教学与科普天球仪的制作方法
【专利摘要】本发明的一种教学与科普天球仪，涉及教育技术、天文科学、地球与空间科学的学校教育教学、城乡科学普及与天体空间研究领域，旨在解决大学、中学、小学教学天文与地理缺乏星球空间教学仪器及制作使用天球仪的设计方案和技术等问题。本发明由四色地图地球仪(1)、透明天球仪(2)、赤道经度大圆盘(3)、双耳弓形纬度半圆盘(4)、天球轴(5)、金属圆孔平垫(6)两个、橡胶套管(7)两个和基座(8)构成，用来演示天文和地球与空间科学中地球仪的北回归线、南回归线，天球仪上的天赤道、黄道、白道、天赤道分度线、经纬度空间模型，地理24节气、星空中88个星座、中国星官28个星宿等恒星与行星的大致位置及其教学与科普88个星座知识中的自然现象。
【专利说明】教学与科普天球仪
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及大学、中学、小学的天文知识教学领域和在城市、农村对广大人民群众进行科学知识普及，特别涉及引导我国13亿人民认识古希腊天文学家发现天空中88个星座和中国古代天文学家发现天穹中28个星宿大致位置的天文科学现象、自然科学天体运动规律和天文、地球、星空教学与研究领域的一种教学与科普天球仪。
【背景技术】
[0002]改革开放35年来，因为西方文化渗透和引进，在我国东南西北城市农村广大学生中，无不以古希腊天文学家发现天空中88个星座来认识人的吉凶祸福与荣辱升迁，甚至择业与用人，封建迷信活动还用中国古代天文学家发现天穹中的28个星宿来左右人们家庭生产与生活，学校教学中缺乏天球仪教具，教学与天体星空世界有关的知识缺乏实物模型，与星空世界有关的许多启蒙知识，靠教师及家长的无知和天球仪器的缺乏去教学，使得13亿人民真正了解星空世界基本科学知识的人不多，甚至连高校天文或地理专业的学生对天球仪的知识和认识知之甚少。
[0003]某些学校实验室配有不透明的天球仪，由于众多星座标注不清晰的原因，使得师生在实验室以墙壁为参照物来认识天球，很难建立读者站在地球上体验星空世界和站在天球外感觉宇宙空间形象来建立星际世界无限的空间观念。
[0004]由浙江省宁波市嘉禾教学仪器有限公司生产制作的《透明天球仪》，存在不少缺陷，主要是其结构中的天球轴为一根直径为4mm的铁丝穿过一个直径为60mm的地球仪，并且用石腊固定小地球仪的南北两极，读者在使用过程中转动天球轴，地球仪容易松动滑落，产生不良的演示效果，地球仪球面上各个国家的颜色超过了 5种，颜色过多且文字太小，影响读者通过天球观察地球，了解天文和地理相关信息，其说明书太简，使用这种天球仪，大多数教师认为与当代中小学教学无关，中学生和大学生不知道地球仪上的经纬度与天球仪球面上360°分度线之间关系，对于地球仪经纬度与天球仪经纬度的区别与联系更为湖涂。
[0005]发明人指导学生创新发明，2013年取得的实用新型专利《透明四色经纬度天球仪》(专利号:201320212205.7)，是在前述两种天球仪的基础上改进而成，由于工作学习太忙以及参加第28届县、市、省、全国青少年科技创新大赛，急于参赛和申报专利等各方面的原因，在设计和试验过程中尊重学生的意愿，有几个方面考虑不周，设计欠妥。制作、试验和使用《透明四色经纬度天球仪》，发现在地球仪南半球的球壳上和赤道经度大圆盘上各钻3至4个小孔，工序太麻烦，由于地球仪球壳厚度有限，钻孔过程中容易穿破球壳，损坏南半球，而且用小螺丝钉把赤道经度大圆盘固定在南半球上以后，受天气炎热和气候寒冷的骤冷骤热变化，使得螺丝松动，影响演示的效果。在旋转天球轴时，纬度半圆盘容易从天球轴脱离，卡在天球壳内，影响天球轴带动地球仪和赤道经度大圆盘转动，特别是，应用不锈钢圆柱体制作天球轴，钻孔极难，无论是在天球轴上用焊接金属柱的技术来固定纬度半圆盘，以及在纬度半圆盘上和天球轴上分别钻孔，用螺丝把纬度半圆盘固定在天球轴上，都容易使纬度半圆盘从固定在天球轴上的位置因螺丝逐渐松动后脱落，影响了透明四色经纬度天球仪的使用寿命、产品质量和演示效果。本发明是透明四色经纬度天球仪的赤道经度大圆盘上印刷的半径线和纬度半圆盘上印刷的“半径线都是黑色的，通过透明有机玻璃的反射作用，使用时观察效果不太清楚，众多用户建议改正，本发明分别使用红色和紫色来克服这一弱点，取得良好的发明效果，使得本发明经过近两年的改进与试验，在克服上述众多缺陷的基础上产生了在该领域内的关键技术形成的发明。
[0006]在我国广大城市和农村，上至院士，下至农民中的文盲，没有多少人见过《透明四色经纬度天球仪》和其它天球仪，对天球上88个星座也知之甚少，近10多年来，有众多的封建迷信传播的信徒和邪教信徒利用部分星空世界的星座和中国星空28个星宿迷信工人、农民和少数干部，这些受到影响的工人、农民和干部皆因对星空世界天文科学知识知之甚少而上当受骗，有的不能自拔。因此，在天文科学普及的理论上和地球与空间科学文化的过程中有必要在制作和使用天球仪的技术与方法等几个方面进行创新、创造与发明，对现有天球仪进行必要的技术改进和应用方法创新，发明制作本发明的教学与科普天球仪。
【发明内容】
