[实用新型]多功能地球仪

说明书

本实用新型是一种能用来演示四季更替及其成因的多功能地球仪。

一年中为什么有春夏秋冬的四季更替？为什么夏季里日长夜短，冬季里日短夜长？极昼和极夜又是怎样回事？关于这方面的知识内容，历来是各级学校有关教材中的重点和难点。这些知识内容之所以难教难学，除因问题本身的机理比较复杂外，教师手中缺乏完善的演示教具也是重要原因之一。

据了解，目前教师进行有关四季成因教学时，地球仪还是不可缺少的演示教具呢？只因一般的地球仪并不具备表现季节变化的功能，所以用它作演示是很难使学生获得有关这方面的感性知识的，当然更谈不上在什么“直观”基础上认识四季成因了。最后还得由教师反复讲述书中的内容来弥补演示中的不足。

本实用新型的目的是为教育提供一种能表现季节特征和季节变化的演示教具。实现这个目的的方案是：在一个经过改装的地球仪的底座上标出一年中的月份和节气；在支柱外面套一个套管，管的下端有个指针，顶端竖个昼夜分界圈，圈内再套一个黄道环，并在白昼边半环的中点上作一标志，为太阳直射点。

演示时，用手捻动套管，使指针顺着月份顺序方向旋转。当指针转到“春分”，就可看到太阳直射点落在赤道上，昼夜分界圈同时通过南北两极并平分所有的纬线，说明此时南北两半球所照到的阳光均等，而且全球各地的昼夜时间也相等。显然，这些都是春分时节的季节特征。

如再继续捻动套管，还能看到太阳直射点渐离赤道并向北进发；北极也与昼夜分界圈“告别”而开始进入“极昼”；北半球上的纬线在白昼段逐渐增长（所跨越的时区数增大）。当太阳直射点到达北回归线时，这种增长到了顶点，还有整个北极圈也挪到了白昼一边，说明此时的白昼最长、黑夜最短，整个北极圈内终日太阳不落。这些现象都是“夏至”时节在北半球应有的季节特征。南半球的情况恰恰与此相反。

如再让指针依次转过“秋分”、“冬至”，还将相继出现与上述两个节气相应的季节变化。如此周而复始，经过多次演示，并通过观察者的思考，就能认识产生四季变化的原因何在。

为什么上述演示能反映季节变化规律呢？

众所周知，地球的自转轴与公转轨道面有23.5°的倾斜，以致地球公转一周（一年）的过程中，有时正面对着太阳（以北极的倾斜方向这面为正），有时背着太阳，有时左侧或右侧朝向太阳，因而使得南北两半球所获得的阳光有时此多彼少，有时此少彼多，有时彼此相等，这就产生了四季的更替。由此可知，产生四季更替的原因正是地轴的倾斜和日照方向的改变。

前述演示过程之所以能反映季节变化规律，也是因为其中包含了地轴的倾斜和日照方向的变换这两个因素之故。不过这里要加以说明的是：地球上的日照方向的变换是因为地球的公转，而演示中“地球”上日照方向的改变是由于昼夜分界圈的旋转。由此可见，地球的公转和昼夜分界圈的旋转，在各自的系统内都能起到改变日照方向的效果，所以它们是等效的。这就是演示能获得如此成功的道理。

本实用新型除有一般地球仪所具有的功能和前述演示中所起的作用外，还能被用来察知某地某日昼、夜的长短和日出、日没的方向。其方法是：先使指针指到某月某日，再数一数某地所在纬线在白昼段所跨越的时区数就是白昼的时数（经度每隔15度为一时区）。如以某地所在纬线与晨曦线和黄昏线的两个交点朝着太阳直射点的两个方向，即分别为所求的日出方向和日没方向。

此外还有：为什么只有春分、秋分两个时节世界各地的昼夜都相等？为什么日夜长短之差随纬度的增高而增大呢？为什么只有春分、秋分两个时节的日出、日没方向是正东或正西呢？诸如此类的问题，也能从本实用新型上找到解答。

本实用新型的结构由以下的实施例及其附图给出。如图1所示：一是在底座（1）上逆时针方向标出12个月份和四个节气。支柱（2）的顶端固定一个弧形铁片（3），铁片的另端固定一根有23.5°倾斜的“地轴”（4），“地球”（5）就套在这轴上；另外还要在底座标有“冬至”一边的边缘上固定一根与地轴成一直线的斜棍（6），以标示地轴的倾斜方向。二是在支柱外面套一个套管（7），管的下端按一指针（8），管的顶端竖插一个用铁片制的，比“地球”略大的，两面分别涂成白色和黑色的昼夜分界圈（9），圈里再套一个用铁丝制的黄道环（10），并在白昼边半环的中点上作一标志为太阳直射点（11）。“地球”就在这圈和环的中间。

再如图2所示：因昼夜分界圈（9）是以下边的插片（12）插在套管顶端的缝隙（13）竖着的，黄道环（10）是嵌入焊在昼夜分界圈内缘左右两个金属槽（14）固定着的，所以不论按装、拆卸都很方便。

按装本实用新型时还应注意：指针的指向和昼夜分界圈白昼面的朝向一致；“地轴”和昼夜分界圈的转轴要相交于“地心”。