一种模拟演示四季变换的操作仪的制作方法

本实用新型涉及教学设备领域，具体涉及一种模拟演示四季变换的操作仪。

背景技术：

在中学教学或科普宣传的过程中，有关于天文地理中的地球自转、地球绕太阳公转导致的地理现象的解释过于抽象，例如包含晨昏线、南北回归线、南北极圈、极昼极夜现象、太阳直射点等，因此需要一种演示操作仪用来供讲解学习或宣传用。

技术实现要素：

根据背景技术提出的问题，本实用新型提供一种模拟演示四季变换的操作仪来解决，接下来对本实用新型做进一步地阐述。

一种模拟演示四季变换的操作仪，其特征在于：包括电源、遮光罩、激光笔、菲涅尔透镜和地球仪，遮光罩右侧设有开口，电源设置在遮光罩内部中心，电源产生的光束将从开口射向菲涅尔透镜，电源设置在菲涅尔透镜的焦点上；遮光罩内侧刷有黑漆，菲涅尔透镜产生的平行光射向地球仪；

所述地球仪包括球体、框架、底座和墨笔，所述球体与框架连接，球体的转轴贯穿球体的中心；框架设置在底座上，框架上设有墨笔，框架下部设有滑槽，底座的顶端可在滑槽内滑动，滑槽内设有三个固定位，最左侧为夏至位，中间为春秋分位，最右侧为冬至位。

当底座位于夏至位时，此时转轴与竖直方向的夹角为23.26°，模拟黄赤交角，此时地球仪模拟的地球的夏至时节；当底座位于春秋分位时，此时转轴竖直，此时地球仪模拟的时地球的春分以及秋分时节；当底座位于冬至位时，此时转轴与竖直方向的夹角也设置为23.26°，模拟黄赤交角，此时地球仪模拟的地球的冬至时节。

遮光罩开口的相对一侧设有激光笔，将激光笔射向菲涅尔透镜，调节菲涅尔透镜，使得菲涅尔透镜的中心对准激光点，此时激光束依旧经过菲涅尔透镜的中心射出，并照射在地球仪上。

对于位置的校准，将地球仪的框架移动到春秋分位，此时激光束折射在球体上的位置即模拟的太阳折射点，调节地球仪的位置，使得激光束投射在球体的最大径上，完成安装位置的校验。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型整体装置简单，却能直观地显示地球自转公转导致的昼夜交替、四季变换下的南北回归线内太阳直射点的轨迹变换、南北极圈内的极昼极夜现象、昼夜晨昏线的显示以及与南北极圈的位置关系等地理现象，能使得学生自己动手操作，加深对此抽象知识的理解。

附图说明

图1：本实用新型的结构示意图；

图2：本实用新型的地球仪的结构示意图；

图3：本实用新型校准示意图；

图4：本实用新型模拟冬至时节的模拟示意图；

图5：本实用新型模拟春分以及秋分时节的模拟示意图；

图6：本实用新型模拟夏至时节的模拟示意图；

图7：本实用新型模拟一年之中太阳直射点位置移动的模拟示意图；

图8：本实用新型模拟冬至日地球晨昏线位置情况的模拟示意图；

图中：电源1、激光笔2、遮光罩3、菲涅尔透镜4、地球仪5、球体51、框架52、转轴53、底座54、墨笔55、滑槽56、夏至位57、春秋分位58、冬至位59、南回归线510、南极圈511、赤道513、北极圈512、北回归线514、轨迹线515、晨昏线516、电机6。

具体实施方式

下面结合附图1-8对本实用新型的实施例做具体阐述。

值得说明的是，说明书附图中的阴影部分为始终不发光的部位，也即始终不被光线照射的部位。

如附图1所示，一种模拟演示四季变换的操作仪，包括：电源1、遮光罩3、激光笔2、菲涅尔透镜4和地球仪5，遮光罩3右侧设有开口，电源1设置在遮光罩3内部中心，电源1产生的光束将从开口射向菲涅尔透镜4，电源1设置在菲涅尔透镜4的焦点上，电源1产生的光束透过菲涅尔透镜4形成平行光束，模拟平行的太阳光；遮光罩3内侧刷有黑漆，吸收电源1发射的光，不产生反射光束，避免发出不经过菲涅尔透镜4的焦点的光束射向菲涅尔透镜4，进而产生非平行光束；菲涅尔透镜4产生的平行光射向地球仪5，模拟平行的太阳光直射在地球表面。