[0007]本发明专利旨在解决大学、中学、小学教学天文科学知识与在城市、农村对广大人民群众进行天文科学知识普及缺乏基本的教学仪器，通过说明书介绍88个星座，通过说明书介绍88个星座，以提供一种便于制作，演示效果直观、准确、应用范围较大，科学原理和科学知识确切、制作方法和技术可靠，便于师生和读者认识星空，理解天文科学和应用空间科学的一种教学与科普天球仪。
[0008]本发明专利的目的是通过以下的技术方案实现的。
[0009]本发明专利的一种教学与科普天球仪，其特征在于:由四色地图地球仪(I)、透明天球仪(2)、赤道经度大圆盘(3)、双耳弓形纬度半圆盘(4)、天球轴(5)、金属圆孔平垫(6)两个、橡胶套管(7)两个和基座(8)构成。赤道经度大圆盘(3)安装在四色地图地球仪(I)的南半球上，使得印有红色的360条半径线的面跟南半球的赤道在同一个平面内，把四色地图地球仪(I)的北半球盖在赤道经度大圆盘(3)上，再用少量粘合剂固定，使得南北两个半球看起来仍显示出跟中间没有夹住透明的赤道经度大圆盘(3) —样的效果，这时插入天球轴(5)，使其穿过赤道经度大圆盘(3)中心的圆孔和四色地图地球仪(I)上南北两极的小孔，双耳弓形纬度半圆盘(4)通过内卡口垂直地卡于赤道经度大圆盘(3)的外卡口，双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳卡于天球轴(5)的两个卡口内，双耳弓形纬度半圆盘(4)挖去的部分卡住四色地图地球仪(I)，先在天球轴(5)上北天极卡口位置安装一个金属圆孔平垫(6)，再套上一个橡胶套管(7)，又在天球轴(5)上南天极卡口位置安装一个金属圆孔平垫(6)，也套上一个橡胶套管(7)，置入透明天球(2)的南半球内，被透明天球仪(2)的北半球盖住，使天赤道0°刻度线正对，最后用专用透明胶把透明天球仪(2)的南北两个半球固定，通过天球轴(5)把四色地图地球仪(I)、透明天球仪(2)和双耳弓形纬度半圆盘(4)固定在透明天球仪(2)球壳的内部，装配制成本发明的教学与科普天球仪。
[0010]本发明所述的四色地图地球仪⑴是根据发明人的发明专利《四色地图地球仪》制作出来的，球面上220多个国家和地区只有4种不同的颜色，就将它们在边界线区别开来，使得具有共同边界的国家或地区颜色不同，球面上各国家的颜色是根据发明人的《四色地图地球仪》专利中所述四色地图串圈着色理论和四色地图串圈计算方法计算出来再计制作完成；四色地图地球仪(I)分南北两个半球，南半球球壳内侧厚度一半处向内向上有多余半球且厚度为半球球壳厚度的一半的一个圆环，北半球球壳中间位置向内由赤道向北极挖去了一个圆环套，使得北半球的圆环套可与南半球的圆环齿合，并在南北球球壳多余的圆环上，以0°和180°，东经90°和西经90°各为中心位置，分别向两侧往赤道方向共开有4个弧形缺口至赤道的卡口，卡口的长度约等于四色地图地球仪(I)赤道长的八分之一，卡口的宽度等于四色地图地球仪(I)球壳厚度的一半。
[0011]本发明所述的透明天球仪(2)是由浙江省宁波市嘉禾教学仪器有限公司按国家天文科学有关规定制作出来的。
[0012]本发明所述的赤道经度大圆盘(3)是用透明的有机玻璃和改进实用新型专利《透明四色经纬度天球仪》(专利号:ZL201320212205.7)的技术方案制作，它的直径略小于透明天球仪球壳的内直径，下表面印刷360等分圆周的360条红色半径线，相邻两条半径线的夹角为1°，在中心位置钻有I个小孔，小孔的直径等于天球轴(5)的直径，任选一条半径线表示0°经线，反向印刷“本初子午线”5个汉字，确定本初子午线的位置，在逆时针方向上，从0°半径线开始，每间隔10°，分别标注东经0°，东经10°，东经20°，东经30°，东经40°，东经50°，东经60°，东经70°，东经80°，东经90°，东经100°，东经110°，东经120°，东经130°，东经140°，东经150°，东经160°，东经170°，东经180°各半径线；在顺时针方向上，从0°半径线开始，每间隔10°，分别标注西经0°，西经10°，西经20°，西经30°，西经40°，西经50°，西经60°，西经70°，西经80°，西经90°，西经100°，西经110°，西经120°，西经130°，西经140°，西经150°，西经160°，西经170°，西经180°各半径线。其中，西经0°与东经0°重合，西经180°和东经180°重合；在0°经线中间位置向外侧往西经方向开挖一条窄缝似的外卡口，外卡口的宽度等于双耳弓形纬度半圆盘(4)的厚度，又在距中心的半径等于四色地图地球仪(I)内径处，分别以东经45°，东经135°，西经45°，西经135°为中间位置，向外开挖4个圆孤形槽的卡口，卡口的弧长约等于赤道长的八分之一，卡口的宽度等于四色地图地球仪(I)南半球上多余的内环的厚度，也等于四色地图地球仪(I)球壳厚度的一半，能把赤道经度大圆盘(3)卡在四色地图地球仪(I)的南半球上，使赤道经度大圆盘(3)的下表面的红色半径线及其文字信息，与四色地图地球仪(I)南半球的赤道在同一平面内。
