地球运动探究仪的制作方法

一种探究地球运动、演示地理规律的直观学习工具。

本发明是在地球仪的基础上，增加了一个太阳模型和表示太阳直射光线的箭头，又设计了预留缺口的板型晨昏圈，增加了一个画有时区、日界线及用箭头指示东西半球的平面转盘，设计了侧面有月相变化图的12时辰与24时对照碟代表日时间轴，设计了一个支撑板型晨昏圈、固定12时辰与24时对照碟的转动支架1，在底座上设计了与太阳视运动对应的24节气以及黄道12星座和黄道12宫代表周年时间轴，又增加了一个用来固定太阳模型高度的转动支架2和支撑杆，设计了一个固定地球模型倾斜角度的异型支架。它是学习日地月运动及产生的地理现象，如月相、时差和区时、昼夜更替及昼夜长短的变化、太阳高度的变化和季节变化等现象，演示地理规律的直观学具。

背景技术：

在本发明前，虽说有地球仪、时区演示仪、三球仪、地球运动电教仪器等在教学上应用，但各自功能有局限性，许多地理现象并没有直观演示出来，因此在使用效果上也是差强人意，相当一部分学生还处在混沌当中。本发明在结构和转动方式上做了创新设计，运用太阳和地球相对运动的原理，集地球自转和公转于一体，提供了一种看得见、摸得着、转得动的多用途直观工具，对于地理学习中实现时空转换和建立正确时空观提供了直观有效的学具。

技术实现要素：

本发明的要点：地球运动这部分内容抽象，利用目前的学具许多地理现象并没有直观演示出来，导致多数学生难以建立正确时空观，长此以往造成了“地理难学”的普遍认识。本发明就是要解决这个地理学习难题，为此设计了两个时间轴：一个是侧面设计有月相变化图的12时辰与24时对照碟表示日时间轴（图10），由于月相的变化周期与地球自转周期不同，因此把月相变化图放在对照碟的侧面（图11）；另一个是在底座（图4）上设计了与太阳视运动对应的24节气以及黄道12星座和黄道12宫代表周年时间轴（图3）。这样，与地球运动相关的复杂抽象的地理现象，就有了直观的时间考量。为保证直观准确的呈现时空对应状态、演示地理规律，本发明在技术上：一是日时间轴心线和周年时间轴心线处于同一平面、保持23.5°夹角，其交点与板型晨昏圈中心和地球模型球心重合；二是太阳模型中心和地球模型球心的连线垂直于周年时间轴心线（图1）。实现本发明的技术关键：一是设计了转动支架1（图9）和转动支架2（图5）两个转动支架；二是板型晨昏圈上预留有缺口（图17）；三是支撑杆上有U形槽和箭头（图20）；四是设计了固定地球模型倾斜角度的异型支架（图7）。

本发明设计的画有时区、日界线及用箭头指示东西半球的平面转盘（图12），通过锥形轴套（图15）与地球模型连接（图16），置于12时辰与24时对照碟圆形凹槽之中；该平面转盘和12时辰与24时图处于同一视平面（图13），而且同轴可以各自转动（图14），这样既有利于时区、日界线及东西半球相关知识的突破，更有助于快速实现时空的转换，提高理解学习能力。转动支架1支撑着12时辰与24时对照碟，并与之采用榫卯结构固定结合；转动支架1还通过板型晨昏圈转轴的轴孔，连接并支撑着板型晨昏圈，使预留缺口的板型晨昏圈既可左右转，又能前后转，能直观演示昼夜长短的变化。太阳模型和表示太阳直射光线的箭头固定在环形支架上（图18），它们通过环形支架与板型晨昏圈呈90°固定结合（图19），这就决定了太阳模型和表示太阳直射光线的箭头也可以上下、左右转动，可以直观演示太阳直射点在南北回归线之间移动规律，太阳高度的变化也有了直观的参考对象。异型支架下端套在已装上转动支架2的底座（图6）的方形榫头上，上端固定着地轴（图8），保证了地轴与底座平面呈66.5°固定夹角。转动支架2固定着支撑杆，通过支撑杆上的U形槽，连接着固定太阳模型和表示太阳直射光线箭头的环形支架，既保证了环形支架可以在U形槽中转动，又保持了太阳模型和表示太阳直射光线的箭头与底座平面的高度不变；支撑杆下端的箭头，指向底座上的与太阳视运动对应的24节气以及黄道12星座和黄道12宫（周年时间轴），把时间和空间有效结合在一起，直观呈现地球、太阳的时空对应状态，对快速建立正确的时空观有了直观具体的参考模型，日地相对运动的方向也清晰直观。

下面结合附图，进一步说明本发明的结构特点。

图1：地球运动探究仪技术简图 1. 日时间轴心线； 2. 周年时间轴心线； 3. 板型晨昏圈中心和地球模型球心； 4. 太阳模型中心； 5. 保持23.5°夹角； 6.保持90°夹角。