如图2所示，地球仪5包括球体51、框架52、底座54和墨笔55；所述球体51与框架52连接，球体51的转轴53贯穿球体51的中心，球体51可绕着转轴53旋转，转轴53相当于地球自转的转轴，模拟地球的自转。

框架52设置在底座54上，框架52上设有墨笔55，框架52下部设有滑槽56，底座54的顶端可在滑槽56内滑动，使用时底座54位置不动，框架52移动，从而使得转轴53与平行光的夹角变化，模拟一年四季地球绕太阳公转时地球自转轴的变化；滑槽56内设有三个固定位，最左侧为夏至位57，中间为春秋分位58，最右侧为冬至位59。

当底座54位于夏至位57时，此时转轴53与竖直方向的夹角为23.26°，模拟黄赤交角，此时地球仪5模拟的地球的夏至时节；当底座54位于春秋分位58时，此时转轴53竖直，此时地球仪5模拟的时地球的春分以及秋分时节；当底座54位于冬至位59时，此时转轴53与竖直方向的夹角也设置为23.26°，模拟黄赤交角，此时地球仪5模拟的地球的冬至时节。

为提高模拟装置的精确性，需对菲涅尔透镜4、玻璃罩5和地球仪5的位置进行精确的调节设置。

如图3所示，在遮光罩3开口的相对一侧设有激光笔2，将激光笔2射向菲涅尔透镜4，调节菲涅尔透镜4，使得菲涅尔透镜4的中心对准激光点，此时激光束依旧经过菲涅尔透镜4的中心射出。

将地球仪5的框架52移动到春秋分位58，此时激光束折射在球体51上的位置即模拟的太阳折射点，根据地理常识可知，春秋分位时，太阳直射点位于赤道上，即球体51的最大径上，调节地球仪5的位置，使得激光束投射在球体51的最大径上，完成安装位置的校验。

如附图4所示，模拟地球的冬至时节，此时太阳直射地球的南回归线，北半球昼短夜长，北极圈内出现极夜现象，北半球处于冬季；南半球昼长夜短，南极圈511出现极昼现象，南半球处于夏季。

此时，可将框架52位于冬至位59，转轴53与竖向所夹得角为23.26°(即黄赤交角)，在开启电源1后，平行光直射在地球仪5上，可以看出，球体51顶部有一块不被照亮区域，即接收不到光束的区域，并且旋转球体，这块区域始终接收不到光束。

在球体51上部正对面向光束的一侧，有一个发光区域的最高点，用墨笔55的笔头点住此点，旋转球体51，逐步可得一条位于球体51上部的圆，即模拟地球的北极圈512。北极圈512内，随着球体51的自转，始终接收不到光束，即模拟地球在冬至时节北极圈内的极夜现象。

同时，在球体51的另一端，可以发现，有一块区域始终处于光束的照射下，不论球体51是否旋转，在球体51下半部背对光束的一侧，有一个不被照亮区域的最低点，用墨笔55的笔头点住此点，旋转球体51，逐步可得一条位于球体51上部的圆，即模拟地球的南极圈511。北极圈511内，始终处于光束照射下，即模拟地球在冬至时节南极圈内的极昼现象。

关闭电源1，将电源1旋转180°，打开激光笔2，此时可以在球体51上发现激光点，用墨笔55的笔头点在激光点位置，旋转球体51，墨笔55逐步描绘出激光点的移动位置，最终得到一个圆。激光点模拟的是太阳直射点的位置变化，可以发现，当框架52处于冬至位59时，激光点照射在地球仪51的最靠下处，模拟得到地球的南回归线510。

太阳直射点的位置是表示太阳光到地球的垂直距离，也即最短距离。太阳直射的距离越短，太阳光与大气的作用越少，太阳光穿越大气层损耗的能量越少，地球表面接收地热量也就越多。在太阳直射点的位置，太阳光被大气散射吸收的最少，照射地表最多。故在冬至时，北半球上越往北太阳直射角越小，接收的热能越少。所以，南半球的气温一年最高，北半球一年最低。

如附图5所示，模拟的是地球的春分以及秋分时节，此时太阳直射地球的赤道，全球昼夜平分；此时北半球处于春季，南半球处于秋季或北半球处于秋季，南半球处于春季。

将框架52移动至春秋分位58，此时转轴53竖直，垂直于平行光，平行光投射在球体51上，上下两部分被照亮的程度相同，模拟是地球春分以及秋分时节，南北半球接收地太阳光照是一致的。并且，可以看出，球体51面向平行光的左半部分全部处于光照下，背向平行光的右半部分全部不处于光照下，即模拟地球在春分以及秋分时节全球昼夜平分，不存在极昼极夜现象。

