冬至的太阳中午无影与人影测量

冬至的天象奇观追寻冬至日的日影冬至，是每年阳历12月21日或22日，是北半球夜晚最长、白天最短的一天，也是中国传统节日之一。

这一天的天象奇观也备受关注，其中一个特别引人注目的现象便是冬至日的日影。

冬至日的日影观测可以追溯到古代中国历史，而如今，它仍然是天文学和地理学领域中重要的研究课题之一。

在这篇文章中，我们将探讨冬至日的日影，并追寻其背后的奇妙现象。

一、日影现象的解释什么是日影？简单来说，日影是由于地球自转和公转的关系而形成的。

地球自转是指地球绕自身轴心旋转，而地球公转是指地球绕太阳运动。

由于地球自转的存在，日光只能照射到地球的一侧，而另一侧则处于夜晚。

而地球公转则使得地球处于不同的倾斜角度，这就导致了不同季节的白天和黑夜长度不同。

冬至日的日影奇观正是由于地球公转轨道的倾斜所引起的。

在冬至这一天，北半球的北极圈附近（84°北纬）的观测点，太阳几乎完全看不见。

它们所能观测到的只是一个平射的光芒，这就是冬至日的日影。

二、冬至日的日影观测冬至日的日影观测是一个令人神往的活动。

为了观测冬至日的日影，人们通常会选择离北极圈较近的地方进行观测。

在观测点，人们可以清楚地看到太阳近乎平行地从地平线上升起，并在短暂的时间内达到最高点，然后再降下来。

观测冬至日的日影需要一些专业设备，如望远镜、测量仪器等。

观测者们会记录日影的长度、角度以及变化情况等数据，并进行进一步的分析和研究。

三、冬至日的日影的意义冬至日的日影对于天文学和地理学的研究具有重要意义。

通过对冬至日的日影进行观测和记录，人们可以进一步了解地球自转和公转的规律，帮助科学家研究地球的运动轨迹和气候变化等问题。

此外，冬至日的日影还具有一些文化和信仰上的意义。

在中国古代，冬至是一个重要的传统节日，人们会进行各种各样的庆祝活动，如吃汤圆、踏雪寻梅等。

冬至日的日影成为了寻找冬至的宣告，象征着冬至的到来和寒冷季节的开始。

四、总结冬至日的日影是一个引人注目的天文奇观，它不仅有科学上的意义，还有文化和信仰上的内涵。

冬至节的科学实验与探究活动冬至是中国传统的重要节日，也是我们感受季节变迁的重要节点。

在这个特殊的日子里，我们可以通过一些科学实验与探究活动来进一步了解冬至的原理和相关知识。

本文将介绍一些适合冬至节进行的科学实验与探究活动。

一、日影实验冬至作为一年中白天最短、夜晚最长的日子，可以通过日影实验更加直观地观察和理解这一现象。

具体实验步骤如下：1. 清晨或傍晚时，找一个平地空旷的地方，竖立一根约一米高的竹竿。

2. 在竹竿的一侧固定一个小球。

3. 每隔一段时间（例如30分钟），观察小球的投影位置。

通过观察小球的投影位置的变化，我们可以发现在冬至日，小球的投影位置最长，说明太阳的高度角最低，日照时间最短。

二、太阳高度角的测量太阳高度角是一个重要的物理概念，可以通过简单的设备和测量方法来进行实验。

这个实验可以帮助我们了解太阳的运行规律和冬至的原理。

1. 准备一个直角仪器，可以用一个半透明的直角塑料板制作。

2. 在一天的不同时间，将直角仪器对准太阳。

3. 观察在不同时间下太阳的位置与直角仪器的关系。

通过这个实验，我们可以发现在冬至日，太阳的高度角最低，直角仪器与地面的交角最大。

三、温度变化实验冬至时节的气温普遍较低，通过进行温度变化实验，我们可以更好地理解冬至对气温的影响。

1. 准备两个温度计，将一个温度计放置在室内，另一个放置在室外。

2. 在不同时间记录两个温度计的温度变化。

通过这个实验，我们可以发现在冬至日，室外的温度较为低下，而室内的温度较为稳定。

四、冰晶探究活动冬至临近的季节，气温下降，天气寒冷。

通过进行冰晶探究活动，我们可以观察到不同条件下冰晶的形态和变化。

1. 准备一些纯净的水和透明的容器。

2. 将水倒入容器中，冷藏一段时间。

3. 取出冷藏的水，观察冰晶的形态。

4. 在不同条件下，如加入食盐或糖，观察冰晶的变化。

通过这个活动，我们可以发现不同条件下冰晶的形态和变化，进一步了解温度对水的凝结和结晶的影响。

夏至日正午日影测量作者：郭红锋来源：《中国科技教育》2010年第06期太阳照射到地球上的物体产生了投影。

太阳的运动和影子的变化。

是日复一日、年复一年的重复现象，我们太习以为常以至于都视而不见了。

然而我们的祖先曾经利用太阳影子的测量得出了非常了不起的科学结果，成语“立竿见影”就说明古代人们对日影有普遍的认识。

公元前古埃及的科学家埃拉托色尼(图1)，通过夏至日太阳影子的测量，计算出地球周长。

在古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇上，每当夏至日正午。

阳光直射，物体是没有影子的。

那里有一口深水井，每当夏至日正午，阳光就会直接射入井中(图2-1)。

这个有趣的现象引起了很多人的注意并来到这里参观游览。

但埃拉托色尼并不是把这一现象仅仅当作当地的一景，而是意识到这一现象里的蕴含的科学信息和自然规律。

于是他就记录了阳光直接射入井中的日期和时间，后来又在埃及的另一个城市亚历山大，在同一天的同一时间(当地夏至日正午)，测量了当地物体的影子，发现在亚历山大城的夏至日正午。

