專利名稱：地球運動教學演示用具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種教學演示用具，尤其是能模擬地球自轉運動和公轉運動的演示用具。
背景技術：
目前，中學生在學習地理學科中關于地球自轉、公轉運動知識時，實用方便的學習工具很少，公知的學習工具如“可繞太陽轉動地球儀”，包括基座、支撐管、發(fā)光體、軌道盤、 地球體、滑槽等部件(參見專利號“032357877)；又如“地球自轉與公轉模擬裝置”，包括電動機、減速器、、地球體、傘形罩、磁鐵固等部件(參見專利號20072011M91X)；再如“多功能三球儀”，包括底座、中軸、傳動機構、太陽、地球、月球等(參見專利號032780990)； 再如“地球自轉時差顯示儀”，包括支架、模擬時鐘、模擬地球儀盤面等(參見專利號 2007200111531)。以上裝置最大的缺點在于，結構復雜，所呈現的現象在地球表面界線模糊，要依靠學生的想象，空間思維能力較差的學生理解較困難；而且造價較高，攜帶不便。

發(fā)明內容
為了克服以上不足，本發(fā)明提供了一種多功能地球運動教學演示用具。由于該教學演示用具為平面結構，其載體可以為直尺、量角器、文具盒、三角板等各種平面文具或教具。做為教具時，將本發(fā)明等比例放大3 10倍即可。本發(fā)明以直尺為案例，具體闡釋了地球自轉運動和公轉運動現象在平面內呈現的技術方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是(1)該發(fā)明案例包括直尺、兩個轉動副板三個主要部件，以及全球時間分布刻度外環(huán)①、全球經線分布刻度內環(huán)②、國際M 時區(qū)輻湊線③、零點日期分界標記線④a及國際日期分界標記線④b、地球(亦即赤道座標系天球)經緯網側視圖⑤、日照示意圖⑥、地平座標系天球簡易圖⑦七個基本要素，分別構成地球自轉和地球公轉兩個方案；( 地球自轉方案所述全球時間分布刻度外環(huán)①位于直尺左側圓形凹槽的外緣且設有沿圓周均勻分布的M個單元共計360條時間刻度、沿 24時所在半徑設有零點日期分界線標記④a ；所述全球經線分布刻度內環(huán)②位于副板上且設有沿圓周均勻分布的360條經線刻度、沿180°經線所在半徑設有國際日期分界線標記 ④b;國際M時區(qū)輻湊線③位于副板全球經線分布刻度內環(huán)②的中部并且由從圓心發(fā)出的 48條均勻布局的放射線構成；連接上述表征地球本體平面上的諸要素②、③、④b與表征地球自轉平面上的諸要素①、④a在兩個平面內分別呈現，用鉚釘在圓心處連接，以圓心為旋轉中心且能夠全角度繞轉。( 地球公轉方案所述地球(亦即赤道座標系天球)經緯網側視圖⑤位于直尺的右側圓形凹槽內且為以赤道(亦即天赤道)為中心的側視圖；所述日照示意圖⑥、地平座標系天球簡易圖⑦位于另一個轉動副板；連接上述表征地球(亦即赤道座標系天球)本體平面上的要素⑤與表征地球公轉平面諸要素⑥、地平座標系天球要素⑦在兩個平面內分別呈現，用鉚釘在圓心處連接，以圓心為旋轉中心且能夠全角度繞轉。本發(fā)明的有益效果是地球自轉方案可以靜態(tài)和動態(tài)呈現關于地球自轉若干問題——地方時、區(qū)時、兩日圖等，地球公轉方案可以靜態(tài)和動態(tài)呈現關于地球公轉的若干問題——太陽直射點的回歸運動、正午太陽高度、晝夜長短、日照圖、日出日落方位、黃赤交角、四季更替、五帶的形成，還可表示各地天體周日視運動狀況、確定恒顯星、恒隱星、出沒星的緯度范圍，各地全年太陽周日視運動軌跡等。其優(yōu)點在于該發(fā)明能將中學地理中地球運動的多數知識點以形象、直觀方式呈現，所呈現的現象在地球表面界線清晰可見，學生通過親手操作，仔細觀察，即能全面理解相關知識，且以平面方式呈現，結構簡單、價格低廉、 操作簡單、攜帶方便。