地球概论实验授课教案.docx
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地球概论实验授课教案
《地球概论》
实
验
授
课
教
案
实验一太阳黑子观测
【实验项目编号】4124202823001
【实验项目名称】太阳黑子观测
【实验目的】1．学会太阳黑子的投影观测方法；2．运用太阳球面坐标，黑子分型的相关知识，学会太阳黑子相应观测资料的处理方法。
【实验设备】天文望远镜、太阳投影屏、黑子观测记录纸
【实验步骤及内容】
太阳黑子的投影观测
1.调节望远镜，使日面像进入视场，并按要求把记录纸固定在投影屏上，启动转仪钟。
2.调节望远镜的焦距，使日像最清楚。
3.调整投影屏的前后位置，使日像大小与观测纪录纸上的圆重合。
4.确定投影屏上图纸的东西方向：
调节望远镜，使其沿着赤经方向来回微动（利用电钮控制或手动操作杆来实现），移动图纸，使黑子移动方向严格地沿图纸上的东西方向运动（即图纸上的东西线与黑子移动方向一致）。
5.描绘黑子时要求大小、形状尽可能一致，位置要准确。
下笔时先轻描，当位置准确后再重描。
先描本影，后描半影，全部描完后，再检查一遍，看是否有遗漏的小黑子
6.最后记录观测完毕的时刻及观测当日世界时为0h的P（日轴方位角）、B0（日面中心纬度）、L0（日面中心经度）和天气状况等。
观测资料的分析处理
太阳黑子投影观测每日数据处理包括:
1.黑子的分群、编号、分型
一般相距极近的几个黑子常属于同一群，但也有仅一个单独黑子而相当于一群的。
分群后，按黑子出现的先后，自西向东给黑子群一个顺序编号（见图sh8.2）。
依据黑子的分型标准，给各群黑子标出所属类型。
太阳黑子图
黑子群有好几种分类方法，在此我们只介绍苏黎世天文台的分类法：
按照黑子群演变的发展阶段分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共9种类型。
演变到最强是E型和F型，演变到最末是J型。
A类：
没有半影的黑子或者单极小黑子群。
B类：
没有半影的双极黑子群。
C类：
同B类相似，但其中一个主要黑子有半影。
D类：
双极群，两个主要黑子都有半影，其中一个黑子是简单结构；东西方向延伸不小于10°。
E类：
大的双极群，结构复杂，两个主要黑子都有半影，在两个主要黑子之间有些小黑子；东西方向延伸不小于10°。
F类：
很大的双极群或者很复杂的黑子群；东西方向延伸不小于15°。
G类：
大的双极群，只有几个较大的黑子；东西延伸不小于10°。
H类：
有半影的单极黑子或者黑子群，有时也具有复杂的结构；直径大于2.5°。
J类：
有半影的单极黑子或者黑子群；直径小于2.5°（见图sh8.3）。
太阳黑子分型图
由于太阳是个球体，黑子群在日面边缘时形状会发生很大的变化，东西长度会大大缩短。
因此对于刚从东面转出来的黑子群，等过两三天看到全貌后再确定类型比较妥当。
确定类型还要注意连续性，如果前后好几天都是E类，另有中间一天是C类，那么这一天也应记E类。
当然，黑子群的类型有小的反复也是可能的，如从C类变到D类再回到C类等。
2．黑子和黑子群日面位置的测定
⑴日面坐标
日面经度L：
从本初子午圈向西计量（0°–360°）。
日面纬度B：
从太阳赤道分别向南北两极量度±90°。
日轴方位角P：
太阳自转轴与地球自转轴夹角的投影，由P值可确定日面坐标的北点。
范围：
±26.30。
⑵日面位置的测定
查天文年历中的太阳表，记录下观测日世界时为0h的B0（日面中心纬度），L0（日面中心经度），P（日轴方位角）。
因B0、P值一天内变化不大，不必做改正，而L0在一天内变化较大，要用线性内插法进行改正，求出观测时刻的日面中心经度L值。
⑶根据P值，在黑子投影图上画出日期日轴，P＞0时，日轴偏于北点之东。
⑷根据B0值选出合适的日面经纬网格图（见图sh8.4，日面经纬网格图从0°-±7°，每隔±0.5°一张，共15张，光盘中只给出日面中心纬度B0=±1.5°,±5°,±7°的日面经纬网格图，其他纬度的日面经纬网格图请自查相关资料），将其按日面坐标套在描迹的黑子观测记录纸上。