[0013]本发明所述的双耳弓形纬度半圆盘(4)由透明的有机玻璃制成，由I个半径跟赤道经度大圆盘(3)半径相同的半圆形与多于天球轴(5)中心剖面一半的一个曲边矩形合成的双耳弓形，双耳的宽度不超过天球轴(5)的直径，以弓形所在圆的圆心为中心，印刷有180等分半圆的181条紫色的半径线，中间的一条半径叫做0°纬线，在逆时针方向上，从O。半径线开始，每间隔10°，分别标注北纬0°，北经10°，北纬20°，北纬30°，北纬40。，北纬50°，北纬60°，北纬70°，北纬80°，北纬90°各条半径线；在顺时针方向上，从O。半径线开始，每间隔10°，分别标注南纬0°，南经10°，南纬20°，南纬30°，南纬40°，南纬50°，南纬60°，南纬70°，南纬80°，南纬90°各条半径线；在0°纬线上北纬方向从中心位置开始，向外开挖一条窄缝似的内卡口，内卡口的长度等于赤道经度大圆盘
(3)半径的一半，外卡口的宽度等于赤道经度大圆盘(3)的厚度，从中心开始，在0°纬度南纬方向，开挖一个半径等于四色地图地球仪(I)半径且中心角为90°的直角扇形，在0°纬线北纬方向，先开挖宽度等于赤道经度大圆盘(3)的厚度、长度等于四色地图地球仪(I)的半径的曲边梯形，再往北纬方向开挖一个半径等于四色地图地球仪(I)的半径且中心角为90°的直角扇形，同时挖穿双耳弓形纬度半圆盘(4)半圆形外多余的曲边矩形。
[0014]本发明所述的天球轴(5)由不锈钢圆柱体材料制作，其中部为圆柱体形，长度等于四色地图地球仪(I)的直径，再加上赤道经度大圆盘(3)厚度的和，由天球轴(5)中间一段圆柱体形向外，两方各剖去圆柱的一半，使得两个剖面在同一个平面上，两个剖面的长度与中间那段圆柱的长度之和等于双耳弓形纬度半圆盘(4)下表面内半圆的直径，与两个剖面相邻，又各留一段圆柱体形，并由剖面开始，在向外的方向上各开挖一个卡口，以双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳各能插入其中一个卡口适宜，天球轴(5)两端各是一段直径小于天球轴(5)的直径的外螺蚊。
[0015]本发明所述的金属圆孔平垫(6)是市场上广泛销售的标准金属件，平垫中心有一个圆孔，孔的直径等于天球轴(5)的直径。
[0016]本发明所述的橡胶套管(7)是内直径略小于天球轴(5)的直径，是具有弹性和收缩力的管状零件，稍微扩张可套在天球轴(5)上开挖了卡口的位置且已经安装双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳的那段圆柱体形上，并把金属圆孔平垫￠)固定在天球轴(5)卡口的位置上。
[0017]本发明所述的基座(8)是半圆形纬度支架和底座构成，由螺丝连接，纬度支架上半圆形纬度支架的一个面上有181条刻度线，180等分了支架上的半圆形，最中间的一条刻度线标有阿拉伯数字“0”，在顺时针和逆时针方向上，从O开始，每间隔10°，分别标注的阿拉伯数字是 10，20，30，40，50，60，70，80，90，
[0018]发明专利《教学与科普天球仪》的有益效果
[0019]1.应用四色地图串圈计算方法和四色地图串圈着色理论计算四色地图。
[0020]2.应用教学与科普天球仪演示天赤道、地赤道、北回归线、南回归线、南极圈、北极圈等概念。
[0021]3.演示太阳相对地球在空天中运行的轨道-黄道,黄道所在的平面与地赤道所在的平面的交角，即黄道与赤道经度大圆盘(3)的夹角约为23° 26'。
[0022]4.演示天赤道360等分线，在360°的范围内，天赤道上360条分度线跟地球仪上东经、西经各度数的关系。
[0023]5.演示地球上一年中的24个节气在黄道中太阳的位置及其大致的日期，并用天赤道0°分线与地赤道子初子午线确定的0°经线对应，把地球仪当作参照物，即观察者站在地球上，用地球仪上的经纬度来描述太阳位置的经纬度。
[0024]6.按天球仪上天赤道的分度线和东经、西经、南纬、北纬等概念共同描述天球仪球面上的88个星座和28个星宿，在科学普及的前提下，用科学的天文知识教育民众，破除西方应用88个星座确定命运和国内利用28个星宿创造迷信封建意识。
[0025]7.本发明的结构简单，原理科学，设计更加趋向合理，制作工艺更加简化，制造技术要求不太高、安全、环保，安装与使用方便，演示效果和范围拓宽，既有利于大学、中学、小学教学天文、地理等地球与空间科学知识，作演示实验与学生动手试验、演示与制作，又能用于全社会对人们进行天文、地理等科学知识与文化活动普及，树立人们的空间观念与太空意识，在天文科学文化自觉与知识技能积累以后，不断抵制、反对和根除迷信与邪教。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的教学与科普天球仪结构示意图。
[0027]图2是本发明的四色地图地球仪(I)的示意图。
[0028]图3是本发明的透明天球仪(2)的示意图。
[0029]图4是本发明的赤道经度大圆盘(3)的示意图。
[0030]图5是本发明的双耳弓形纬度半圆盘(4)的示意图。
[0031]图6是本发明的天球轴(5)的示意图。
[0032]图7是本发明的金属圆孔平垫(6)的示意图。
[0033]图8是本发明的橡胶套管(7)的示意图。
[0034]图9是本发明的基座⑶的不意图。
[0035]图中标号说明
[0036]I四色地图地球仪、2透明天球仪、3赤道经度大圆盘、4双耳弓形纬度半圆盘、5天球轴、6金属圆孔平垫、7橡胶套管、8基座。