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明整體效果圖，圖2是本發(fā)明縮略圖(①全球時間分布刻度外環(huán)②全球經線分布刻度內環(huán)③國際 24時區(qū)輻湊線④a零點日期分界標記線④b國際日期分界標記線⑤地球(亦即赤道天球) 經緯網側視圖⑥日照示意圖⑦地平座標系天球簡易圖，以下各圖中①、②、③、④a、④b、 ⑤、⑥、⑦所代表內容與此相同)圖3是直尺左右兩個圓形凹槽效果圖；圖4是自轉方案直尺左側效果圖，圖5是自轉方案副板效果圖，圖6是自轉方案直尺左側與副板的連接方式圖，其中01為副板剖視圖，02為直尺左側剖視圖，05為鉚釘(上)，06為墊片，07鉚釘眼，08為鉚釘(下)；圖7是自轉方案局部放大圖；圖8是公轉方案直尺右側效果圖，圖9是公轉方案副板效果圖，圖10是公轉方案直尺右側與副板的連接方式圖，其中03為副板剖視圖，04為直尺右側剖視圖，05為鉚釘(上)，06為墊片，07鉚釘眼，08為鉚釘(下)；圖11為自轉方案實施例；圖12為公轉方案實施例；圖13為公轉方案另一個實施例。
具體實施例方式參見圖1 圖10。本發(fā)明包括直尺、兩個轉動副板三個主要部件。將直尺加寬(其寬度約5cm IOcm)，在直尺左右兩側分別制作大小相等、半徑約為1. 5cm km的兩個圓形凹槽(如圖3)，凹槽內各鑲嵌相應的轉動副板，將要表達的要素繪制在圓形凹槽內外及兩個副板上(如圖1、圖幻，通過轉動副板分別呈現地球自轉和公轉運動以及天體周日視運動或太陽周日視運動。具體方案如下一、自轉方案(左)(1)主板(如圖4)直尺左側圓形凹槽外緣Icm范圍內設有全球時間分布刻度外環(huán)①即沿圓周均勻分布的M個單元格共計360條時間刻度，每單位刻度表示4分鐘，每單元格代表1小時，把數字從1到M按逆時針方向依次標注在M個單元格內，表示從北極上空俯視全球各地時間遞變規(guī)律為逆時針方向遞增(即全球各地時間向
4東遞增)；沿M時所在半徑設有零點日期分界線鋸齒形箭頭標記④a，指向逆時針方向，表示該界線以東為新的一天，以西為舊的一天；圓形凹槽內18時至6時所在半圓設有夜半球涂層。(2)副板(如圖5)副板為與直尺圓形凹槽大小相等的圓盤，其上設有全球經線分布刻度內環(huán)②即沿圓周均勻分布的M個單元格共計360條經線刻度；經線分布刻度內環(huán) ②中間位置設有與經線分布刻度內環(huán)M個單元格對應的國際M時區(qū)輻湊線③，由從圓心發(fā)出的48條均勻布局的放射線構成(包括M條時區(qū)邊界線和M條中央經線)，在M個單元格內按逆時針方向依次標出經度值和時區(qū)序號——0°、東一、30°、東三、60°、東五、 90°、東七、120°、東九、150°、東i^一、180°、西i^一、150°、西九、120°、西七、90°、西五、60°、西三、30°、西一，表示從北極上空俯視各地經度數、時區(qū)數遞變順序；沿180°經線所在半徑設有國際日期分界線鋸齒形箭頭標記④b，指向順時針方向，表示該界線以西為新的一天，以東為舊的一天；120° E處標注顯著記號，表示北京時間所在地，方便學生快速確定自己所在位置。( 連接(如圖6、圖7)將該副板鑲嵌在直尺左側圓形凹槽，使全球時間分布刻度外環(huán)①刻度線與全球經線分布刻度內環(huán)②刻度線緊密相對(如圖7)，能夠體現出全球經線分布刻度內環(huán)②1個單位刻度對應全球時間分布刻度外環(huán)①1個單位，即經度相差1度對應時差為4分鐘。圓心處用鉚釘連接，以圓心為旋轉中心，可全角度旋轉。二、公轉方案(右)(1)主板(如圖8)直尺右側圓形凹槽內設有以赤道為中心的地球經緯網側視圖⑤，包括13條經線共12個間隔，包括11條緯線一赤道、南北回歸線、南北極圈、南北緯20度、40度、60度，包括1條地軸線，所做地球經緯網側視圖亦即赤道座標系天球經緯網圖。(2)副板(如圖9)副板半徑比直尺圓形凹槽半徑稍長(長出0. 5cm lcm)，形狀為半圓與矩形結合體；中部設有日照示意圖⑥，由表示地球且與地球經緯網側視圖⑤等大的圓圈、以及位于該圓圈外側表示太陽光線的平行線構成，在平行線與圓圈切線垂直的垂足點上標記直角符號表示太陽直射點，在與平行線相對的半圓內涂有表示夜半球涂層標記；日照示意圖⑥也可以表示地平座標系天球將晨昏線(即晝夜半球分界線)延長至副板邊緣做為地平座標系之地平圈，在其鉛錘線上下方天頂和天底位置標注顯著記號 “頂”和“底”；副板日照示意圖⑥與主板地球經緯網側視圖⑤組合表達地球日照狀況，主板地球經緯網側視圖⑤作為赤道座標系天球經緯網側視圖時，與副板地平座標系天球簡易圖 ⑦組合可表達各地天體周日視運動特別是各地太陽視運動狀況。