在黑子网格图上，读出黑子和黑子群的日面纬度、日面经度（先读出中经距，再加上日心经圈的经度）。
测量日面经纬度时，对黑子群应选取其面积重心度量。
日面经纬网格图（B。
=±5º.0）
3．黑子面积的测定
（1）用毫米直尺量出黑子或黑子群至日面中心的距离r（mm）。
（2）用特制的毫米方格纸，数出黑子和黑子群的毫米方格数A（mm2），计算出日面上的黑子面积Sd=A×106/（πR2）
R：
为日面半径（mm），Sd以太阳半球面积的百万分之一为单位。
（3）考虑日面的投影效应，应对Sd进行改正，
使其归化到球面面积SP=Sdsec[arcsin（r/R）]（太阳半球面的百万分之一）。
（4）对各黑子、黑子群分别归算，最后进行累计。
图sh8.5毫米方格示意图
4．求太阳黑子相对数R
可按公式R=K（10g+f）计算太阳黑子相对数。
式中，g为观测到的黑子总群数，f为黑子的总个数，K为台站转换系数，一般可取K=1。
注意:
一个半影中有5个本影黑点，黑子个数应为5。
只有一个本影点算一个黑子。
5.将计算结果填入表格
200年月日世界时：
P：
B。
：
L：
编
号
坐标
r/R
方格数
Sd
Sp
r
分型
纬度
经度
中经距
全群
最大
黑子
全群
最大
黑子
全群
最大
黑子
相对数：
S：
——总：
——面积S：
——总：
——
N：
——N：
——
实验二模拟星空实验
【实验项目编号】4124202823004
【实验项目名称】模拟星空实验
【实验目的】
1.掌握遥感影像的特点；
2.掌握遥感影像的解译标志特点；
【实验设备】微型计算机；WindowsXP操作系统；ERDAS软件。
【实验步骤及内容】
Stellarium是一个免费开源的桌面虚拟天文馆软件，可在Linux/Unix,WindowsandMacOSX平台上运行。
在你的电脑桌面上生成一片虚拟3D天空，因此星空效果和你用肉眼，望远镜或者天文望远镜观察到的星空别无二致。
Stellarium也有白天和黑夜变化，你可以通过调整日期或时间，来看到不同季节的天空。
通过调整时间，甚至还可以观察到太阳系的运动，星座运动，月相变化，日食过程等等。
适合小学科学宇宙单元的学习。
一、安装
下载本软件，点击本地址下载：
安装开始：
1、双击压缩包中的“安装.exe”安装本软件，一路“下一步”就行了。
默认安装目录：
C:
\ProgramFiles\Stellarium0.9.0宁波地区专用中文版\
2、把图中所示四个文件夹释放到安装目录，覆盖原来的文件。
3、在C:
\DocumentsandSettings\Administrator目录下新建Stellarium目录，并将压缩包中的config.ini文件复制到Stellarium目录下。
安装完成。
二、设置
1、通过C:
\DocumentsandSettings\Administrator\Stellarium打开config.ini文件，对config.ini进行修改，具体参数如下（在文件最下面）：
[init_location]
name =Ningbo 修改地名
latitude =+29d52'29.00" 修改纬度
longitude =+121d31'32.50"修改经度
altitude =10 修改观察高度
landscape_name =guereins 修改观测方式默认不修改
time_zone =system_default 修改时区 默认不修改
time_display_format =system_default 修改时间默认不修改
date_display_format =system_default 修改日期默认不修改
home_planet =Earth 修改观测点，你可以输入任何天体然后站在上面看星空，比较适合科六关于“建一个星座模型”的教学（汉化后支持不是很好）默认不修改