【具体实施方式】
[0037]本发明发明的详细结构、应用原理、作用与功效，参见附图1至图9，通过如下的实施方案予以具体说明。
[0038]本发明的教学与科普天球仪的详细结构，其特征在于:由四色地图地球仪(I)、透明天球仪(2)、赤道经度大圆盘(3)、双耳弓形纬度半圆盘(4)、天球轴(5)、金属圆孔平垫
(6)两个、橡胶套管(7)两个和基座(8)等构成；其中，赤道经度大圆盘(3)被四色地图地球仪(I)南北两个半球通过4个圆弧形卡口卡住，被粘合剂固定，赤道经度大圆盘(3)下表面印刷了 360等分圆周的360条红色半经线跟四色地图地球仪(I)的赤道在同一个平面上，天球轴(5)顺次穿过四色地图地球仪(I)北极的圆孔、赤道经度大圆盘(3)中心的圆孔和四色地图地球仪(I)南极的圆孔，双耳弓形纬度半圆盘(4)的下表面印刷了 180等分半圆的181条紫色的半径线，其内卡口通过赤道经度大圆盘(3)的外卡口，互相垂直，双耳弓形纬度半圆盘(4)上挖去的部分卡住四色地图地球仪(I)，双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳卡于天球轴(5)的两个卡口内，先各安放一个金属圆孔平垫(6)套住天球轴(5)卡口处的圆柱及双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳，用两个橡胶套管(7)各套住天球轴(5)开有卡口的圆柱段和双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳，使双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳和金属圆孔平垫(6)被橡胶套管(7)固定在天球轴(5)的卡口处，置于透明天球仪(2)的两个半球壳内，用专用透明胶固定透明天球仪(2)的南北两个半球，安装在基座(8)的纬度器上，通过天球轴(5)把四色地图地球仪(I)、赤道经度大圆盘(3)和双耳弓形纬度半圆盘(4)安装在透明天球仪(2)透明球壳的内部，制成本发明的教学与科普天球仪。
[0039]实施本发明的部分技术方案，可利用现有地球仪生产厂家最好的技术生产制作质量较好的四色地图地球仪(I)，利用有关教学仪器厂生产透明天球仪(2)的球壳、基座(8)，利用全国各地标准件厂定点生产天球轴(5)，金属圆孔平垫(6)和橡胶套管(7)，利用生产三角板、量角器的工厂技术和设备生产赤道经度大圆盘(3)和双耳弓形纬度半圆盘(4)，利用这些零件，组装成质量较好的教学与科普天球仪。
[0040]参见图1，本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述四色地图地球仪(I)，是根据发明人的发明专利《四色地图地球仪》制作出来的，球面上220多个国家和地区只有4种不同的颜色，就将它们在边界线区别开来，使得具有共同边界的国家或地区颜色不同，球面上各国家的颜色是根据发明人《四色地图地球仪》专利中所述四色地图串圈着色理论和四色地图串圈计算方法计算出来再设计制作完成；四色地图地球仪(I)分南北两个半球，南半球球壳内侧厚度一半处向内向上有多余半球且厚度为半球球壳的一半的一个圆环，北半球球壳中间位置向内由赤道向北挖去了一个圆环套，使得北半球的圆形套与南北球的圆环齿合，并在南北球球壳多余的圆环上，以0°和180°，东经90°和西经90°各为中心位置，分别向两侧往赤道方向共开有4个弧形缺口至赤道的卡口，卡口的长度约等于赤道长的八分之一，卡口的宽度等于四色地图地球仪(I)球壳厚度的一半。
[0041]参见图2，本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述透明天球仪(2)是由浙江省宁波市嘉禾教学仪器有限公司按国家天文科学有关规定制作出来的。
[0042]参见图3，本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述赤道经度大圆盘
(3)是用透明的有机玻璃和部分改进实用新型专利《透明四色经纬度天球仪》(专利号:201320212205.7)的技术方案制作，它的直径略小于透明天球仪球壳的内直径，下表面印刷360等分圆周的360条红色半径线，相邻两条半径线的夹角为1°，在中心位置钻有I个小孔，小孔的直径等于天球轴(5)的直径，任选一条半径线表示0°经线，反向印刷“本初子午线”5个汉字，确定本初子午线的位置，在逆时针方向上，从0°半径线开始，每间隔10°，分别标注东经0°，东经10°，东经20°，东经30°，东经40°，东经50°，东经60°，东经70°，东经80°，东经90°，东经100°，东经110°，东经120°，东经130°，东经140°，东经150°，东经160°，东经170°，东经180°各半径线；在顺时针方向上，从0°半径线开始，每间隔10° ,分别标注西经0°，西经10°，西经20° ,西经30°，西经40°，西经50°，西经60°，西经70°，西经80°，西经90°，西经100°，西经110°，西经120°，西经130°，西经140°，西经150°，西经160°，西经170°，西经180°各半径线。其中，西经0°与东经0°重合，西经180°和东经180°重合；在0°经线中间位置向外侧往西经方向开挖一条窄缝似的卡口，外卡口的宽度等于双耳弓形纬度半圆盘(4)的厚度，又在距中心的半径等于四色地图地球仪(I)内径处，分别以东经45°，东经135°，西经45°，西经135°为中间位置，向外开挖4个圆孤形槽的卡口，卡口的弧长约等于赤道长的八分之一，卡口的宽度等于四色地图地球仪(I)南半球上多余的内环的厚度，也等于四色地图地球仪(I)球壳厚度的一半，能把赤道经度大圆盘(3)卡在四色地图地球仪(I)的南半球上，使赤道经度大圆盘(3)的下表面的红色半径线及其文字信息，与四色地图地球仪(I)南半球的赤道在同一平面内。