( 連接(如圖10)副板背面為中部比邊緣略厚且恰好能鑲嵌在直尺圓形凹槽的圓形凸起，將此副板鑲嵌在主板直尺的右側圓形凹槽，圓心處用鉚釘連接，以圓心為旋轉中心，可全角度旋轉。所述表征地球本體平面上的諸要素②、③、④b與表征地球自轉平面上的①、④a 諸要素以及表征地球本體平面上的要素⑤與表征地球公轉平面上的⑥、表征地平天球⑦諸要素在不同平面內分別呈現，其載體可以為直尺、文具盒、量角器、三角板等各種平面文具或教具。所構成的自轉方案與公轉方案，為分體或一體結構。所述全球時間分布刻度外環(huán)①和全球經線分布刻度內環(huán)②的刻度線條數為M 360條之間 ’當為M條時，是本發(fā)明的簡化方案 ’當為360條時，能將各地經度差精確到1 度，時間差精確到4分鐘，其優(yōu)選方案為360條。全球經線分布刻度內環(huán)②之經度數值與國際M時區(qū)輻湊線③之時區(qū)序號相間分布，其順序為0°、東一、30°、東三、60°、東五、90°、東七、120°、東九、150°、東—^一、 180°、西i^一、150°、西九、120°、西七、90°、西五、60°、西三、30°、西一，或為零時區(qū)、15°、東二、45°、東四、75°、東六、105°、東八、1；35°、東十、165°、東西十二、165°、西十、135°、西八、105°、西六、75°、西四、45°、西二、15°，其中上述第一組數列為優(yōu)選方案。所述全球時間分布刻度外環(huán)①之時間序號1 M和全球經線分布刻度內環(huán)②之經度數值與時區(qū)序號是同為逆時針方向標注，表示從北極上空觀察到的地球上各要素遞變狀況；亦可同為順時針方向標注，表示從南極上空觀察到的地球上各要素遞變狀況；優(yōu)選方案是同為逆時針方向標注。所述零點日期分界標記線④a及國際日期變更標記線④b有方向指示性，可用鋸齒形、半圓形、箭頭形標記線等做標記，二條標記線朝向相反，表示箭頭相對的一側為同一天，箭尾相對的一側為另一天；優(yōu)選方案為鋸齒形。所述全球時間分布刻度外環(huán)②內部設有表示夜間的涂層標記、所述日照示意圖⑥ 內設有表示夜半球涂層標記，如半透明或不透明彩色涂層或是斜線陰影涂層等，優(yōu)選方案為半透明彩色陰影。所述地平座標系天球簡易圖⑦天頂和天底之位置做明顯標記，如“頂”和“底”或 “N”和“N, ”等，所述全球經線分布刻度內環(huán)②東經120°處設有明顯標記，如“京”、“中”、 “C”、“CN”等，優(yōu)選方案為“頂”、“底”、“京”等漢字標記。參見圖11 圖13，該發(fā)明使用方法的三個使用方法例子。(如圖11)左側地球自轉方案的使用確定某地時間，全球各地地方時、區(qū)時、新舊日期范圍全部確定；此圖表示北京時間6:00全球各地地方時、區(qū)時和新舊日期分布，此時倫敦時間22:00、115° E地方時5:40、從30° E向東到180°為新的一天，其它地區(qū)為舊的一天；逆時針轉動副板(模擬從北極上空觀察到的地球自轉狀況)，學生可以體會到上述各種現象的日變化。(如圖12)右側地球公轉方案的使用確定直射點在緯度位置，全球各地晝夜長短、正午太陽高度、日出日落方位等問題都可以顯示出來；此圖表示夏至日地球日照狀況， 此日，全球各地日出于東北方，北半球晝長夜短、北極圈內極晝、南半球晝短夜長、南極圈內極夜、赤道晝夜等長，正午太陽高度從北回歸線向南北兩側遞減；在南北回歸線之間上下移動直射點，可模擬上述自然現象的全年變化狀況，以及黃赤交角、四季更替、五帶形成等現象。(圖1 右側地球公轉方案亦可用于表達天體視運動特別是太陽視運動狀況由于地球自轉，造成天體或太陽在天球上的周日視運動，其視運動軌跡與天體或太陽所在赤緯線圈相同，副板作為天球時，中心點為觀察者所在地，地平圈以上的天體或太陽視運動軌跡可見；地平圈以下部分不可見。