2、打开模拟星空，开始菜单——程序——Stellarium0.9.0宁波地区专用中文版——stellarium.exe
单击下方功能按钮“设置窗口”进行设置（下图中红框所示）
3、在“语言”选项，界面语言选择“zh_CN”,星空语言选择“zh_CN”，星空文化选择“西方”。
（注意：
如果在此项中选择“中国”，将在界面中无法显示星座图像）
三、使用
打开后，软件界面上方是一些信息，左边显示的是时间和所选定的天体的信息。
中间显示观察者所在地区及高度。
初次使用时请检查一下这些信息是否正确。
左下方有各种选项按钮。
从左到右分别是：
星座连线、星座名称、星座图像、地平坐标网格、赤道坐标网格、地面、方位基点、大气、星云、赤道仪/经纬仪、转到所选星体、搜索工具、设置窗口、夜视（红外）模式、帮助、退出。
例如显示星座名称、连线、坐标系、是否显示大气效应、是否显示地平线等（如果您在设置窗口中将星空文化设置为了“中国”，那么“星座图像”将失效）。
大部分操作可以用鼠标完成，通过鼠标上、下、左、右的拖动可以改变观察的角度，鼠标滚轮可以放大，缩小星空的观察范围。
如果用鼠标选中了一个天体，按空格，该天体就被锁定在屏幕中心不动，如果在滚动滚轮的过程中找不到所选天体了，也可以按一下空格键，该天体就会出现在屏幕中心。
如果是大行星等有清晰照片的天体，滚动鼠标滑轮，还可以看到该天体的大图像。
右下角是控制时间的选项，分别是：
减慢时间速度（快捷键“J”），正常时间速度（快捷键“K”），加快时间速度（快捷键“L”）和回到回到当前时间。
通过这四个按钮，可以设置为任意时间进行观察。
如果连续按动按钮，则时间的变化会越来越快。
例1：
观察月相的变化
打开软件，找到月球，单击选中，按“空格键”定位到屏幕中间，用鼠标滚轮将月球放大到合适的大小，按快捷键“J”、“K”、“L”即可观察到月相的变化。
例2：
观察星座和太阳，月球的运动
打开软件，滚动鼠标滚轮调整观察范围的大小，按快捷键“J”、“K”、“L”即可观察到运动变化的过程。
实验三月面观测与月相变化规律性分析
【实验项目编号】4124202823003
【实验项目名称】月面观测与月相变化规律性分析
【实验目的】了解月球正面结构概况，印证有关月球表面结构特征的知识。
通过月相观测，熟悉月相变化过程，加深对月相变化原理的认识。
【实验设备】简易天文望远镜、两张月相观测纸、绘图纸、铅笔等
【实验步骤及内容】
月面结构的观测
开始观测前，先在绘图纸上画一个圆圈表示月面轮廓。
在圆圈外面标出东、西、南、北四个方位，并连接南北、东西二线段相交于圆心，将圆面划分为四等份，分别以A、B、C、D代号命名。
同时，用遮光红布包住电筒前端（目的是使灯光不致太亮，以免影响观测效果），以备室外观测画图时使用。
观测月面结构概况的时间，要选择在满月前后的晴朗夜晚。
通过望远镜（或用肉眼）仔细观察月球正面亮区和暗区的分布情况，对照轮廓图的四个区，将所看到的月海、环形山、辐射条纹等，逐区草绘到月面轮廓图中。
当月面某一部分出现在月球明暗交界附近时，太阳光斜射观测目标，使月面的凸起部分出现特别黑暗的影子，使环形山和山脉的形态显得非常清晰。
所以，对月球正面的观测，除在满月前后集中草绘其明暗区分布之外，还可选择一些著名的环形山和山脉作为重点观察目标，当这些目标出现在月球明暗界线附近时，观察它们的形态特征。
对照正规的月球正面图，校正观测中草绘的月面结构概况图，并在校正后的月球正面结构概况图中，标注出主要“海洋”、山脉和环形山名称。
观测月相变化
以一个农历月为一个观测过程，每逢双日进行观测和记录。
为便于观测，将一个月相变化观测过程分为两个阶段：
第一阶段从月初到月中（即满月以前的半个月），该阶段每次观测时间统一定在日落后不久某时刻；第二阶段从月中到月末（即满月以后的半个月），每次观测时间统一定在日出前不久某时刻。
每次观测都要严格按规定时间进行。
观测时，通过目测尽可能准确地判断出当时月球在天空中的方位和高度，并仔细观察当时的月相特征。