[0043]参见图4本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述双耳弓形纬度半圆盘(4)由透明的有机玻璃制成，由I个半径跟赤道经度大圆盘(3)半径相同的半圆形与多于天球轴中心剖面一半的一个曲边矩形合成双耳弓形，双耳的宽度不超过天球轴(5)的直径，以弓形所在圆的圆心为中心，印刷有180等分半圆的181条紫色的半径线，中间一条半径叫做0°纬线，在逆时针方向上，从0°半径线开始，每间隔10°，分别标注北纬0°，北经10。，北纬20°，北纬30°，北纬40°，北纬50°，北纬60°，北纬70°，北纬80°，北纬90°各条半径线；在顺时针方向上，从0°半径线开始，每间隔10°，分别标注南纬0°，南经10°，南纬20°，南纬30°，南纬40°，南纬50°，南纬60°，南纬70°，南纬80°，南纬90°各条半径线；在0°纬线上北纬方向从中间位置开始，向内开挖一条窄缝似的内卡口，内卡口的长度等于赤道经度大圆盘(3)半径的一半，内卡口的宽度等于赤道经度大圆盘(3)的厚度；双耳弓形纬度盘(4)从中心开始，有一部分被挖去，是从中心开始，在0°纬度线的南纬方向，开挖一个半径等于四色地图地球仪(I)半径且中心角为90°的直角扇形，在0°纬线的北纬方向，先开挖宽度等于赤道经度大圆盘(3)的厚度、长度等于四色地图地球仪(I)的半径的曲边梯形，再往北纬方向开挖一个半径等于四色地图地球仪(I)的半径且中心角为90°的直角扇形，同时挖穿双耳弓形纬度半圆盘(4)半圆形外多余的曲边矩形。
[0044]参见图5，本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述天球轴(5)由不锈钢圆柱体材料制作，其中部为圆柱体形，长度等于四色地图地球仪(I)的直径，再加上赤道经度大圆盘(3)厚度的和，由天球轴(5)中间一段圆柱体形向外，两方各剖去圆柱的一半，使得两个剖面在同一个平面上，两个剖面的长度与中间那段圆柱的长度之和等于双耳弓形纬度半圆盘(4)下表面内半圆的直径，与两个剖面相邻，又各留一段圆柱体形，并由剖面开始，在向外的方向上各开挖一个卡口，以双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳各能插入其中一个卡口适宜，天球轴(5)两端各是一段直径小于天球轴(5)的直径的外螺蚊。
[0045]参见图6，本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述金属圆孔平垫(6)是由金属制成的圆柱筒形标准零件，厚度适宜，圆孔内直径等于天球轴(5)中部圆柱的直径，平垫的外直径大于天球轴(5)的直径，其功能在于把双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳插入天球轴(5)两方的卡口内后，用金属圆孔平垫(6)套在卡口处，使得安装在天球轴(5)的双耳弓形纬度半圆盘(4)不会因为轴的转动而脱落。
[0046]参见图7，本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述橡胶套管(7)是内直径略小于天球轴(5)的直径，是具有弹性和收缩力的管状零件，稍微扩张可套在天球轴
(5)上开挖了卡口的位置且已经安装双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳的那段圆柱体形上，并把金属圆孔平垫(6)和双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳固定在天球轴(5)卡口的位置上。
[0047]参见图8，本发明发明的教学与科普天球仪，其特征在于:所述基座(8)是半圆形纬度支架和底座构成，由螺丝连接，纬度支架上半圆形纬度支架的一个面上有181条刻度线，180等分了支架上的半圆形，最中间的一条刻度线标有阿拉伯数字“0”，在顺时针和逆时针方向上，从O开始，每间隔10。，分别标注的阿拉伯数字是10，20，30，40，50，60，70，80，90，