图2：地球运动探究仪结构示意图 1. 底座； 2. 转动支架和支撑杆的固定螺丝； 3. 支撑杆； 4. 侧面设计有月相变化图的12时辰与24时对照碟； 5. 画有时区、日界线及用箭头指示东西半球的平面转盘； 6. 连接地球模型和平面转盘的圆锥形轴套； 7. 太阳模型； 8. 与支撑杆连接的转轴； 9. 太阳直射光线； 10. 环形支架； 11. 板型晨昏圈； 12. 地轴； 13. 地球模型； 14. 板型晨昏圈转轴及轴孔； 15. 转动支架1； 16. 异型支架； 17. 底座和异型支架的固定螺丝 ； 18. 转动支架2。

图3: 代表周年时间轴的24节气以及黄道12星座和黄道12宫效果图。

图4: 底座侧俯视结构图

1. 代表周年时间轴的24节气以及黄道12星座和黄道12宫； 2. 固定丝孔； 3. 方形榫头； 4. 转轴。

图5： 转动支架2结构示意图

1. 转动支架2俯视图； 2. 转动支架侧视图； 3. 轴套； 4. 榫槽； 5. 固定丝孔。

图6：底座装上转动支架示意图。

图7：异型支架示意图 1. 异型支架侧视图 ； 2. 固定地轴的螺丝孔； 3. 与底座相接的方形榫槽； 4. 固定丝孔

该支架底部有与底座相接的方形榫槽，上部有固定地轴的螺丝孔。该支架的重要作用是使日时间轴心线和周年时间轴心线处于同一平面、保持23.5°夹角。

图8：在底座上装上转动支架、异型支架及地轴示意图。

图9：转动支架1示意图。 1.轴孔 2.榫槽 3.板型晨昏圈转轴的轴孔。

图10： 侧面设计有月相变化图的12时辰与24时对照碟（日时间轴）俯视图

该碟中部阴影部分为圆形凹槽，凹槽中部有凸起的轴套、四周有四个锥形凸起，它们支撑画有时区、日界线及用箭头表示东西半球的平面转盘，使平面转盘和12时辰与24时图处于同一视平面，也便于减小转动摩擦力。由于地球自转的周期与月球公转的周期不同，因此没有把月相变化图和12时辰与24时图放在同一视平面。

图11：侧面设计有月相变化图的12时辰与24时对照碟剖面图

1. 12时辰与24时图； 2.锥形凸起； 3.凸起轴套； 4.轴孔； 5. 侧面有月相变化图； 6.与转动支架1连接的榫头。

图12： 画有时区、日界线及用箭头表示东西半球的平面转盘

该平面转盘可以看成是地球模型的从北极俯视平面图，两者遥相呼应，对于空间的转换非常轻松。有了这个平面转盘，很容易突破时区、日界线相关知识的学习。用箭头来指示东西半球，而且文字的书写方向与箭头指示方向一致，既直观又便于记忆。

图13： 12时辰与24时对照碟与平面转盘对接俯视效果图。

图14： 12时辰与24时对照碟与平面转盘对接剖面示意图

1. 12时辰与24时对照碟； 2. 平面转盘； 3. 平面转盘的三角榫眼； 4.轴孔。

图15：锥形轴套结构示意图 该轴套上下端都有三角形榫头，把预留有三角形榫槽的地球模型和画有时区、日界线及用箭头表示东西半球的平面转盘连为一体。三角形榫槽可精确到具体的经线，有利于提高地球模型和平面转盘连接的精确度。

图 16：地球模型和平面转盘结合效果图。

图 17：板型晨昏圈结构示意图 1.转轴； 2.预留缺口； 3.环形支架连接点。

图 18：太阳模型和太阳直射光线固定在环形支架上示意图

1. 环形支架； 2. 太阳直射光线； 3. 太阳模型； 4.与支撑杆连接的转轴。

图 19：太阳直射光线和太阳模型通过环形支架呈90°与板型晨昏圈固定结合示意图。

图 20：支撑杆结构示意图

1. 支撑杆侧视图； 2.支撑杆上下两端结构图； 3.固定丝孔

该支撑杆采用变形的Z型设计，既节约空间又减小了对视线的阻碍。向下的箭头，直接插入转动支架2的榫槽中，既固定了支撑杆，又指示了太阳在黄道上的位置，有利于直观观察日地的时空对应状态。支撑杆上端留有U形槽，保证了固定太阳模型的环形支架可以在U形槽中转动。

本发明的具体特征：转动地球模型时，设计有时区、日界线及用箭头指示东西半球的平面转盘随之在12时辰与24时对照碟圆形凹槽中转动，直观演示了地球自转运动及产生的现象。由于月相的变化周期与地球自转周期不同，因此把月相变化图放在对照碟的侧面，可以直观观察太阳、地球、月球三者的时空对应关系，对于地球上某地点每天的适合观测时间也清晰直观。底座上设计的与太阳视运动对应的24节气以及黄道12星座和黄道12宫（周年时间轴），直观呈现了太阳和地球的时空对应状态，日地相对运动让太阳绕着地球转的方向问题也不再有疑问。运用相对运动的原理，按周年时间轴的指示，轻轻拨动固定高度支撑杆，让太阳绕着地球转，地球公转运动产生的现象清晰直观。