然后根据观测判断情况，在月相观测纸上找出位置与之相应的圆圈，并利用该圆圈把当时所看到的月相特征草绘在观测纸上，同时在其下面标注出该次观测的日期。
每个观测阶段只能用同一张月相观测纸进行记录和草绘。
每个观测阶段的观测时间，要事先确定好，并填写到该阶段所要用的月相观测纸上，每次观测即按此已定时间进行。
1.根据观测记录和草绘的月相图，整理清绘出一个农历月内的月相变化图（在校正后的月相草图上，用深色线条描绘出月相轮廓，并把看不到的月球正面黑暗部分涂以暗色）。
2.比较前半个月和后半个月的月相图，说明它们的月相变化过程有何不同特点。
并在这两张图中找出上弦月和下弦月，比较二者有何异同，说明其原因。
3.概括阐述月相周期性变化的原理。
实验四经纬度测量
【实验项目编号】4124202823006
【实验项目名称】经纬度测量
【实验目的】1、掌握太阳高度日变化规律，培养地理观测能力和实践能力。
2、掌握正午太阳高度、北京时间、地方时差的含义及相关计算方法，培养地理思维能力和地理计算能力。
3、激发学生学习兴趣，培养创新意识和合作意识。
【实验设备】长度为1至2米的直杆一根，卷尺一把，石英表或电子表一块，计算器一个，白纸和粉笔若干。
【实验步骤及内容】
1、充分利用现有条件，在篮球场选取竖直（用铅锤线来确定）的一根铁杆。
2、量取杆长为159.5mm。
3、以杆为圆心，在地面上以略短于影长的半径画圆弧，然后，再以短于此半径的长度为半径依次画圆弧（一般以3个圆弧为准，越多越精确。
）。
见下图：
图1、手绘测量图
4、依次记录杆影顶点落到每条弧线上的时间并做好标记，然后量取其影长。
测量数据见表1和图2
表1:
北京时间和直杆影子长度记录表
序号
北京时间
影子长度（米）
序号
北京时间
影子长度（米）
1
10：
25：
00
3.200
7
12：
00：
00
2.515
2
10：
34：
25
3.065
8
12：
16：
21
2.40
3
10：
49：
22
2.890
9
12：
22：
33
2.460
4
10：
58：
05
2.825
10
12：
25：
33
2.465
5
11：
12：
45
2.720
11
13：
41：
57
2.840
6
11：
37：
31
2.595
图2、实际测量图和数据
5、分析和计算地理纬度
（1）从表中找出直杆影子最短时的影子长度L=2.460m
（2）计算正午太阳高度（H）：
tanH=b/a，得出H的值约为33°。
（3）利用正午太阳高度的计算公式（H=90°-|φ+δ|）计算地理纬度：
φ＝δ+（90°-H）=33.5°N
4.分析和计算地理经度
（1）从表中找出直杆影子最短时的北京时间T=12:
22:
33，此时当地地方时为12:
00:
00。
（2）求出当地地方时与北京时间T的差值t=22分33秒。
（3）经度差= =5°37′30″
（4）当地经度=120°E-5°37′30″=114°22′30″E
六、误差分析及改进措施（114°51′E，33°43′N）
1、误差产生原因分析
（1）学生使用的时间和真正的北京时间不太一致，因为时间每相差一分钟，地理经度会相差15′；
（2）选取杆影最短为2.460m，并不一定是今天的最短日影；
（3）测量时工具简单，比如用卷尺量取杆长和不同时刻影长值时，只能尽量减少误差，而无法避免；
（4）人为性的导致误差，在做该活动前，学生还没有真正动手做过类似的实验，他们心中的数据概念较模糊，难免会有一种“大致可以就行”的认识，所以也会人为的产生误差。
2、改进措施
（1）测量方法改进，提前一天做测量子午线的活动，可以为纪录最短杆影提供参考，使测量最短杆影有针对性，同时也可以记录北京时间算一下经度。
（2）计算方法改进，重点记录杆影落到弧线时的北京时间，多画几条，求平均值。
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