此圖為在北極點上看到的全年周日太陽視運動狀況(主要通過二分二至日四天來體現全年狀況)，圖中顯示在北極點上同一天內太陽高度不變， 夏半年太陽位于地平線以上為極晝，太陽高度為0 23. 5°，冬半年太陽位于地平線以下為極夜。此圖也可以看出北極點上北半天球上各天體始終位于地平圈以上，全天可見到各天體視運動，為恒顯星；南半天球上各天體始終位于地平圈以下，全天不可見，為恒隱星； 北極點上無出沒星。確定觀察者所在地的緯度，將副板地平座標系天球的天頂標志移致赤道座標系天球相應緯度位置，可直觀呈現出此地二分二至日以及全年的周日太陽視運動軌跡；亦可觀察到該地星空中天體周日視運動狀況，確定恒顯星、恒隱星、出沒星的緯度范圍。
權利要求
1.一種多用途直尺，其特征在于包括直尺、兩個轉動副板三個主要部件，以及全球時間分布刻度外環(huán)、全球經線分布刻度內環(huán)、國際M時區(qū)輻湊線、零點日期分界及國際日期分界標記線、地球(亦即赤道座標系天球)立體經緯網、日照示意圖、地平座標系天球簡易圖七個基本要素；所述全球時間分布刻度外環(huán)位于直尺左側圓形凹槽的外緣且設有沿圓周均勻分布的M小時共計M 360條時間刻度、沿M時所在半徑設有零點日期分界線標記，全球經線分布刻度內環(huán)位于副板上且設有沿圓周均勻分布的M 360條經線刻度、沿 180°經線所在半徑設有國際日期分界線標記，國際M時區(qū)輻湊線位于副板全球經線分布刻度內環(huán)的中部并且由從圓心發(fā)出的48條均勻布局的放射線構成；地球(亦即赤道座標系天球)立體經緯網位于直尺的右側圓形凹槽內且為以赤道(亦即天赤道)為中心的側視圖，日照示意圖、地平座標系天球簡易圖位于另一個轉動副板；將表征地球本體平面上諸要素與表征地球自轉平面上諸要素以及表征地球本體平面上要素與表征地球公轉平面上諸要素分別在兩個平面內呈現，以圓心連接點為旋轉中心且能夠全角度繞轉。
2.根據權利要求1所述的多用途直尺，其特征在于所述全球時間分布刻度外環(huán)內部設有表示夜間的涂層標記；所述日照示意圖(或地平座標系天球示意圖)內設有表示夜半球(或地平座標系天球之地平圈以下部分)涂層標記。
3.根據權利要求1所述的多用途直尺，其特征在于所述零點日期分界標記線及國際日期變更標記線有方向指示性。
4.根據權利要求1所述的多用途直尺，其特征在于所述全球經線分布刻度環(huán)之經度數值與國際24時區(qū)時區(qū)序號相間分布。
5.根據權利要求1所述的多用途直尺，其特征在于所述地平座標系天球簡易圖天頂和天底之位置設有明顯標記，全球經線分布刻度內環(huán)東經120°處設有明顯標記。
6.根據權利要求1所述的多用途直尺，其特征在于所述全球時間分布刻度外環(huán)和全球經線分布刻度內環(huán)的刻度線條數為M 360條之間。
7.根據權利要求1所述的多用途直尺，其特征在于表征地球本體、自轉現象、公轉現象諸要素的載體可以為直尺、文具盒、量角器、三角板等各種平面文具或教具。
8.根據權利要求1所述的多用途直尺，其特征在于所述自轉方案與公轉方案，為分體或一體結構。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種教學演示用具，尤其是能模擬地球運動的演示用具。包括直尺、兩個轉動副板三個主要部件，以及全球時間分布刻度外環(huán)、全球經線分布刻度內環(huán)、國際24時區(qū)輻湊線、零點日期分界標記線及國際日期分界標記線、地球(亦即赤道座標系天球)經緯網側視圖、日照示意圖、地平座標系天球簡易圖七個基本要素，分別構成地球自轉和地球公轉兩個方案。本發(fā)明的優(yōu)點在于能將中學地理中地球運動的多數知識點以形象、直觀方式呈現，所呈現的現象在地球表面界線清晰可見，學生通過親手操作，仔細觀察，即能全面理解相關知識，且以平面方式呈現，結構簡單、價格低廉、操作簡單、攜帶方便。
文檔編號B43L7/00GK102275427SQ20111014231
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者阮凌云 申請人:阮凌云