于朝向正南的时间。

(3)极点:北有点极昼期正午日影都朝向正南,南极点极昼期正午日影都朝向正北。

3、日出日落时的日影朝向

(1)太阳直射北半球时:无论南北半球,日出时的影子都朝向西南方,日落时的影子都朝向东南方。

(2)太阳直射南半球时:无论南北半球,日出时的影子都朝向西北方,日落时的影子都朝向东北方。

(3)太阳直射赤道时:全球各地日出时的影子都朝向正西方,日落时的影子都朝向正东方。

(二) 应用意义

1、据日出、日落时日影的朝向,推知太阳直射半球

若日出时物体的影子朝向西南方,日落时物体的影子朝向东南方,则说明太阳直射北半球;若日出时物体的影子朝向西北方,日落时物体的影子朝向东北方,则说明太阳直射南半球;若日出时物体的影子朝向正东方,则说明太阳直射赤道。

2、据一天中日影朝向情况,推测当地地方时

日影朝向正北或正南时,当地的地方时为12时。

3、据正午日影朝向,推测观测点所在半球及体纬度位置

(1)一年中在有白昼的时期,正午日影始终朝向正北方,则该地位于北回归线以北地区(北极点除外)或南极点。

(2)一年中在有白昼的时期,正午日影始终朝向正南方,则该地位于南回归线以南地区(南极点外除)或北极点。

(3)一年中正午日影一段时间朝向正南方,一段时间朝向正北方,则该地在南北回归线之间。 二、日影长短变化

(一) 变化规律

1、一天中,日出、日落时的日影最长,正午时的日影最短。

2、一年中,6月22日南半球有白昼期的地区正午日影达全年最长,北回归线及其以北地区达全年最短。12月2日北半球有白昼期的地区正午日影达全年最长,南回归线及其以南地区达全年最短。回归线之间的地区,太阳直射时,正午日影缩为零(或正午日影与物体重合),达全年最短。

(1)6月22日正午日影达全年最长,该地在南半球,为冬季;达全年最短,该地在北回归线及其以北地区,为夏季。

(2)12月22日正午日影达全年最长,该地在北半球,为冬季;达全年最短,该地在南回归线及其以南地区,为夏季。

(3)非二至日正午日影为零(或日影与物体重合),该地在南北回归线之间,太阳直射该地。

太阳影子篇8

一、教学目标

科学概念

1、阳光下物体影子的方向随着太阳方向的改变而改变，影子总是和太阳的方向相反

2、阳光下物体影子长短的变化是随着太阳在天空中的位置变化而变化的，太阳位置最高时影子最短，太阳位置最低时，影子最长

3、 人们很早就知道利用阳光下物体影子的变化规律来测定时间

过程与方法

1、推测阳光下物体影子怎样变化

2、利用简易的日影观测仪，观测阳光下物体的影子的长短和方向的变化，并收集相关的数据。

3、一天中影子长变化的数据作出影长随时间变化的柱状图

4、根据观察数据，发现阳光下物体影子在一天中的变化规律

5、运用阳光下物体影子变化的规律，解释人们为什么能用影子计时。

情感、态度、价值观

1、认识到自然事物是在不断变化的，事物的变化之间是有联系和有规律的

2、能够按活动要求坚持观察如实记录数据

3、能够根据数据和现象实事求是地进行分析和推理

二、教学准备

教师演示：日晷的图片或课件

分组实验：简易的日影观测仪、指南针

三、教学重、难点

探究影子的特点

四、课时安排

2课时

五、教学过程

1、复习引入

1）上节课我们学到了哪些知识？

2)阳光下物体的影子也有变化吗？是怎样变化的？

3)看书上第26页，根据我们上节课的研究，推测一下大树的影子在一天中发生的变化情况，并让学生说说理由。

2、观察阳光下影子的变化

1)让我们通过实际的观测来验证我们的想法

2)学生认真阅读科学书上的说明，明白观察的目的和观察记录的方法

3）以小组为单位进行，但每个人都要记录小组的观测结果

3、整理我们的记录

1）各小组汇报自己的观测数据

2)教师讲解如何把影长随时间变化的数据整理成柱状图：纵轴表示影长，横轴表示时间

3）每个学生自己将数据整理成柱状图

4）分析柱状图：一天中阳光下的影子是怎样变化的？什么时候最长？什么时候最短？我们还有什么发现？

5)关于祖国西部地区，影子最短时不是12时的说明

4、 日影观测仪

1）古人曾经利用日影观测仪计时，能说说其中的道理吗？

六、作业设计

作业本上的配套作业

七、板书设计

2.2阳光下的影子

铅笔影子的变化