[0048]本发明的教学与科普天球仪模型是从2011年开始，经过3年试制，在应用中检测效果和考察产品质量过程不断改进和创新的一种成熟的技术方案，在与全国各地地球与空间科学专家学者，地理与科学课程教师、科技教师与科技辅导员探讨过程中逐步创造发明的，在祖国大江南北，许多人从未见过这种质量的天球仪，很多人对天球仪中演示的星座及其星空知识知之甚少，存在学习与天球有关专业的大学生对天球知识缺乏的现象，因此，本发明的教学与科普天球仪，可用来培养青少年学生的空间观念，帮助社会各界不同年龄阶段的读者观察认识与星座、恒星、天体有关的天文现象，学习理解地球与空间科学中星座的基础知识，更好地利用天球仪在教学与科普活动中普及星空知识和自然现象。应用天球仪，除了在中小学搞好地理、天文、地球与空间科学、数学、物理等学科教学外，还应在全社会，利用文化站、图书馆、科技馆、工会娱乐室、文化馆等，引导我国广大人民群众认识和了解天球、观察星空世界，破除迷信，使在地球上生活的人们，不迷信奴魔鬼怪，在天空中，不异化星座与天宫，利用现代科学技术，购买或自制望远镜和天球仪，广泛开展观察天空的科技实践活动，揭开天宫没有玉皇和神仙、星座和星星被神化的面纱。
[0049]在天球仪上，首先要了解天球球面内部的四色地图地球仪，可以开展以下各种活动。把学生和读者的视线转向天球，观察天体，就要了解太阳系、银河系、河外星系最基本的天文、地球与空间科学最基本的基础知识，还要注意全世界天文学家的最新发现和最新的研究成果，只有青少年养成观察天空的习惯，所有无所事事，学习没有兴趣，德育教育困难，学生爱逃课、缺课、不听老师和家长的话等许多不良现象就会改变，因为学生有了利用天球仪学习的兴趣和自觉的行为，去观察、去体会、去学习、去探究浩瀚无际的星空世界，就有了很多有趣的活动吸引他们，人们有天体知识和空间观念，特别是认识了星空的物质和运动，用望远镜识别了星空的真面目之后，学习动力和习惯在思想、意识和行为各个方面都有良好改变。
[0050]演示实验1:恒星东升西落。双手握住天球仪北极，水平放置，左东右西，使透明天球仪球壳顺时针旋转运动，可以观察到恒星是从左边升起，从西边落下的东升西落现象。天体东升西落运动使用教学与科普天球仪，从北天极向下看，顺时针旋转，这是观测者对恒星天球上恒星周日运动方向的严格表述方法。因此，与天文学、物理学、地理学、地球与空间科学对旋转运动描述多相统一，可演示以下两个方法:(I)从北天极的一切顺时针的运动方向称为自东向西运动，或右旋，其方向定为向西；(2)从北天极的一切逆时针的运动方向称为自西向东运动，或左旋，其方向定为向东；天球上的一种运行更趋近于北天极称为向北，天球上一种运行更趋于南天极称为向南，于是，本发明可以演示天体东升西落运动。
[0051]夜晚，在夜幕下多看一会儿，就会发现，不断有新的星星从东方升起，而西天低空的星星则越来越低，最后落于西天，每天如此，周而复始，这就是恒星的东升西落现象，跟太阳总是从东方升从西方落的原理是一样的，是由地球自转造成的，每天晚上同一时刻在夜幕下仰望星空，就会发现，同一颗星星升起的时刻，每过一天就会提前4分钟左右。
[0052]例如，某颗星I月I日晚8点，从东方冉冉升起，10天后同一时刻再去观察，这颗星已经升起很高了，3个月后再看这颗星，会在白天悄悄地出现于天空正南方，等到次年I月I日晚8点，再观察，这颗星又在东方出现了，这就说明这颗星已经升起了一昼夜。
[0053]天球的赤道叫做天赤道，这是地球的0°经线在天上的对应物，由于地球的自转，天上的星星东升西落，其实是指天赤道附近的星星，实际上星星是沿赤纬线运动的，在北天极附近，可以明显地看出星星在围绕北天极转圈子，这是以地球为参照物相对的视觉效果，青少年学生不用天球仪做这些实验，进行本体感受，很难理解人们看见太阳东升西落的运动实际上是太阳沿天赤道这条赤纬线运动，始终围绕北天极转圈子，学生没有应用天球仪学习观察的这些活动，学习物理学的电磁感应现象，应用左手螺旋法则和右手螺旋法则遇到学习困难就不难解释了。
[0054]演示实验2:地平圈东南西北四个方向。在教学与科普天球仪上，过天球中心的铅垂线与天球的两个交点称为天顶和天底，过球心与天顶和天底确定的直线垂直的平面(地平面)在天球上截得的大圆为地平圈，过天顶、天极、天底，并与地平圈垂直的大圆称为子午圈，子午圈和地平圈交于两点，分别是北点和南点，这里，北点是北天极在地平面上的投影点，南点是南天极在地平面上的投影点。由南北两点确定的子午圈为观测者所视的南北大圆。
[0055]天赤道和地平圈相交于两点，其中位于天体升起的一方的那一点称为东点，位于天体降落的一方的那一点称为西点。
[0056]在地平圈上，东、西、南、北四个方点，他们两两相依次相距90°，代表观测者的正东、正西、正南、正北四个方向。
[0057]因此，应用本发明，可以演示地平圈或与地平圈平行的恒星周日运动轨迹圈上东南西北四个方向。
[0058]演示实验3:二分二至日在天球上的位置。利用本发明的教学与科普天球仪，二分二至日是指二十四节气中春分、秋分为二分，夏至和冬至为二至，这4个节气的日期在天球球面的位置，一般用天赤道和黄道的度数来划分，因为天赤道和黄道有两个交点，在双鱼座和金鱼座附近的这个交点为天赤道0° ,春分点另一个交点为天赤道180° ,作为秋分点，天赤道90°的经线与黄道的交点就是夏至点，天赤道270°的经线与黄道的交点就是冬至点，并且在春分和秋分二分点时，太阳直射地球赤道，在夏至点时，太阳直射地球北回归线，地球北半球为夏天，南半球为冬天，在冬至日，太阳直射地球南回归线，地球南半球为夏天，北半球为冬天。