再关闭电源1，将电源1旋转180°，打卡激光笔2。地球仪5上出现激光点的位置，用墨笔55的笔头点住激光点，旋转球体51，逐步的可在球体51上得到一个圆，并且圆是球体51的最大截面的圆，此圆即赤道513，也即，模拟的春分以及秋分时节，太阳直射点位于赤道上，所以全球南北半球在接收太阳的热量是一致的。

如附图6所示，模拟的是地球的夏至时节，此时太阳直射地球的北回归线，北半球昼长夜短，北极圈内出现极昼现象，北半球处于夏季；南半球昼短夜长，南极圈出现极夜现象，南半球处于冬季。

将框架52移动至夏至位57，此时转轴53与竖直方向呈现锐角夹角，平行光投射在球体51上，可以看出，球体51的北极圈512内的区域内，荧光粉始终处于发光状态，即全部处于光照下，不论是否旋转球体51。即此时模拟的是地球冬至时节北半球北极圈内出现的极昼现象。

同时，在下半部分，南极圈511内的区域内，荧光粉始终处于不被照亮状态，即全部不处于光照下，不论是否旋转球体51。即此时模拟的是地球冬至时节南半球南极圈内出现的极液现象。并且，可以明显看出，球体51上半部分的发光面积明显大于下半部分，模拟在冬至时节，地球北半球昼长夜短，南半球昼短夜长的现象。

再关闭电源1，将电源1旋转180°，打卡激光笔2。地球仪5上出现激光点的位置，用墨笔55的笔头点住激光点，旋转球体51，逐步的可在球体51上得到一个圆，并且此圆位于球体51的上半部分。此圆即北回归线514，也即，模拟的夏至时节，太阳直射点位于北回归线上，所以地球北半球在接收太阳的热量是高于南半球的。表明地球北半球处于夏季，南半球处于冬季。

如附图7所示，模拟的是一年之中太阳直射点的位置移动情况。所述的框架52上设置有小型电机7，球体51连接在电机7的输出轴上，且球体51的转轴53与电机7的输出轴同轴；将激光笔2打开，将框架52移动至冬至位59，此时，激光点的投射位置处于南回归线510上，将墨笔55的笔头点在激光点上，缓慢匀速移动框架52，使之向春秋分位58慢慢移动，同时，缓慢匀速转动球体51，此时将在球体51上产生轨迹线。如此，缓慢均速的移动框架52，使之依次经过春秋分位58、夏至位57后反向在经过春秋分位58最后回到冬至位59，模拟一年之间四季的交替，在经过冬至位59、春秋分位58以及夏至位57时加重绘图力度，产生一个清晰的点。可在球体51上得到一条轨迹线515，此轨迹线即模拟一年四季交替变化时太阳直射点的位置移动情况，可以看出：冬至时，太阳直射点处于南回归线上；冬至之后逐步向北移动，在春分时节，太阳直射点位于赤道上；春分之后继续往北移动，在夏至时节，太阳直射点位于北回归线上；夏至之后，太阳直射点将向南移动，在秋分时节处于赤道上；之后继续向南移动，在冬至时节，又回到南回归线上，之后进入下一年的轮回。

如附图8所示，模拟的是冬至日地球晨昏线的位置情况。将框架52移动至冬至位59，将平行光照射到地球仪5上，由之前可知北极圈512内始终不存在光线照射而南极圈511内始终处于光照之下。由于光的照射，球体51的左侧面向平行光的一侧被照射，背对平行光的一侧不被照射，用墨笔55沿着亮与不亮的边缘划线，可得到一个圆，这个圆即晨昏线516，模拟地球晨昏线。可以发现，晨昏线516刚好与北极圈512、南极圈511相切，即证明在冬至日时，地球北极圈内出现极夜现象，南极圈内出现极昼现象。同理，在移动框架52至夏至位57时，依旧可以得到晨昏线516刚好与北极圈512、南极圈511相切，即证明在夏至日时，地球北极圈内出现极昼现象，南极圈内出现极夜现象。

本实用新型整体装置简单，却能直观地显示地球自转公转导致的昼夜交替、四季变换下的南北回归线内太阳直射点的轨迹变换、南北极圈内的极昼极夜现象、昼夜晨昏线的显示以及与南北极圈的位置关系等地理现象，能使得学生自己动手操作，加深对此抽象知识的理解。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。

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