[0059]演示实验4:地球仪上的北回归线。利用本发明的教学与科普天球仪，太阳在黄道上的夏至日，即太阳位于天球仪球面赤经90°，北赤纬23.5°时，固定天球仪球面，旋转天球轴，天球仪球面上夏至点与地心的线与地面的交点的轨迹，就是太阳光垂直照射地面位置组成的一条曲线，也就是地球仪上标注的北回归线。
[0060]演示实验5:地球仪上的南回归线。利用教学与科普天球仪，太阳在黄道上冬至日，即太阳位于天球球面赤经270°、赤纬23.5°时，固定天球球面，旋转天球轴，天球球面冬至点垂直地心的线与地面的交点的轨迹，即太阳光垂直地面位置的组成的一条曲线，就是地球仪上标注的北回归线。
[0061]活动1: 了解地理概念。如经线、纬线、经度、纬度、地赤道、南极、北极、北回归线、南回归线，地球上有七大洲、四大洋，七大洲包括亚洲、欧洲、非洲、南美洲、北美洲、大洋洲、南极洲，四大洋包括太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋，亚洲的主要河流长江、黄河、印度河、红河、底格里斯河和幼发拉底河，欧洲的伏尔加河、莱茵河，非洲的尼罗河，南美洲的亚马逊河是世界上最大的河流，以及较大的岛屿、半岛、著名的海和运河。
[0062]活动2: 了解世界政区。学地理，首先应该知识世界上的220多个国家和地区中的主要国家，熟悉地理概念时，要知道《地理课本上经线的概念有瑕疵》，准确的说法应该是“连接南北两极的半圆叫做经线，知道经线是人们理想化的半圆，在地球上不存在，是人为地在地球仪上进行规定的，用来了解、掌握和应用地理知识，应用平面几何知识，把经度转化为360等分赤道所在平面上的大圆，把纬度转化为180等分由经线确定的半圆，只有建立了地球仪上关于经纬度的空间观念，用来建立理解天球仪的空间观念，在此基础上，通过观察和想象，以太阳轨道建立黄道、北黄极、南黄极，以银河建立银道、银北极、银南极，以月亮轨道建立月道、月北极、月南极，等等，一个连地球仪上的经纬度都弄不清的学生，去学习和认识天球仪，学习地球与空间科学，一定会产生莫大的困难，因此，开展对地球仪、天球仪经纬度的认识转化与应用的活动，就显得非常重要。
[0063]活动3: 了解天穹恒星数目。2003年，在澳大利亚悉尼召开的国际天文学联合会大会上，公布了这样一项成果:人们可见的宇宙中一共大约有7X 122颗恒星，即700万亿亿颗，譬如，在太阳系，只计算太阳这一颗恒星，而不计算太阳的卫星地球、金星、木星、水星、火星、土星、天王星、海王星，以这些行星的卫星，如地球的卫星月亮，木星的卫星木卫一、木卫二、木卫三、木卫四等等，如果把人类已知的每颗恒星比作一颗细细的海沙，那么这些恒星可以充满10个地球大小的空间，有了这种想象，通过观察和探究天休，每个学生和每位读者的地球与空间观念也就逐步建立起来。在整个天穹，包括地平线下，人们不能同时看到的另一半天空，人的肉眼能够看见的星星加起来，才有6000多颗，天球仪上就是这6000多颗星星中最重要的亮星构成的图形，组成本发明演示的重点，即星座。人们目前知道天上的恒星、黑洞是宇宙大爆炸时产生的。可以探究，宇宙爆炸前是什么形状，恒星是怎样来的，通过观察、学习与探究，唯物主义者认为:恒星数目无穷多，宇宙无边无际，物质和星空起源还是未知的世界。
[0064]活动4:了解星座。为了便于读者认识88个星座，本发明设计了《现代星座表》，表I就是《现代星座表》。其中，天赤道径度数，就是天赤道度数，简称赤经。
[0065]表1现代星座表
[0066]
【权利要求】
1.本发明的一种教学与科普天球仪，其特征在于:由四色地图地球仪(I)、透明天球仪(2)、赤道经度大圆盘(3)、双耳弓形纬度半圆盘(4)、天球轴(5)、金属圆孔平垫(6)两个、橡胶套管(7)两个和基座(8)等构成；其中，赤道经度大圆盘(3)被四色地图地球仪(I)南北两个半球通过4个圆弧形卡口卡住，被粘合剂固定，赤道经度大圆盘(3)下表面印刷了 360等分圆周的360条红色半经线跟四色地图地球仪(I)的赤道在同一个平面上，天球轴(5)顺次穿过四色地图地球仪(I)北极的圆孔、赤道经度大圆盘(3)中心的圆孔和四色地图地球仪(I)南极的圆孔，双耳弓形纬度半圆盘(4)的下表面印刷了 180等分半圆的181条紫色的半径线，其内卡口通过赤道经度大圆盘(3)的外卡口，互相垂直，双耳弓形纬度半圆盘(4)上挖去的部分卡住四色地图地球仪(I)，双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳卡于天球轴(5)的两个卡口内，各安放一个金属圆孔平垫(6)套住天球轴(5)卡口处的圆柱及双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳，用两个橡胶套管(7)各套住天球轴(5)开有卡口的圆柱段和双耳弓形纬度盘(4)的双耳，使双耳弓形纬度盘(4)的双耳和金属圆孔平垫(6)被橡胶套管(7)固定在天球轴(5)的卡口处，置于透明天球仪(2)的两个半球壳内，用专用透明胶固定透明天球仪⑵的两个半球，安装在基座⑶的纬度器上，通过天球轴(5)把四色地图地球仪(I)、赤道经度大圆盘(3)和双耳弓形纬度半圆盘(4)安装在透明天球仪(2)透明球壳的内部，制成本发明的教学与科普天球仪，用来演示天文和地球与空间科学地理课程中地球仪的北回归线、南回归线，天球仪上的天赤道、黄道、白道、天赤道分度线、经纬度空间模型、地24节气、星空中88个星座、中国星官28个星宿等恒星与行星的大致位置及其教学与科普知识中的自然现象。
2.根据权利要求1所述教学与科普天球仪，其特征在于:所述四色地图地球仪(1)，除了球面上220多个国家和地区的颜色是根据发明人的实用新型专利《四色地图地球仪》的技术方案，应用四色地图串圈着色理论和四色地图串圈计算方法计算出来再设计制作完成，四色地图地球仪(I)分南北两个半球，南半球的球壳内侧厚度一半处向内向上有多于半球且厚度为半球球壳厚度的一半的一个圆环，北半球的球壳中间位置向内从赤道往北极方向挖去了一个圆环套，使得北半球的圆环套与南半球的圆环齿合，并在南半球球壳多余的圆环上，以0°、180°，东经90°、西经90°各为中心位置，分别向两侧往赤道方向共开有4个弧形缺口至赤道的卡口，卡口的长度约等于四色地图地球仪(I)赤道长的八分之一，卡的宽度等于四色地图地球仪(I)球壳厚度的一半。
3.根据权利要求1所述教学与科普天球仪，其特征在于:所述赤道经度大圆盘(3)，是用透明的有机玻璃制成，下表面印有360条红色的360等分大圆的半径线，用来表示经度，任选I条半径线，表示0°经线，每间隔10°，分别标注东经的度数或西经的度数，在0°经线中间位置向外侧往西经方向开挖一条窄缝似的外卡口，外卡口的宽度等于双耳弓形纬度半圆盘(4)的厚度，中心位置钻有一个小孔，小孔的直径等于天球轴(5)的直径，在0°半径线旁标有指向四色地图地球仪(I)球面上本初子午线的符号和“本初子午线”的5个汉字，在距中心的长度等于四色地图地球仪(I)内径处，分别以东经45°、西经45°、东经135°、西经135°各为中间位置向外开挖4个圆弧形槽的卡口，卡口处弧形的长度约等于四色地图地球仪(I)赤道长的八分之一，卡口的宽度约等于四色地图地球仪(I)球壳厚度的一半，以能使赤道经度大圆盘(3)卡于四色地图地球仪(I)的南半球上为适宜。
4.根据权利要求1所述的教学与科普天球仪，其特征在于:所述双耳弓形纬度半圆盘(4)，是用透明的有机玻璃制成，由半径跟赤道经度大圆盘(3)半径相同的I个半圆形与多于天球轴中心剖面一半宽度，长度约大于双耳弓形纬度半圆盘(4)直径的曲边矩形合成双耳弓形，双耳的宽度不超过天球轴(5)的直径，双耳可置于天球轴(5)的卡口内，下表面印有180等分半圆的181条紫色的半径线，中间的一条半径线叫做0°纬线，每间隔10°，在顺时针方向标注了南纬度数，逆时针方向标注了北纬度数，在0°纬线上北纬方向从中间位置开始，向内开挖一条窄缝似的内卡口，内卡口的长度等于赤道经度大圆盘(3)半径的一半，内卡口的宽度等于赤道经纬度大圆盘(3)的厚度；双耳弓形纬度盘(4)从中心开始，有一部分被挖去，是在0°纬线南纬方向，先开挖一个半径等于四色地图地球仪(I)的半径，中心角为90°的直角扇形，在0°纬线处朝北纬方向，先开挖宽度等于赤道经度大圆盘(3)厚度，长度等于四色地图地球仪(I)半径的曲边梯形，再往北纬方向开挖一个半径等于四色地图地球仪(I)的半径、中心角为90°的直角扇形，同时挖穿双耳弓形纬度半圆盘(4)半圆形外多余的曲边矩形。
5.根据权利要求1所述的教学与科普天球仪，其特征在于:所述天球轴(5)，由不锈钢圆住体材料制作，其中部为一段圆柱形，长度等于四色地图地球仪(I)的直径，再加上赤道经度大圆盘(3)的厚度的和，由天球轴(5)中间一段圆柱形向外，两方各剖去圆柱的一半，使得两个剖面在同一个平面上，两个剖面的长度与中间圆柱的长度之和等于双耳弓形纬度半圆盘(4)下表面内半圆的直径，与两个剖面相邻，又各留一段圆柱体形，并由剖面开始，在向外的方向上各开挖一个卡口，以双耳弓形讳度半圆盘(4)的双耳各能插入其中一个卡口适宜，天球轴(5)两端各是一段直径小于天球轴(5)的直径的外螺纹。
6.根据权利要求1所述的教学与科普天球仪，其特征在于:所述金属圆孔平垫(6)是由金属制成的圆柱筒形标准零件，厚度适宜，圆孔内直径等于天球轴(5)中部圆柱的直径，平垫的外直径大于天球轴(5)的直径，其功能在于把双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳插入天球轴(5)两方的卡口内后，用金属圆孔平垫(6)套在卡口处，使得安装在天球轴(5)的双耳弓形纬度半圆盘(4)不会因为轴的转动而脱落。
7.根据权利要求1所述的教学与科普天球仪，其特征在于:所述橡胶套管(7)的内直径略小于天球轴(5)的直径，是具有弹性和收缩力的管状零件，稍微扩张可套在天球轴(5)上开了卡口的位置且已经安装双耳弓形纬度半圆盘(4)双耳的那段圆柱体形上，并把金属圆孔平垫(6)和双耳弓形纬度半圆盘(4)的双耳固定在天球轴(5)卡口的位置上。
【文档编号】G09B27/06GK104134396SQ201410326376
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】李中平 申请人:李中平