物体是有影子的。

按照埃拉托色尼的计算，太阳光线在亚历山大城偏离垂直方向大约7.5°角(图2-2)。

假设地球是球状，那么它的圆周应该是360。

(图3)。

如果两座城市成7.5°角，相距就是7.5／360的圆周，埃拉托色尼通过查阅大地测量资料，得知两地距离是当时5000希腊里。

因此地球周长应该是25万希腊里。

换算为现代的公制，埃拉托色尼测算的地球圆周长约为39360千米，与今天通过航迹测算结果(赤道周长=40075千米)，误差仅仅在5％以内。

埃拉托色尼巧妙地将天文学与测地学结合起来，精确地测量出地球周长的数值。

这一测量结果出现在2000多年前，的确是了不起的，是载入史册的重大成果。

今天。

我们已经从地理课本中知道：地球自转轨道和公转轨道之间23.5°的倾角导致一年内太阳直射地球的点在南北回归线之间往复一次。

以北半球为例：一年中当太阳直射北回归线时，正值北半球的夏至节气，正午太阳高度角为全年最大值；当太阳直射南回归线时，正值北半球的冬至节气，此时的太阳高度角为一年之中的最小值。

冬至节的科学实验与探究活动在中国的传统节日中，冬至被视为一个重要的节气，也是人们欢度冬季的开始。

除了传统的庆祝活动和食物，我们还可以通过一些有趣的科学实验与探究活动来增加对冬至的了解。

本文将介绍几个适合冬至节进行的科学实验与探究活动，帮助你更深入地了解这个有趣的节日。

实验一：冬至阳光实验冬至这一天白天的时间最短，阳光也最为珍贵。

通过进行冬至阳光实验，我们可以观察到阳光的变化和影响。

材料：- 长直尺- 太阳能计时器或手机APP- 太阳眼镜（可选）步骤：1. 在冬至这天，选择一个晴朗的地方，室外最佳。

2. 平放直尺并以东西方向为准直立在地面上，确保底部平稳。

3. 用太阳能计时器或手机APP测量直尺的阴影长度，并记录下来。

如果使用太阳眼镜，请确保安全使用。

4. 每隔一个小时重复测量并记录直尺的阴影长度，直至太阳下山。

- 观察阳光的照射方式和角度随时间的变化。

- 记录阳光照射产生的阴影长度随时间的变化。

- 思考为什么冬至阳光照射时间最短。

实验二：冰的溶解速度实验冬至是寒冷的季节，我们可以通过进行冰的溶解速度实验，探究不同条件下冰的溶解过程。

材料：- 冰块- 不同温度的水- 不同盛放容器（例如杯子、盘子）- 记录表格或笔记本步骤：1. 准备几个相同大小的冰块。

2. 把每个冰块放入不同温度的水中（例如冷水、温水、热水）。

3. 使用不同的容器盛放冰块和水的混合物。

4. 记录下每个冰块的溶解开始时间。

5. 观察并记录每个冰块的溶解速度。

- 观察不同温度水和不同容器对冰的溶解速度的影响。

- 思考为什么不同条件下冰的溶解速度会有所不同。

- 分析实验结果，总结冰的溶解速度与温度和容器材质之间的关系。

实验三：冬至灯笼实验冬至节是一个灯笼点亮的节日。

通过进行冬至灯笼实验，我们可以学习到一些与电路和电能相关的知识。

材料：- 长导线- 电池- 灯泡- 开关- 笔记本- 铅笔、钢笔等步骤：1. 将长导线连接至电池的正负极。

2. 使用另一根导线分别连接电池的另一极和灯泡的两个接线柱。

测日影的方法一一圭表太阳升到天空时，明亮耀眼，在周围什么参照物也没有的情况下，人们就发现太阳光照在物体上的时候总是会分出阴面和阳面，同时地上还会留下影子，且这种影子还会随着太阳的移动发生响应的变化。

据我们可以搜集到的历史资料的详细记载，古人至少在公元前7世纪就己经用“立杆测影”的方法来测量太阳了。

这在《周礼》一书中就有关于土圭测日影的记载。

书中说：“土圭见有五寸，以至日……旧至之景，尺有五寸’。

”这些均为对夏至日杆影长度的记录，同我们现代测定的尺寸是一致的。

古时候科技尚不发达，人们测日月星辰，难度很多，也很大。

古语云：“天有不测风云。

”天气的变化随时会影响你的观察，比如当你仰头看星斗的时候，正好遇到阴天乌云，黑灯瞎火，无奈就只好等来日了：当你立杆尺准备测量杆影的时候，再逢一连几个阴天，则今年该节气的测影结果就一无所获了，只得等来年再测，倘若第二年测这个节气时依然是阴天，那就只好接续往后推。

由于天气变化异常，人们甚至还会产生许多离奇的猜想，认为有着某种神秘的色彩，给测量蒙上了阴影。

但是古人并没有被这种困难所吓倒，在这一方面倾注了极大的耐力和热忱，为我们走到了今天这一步奠定了坚实的基础。

在古代，有很多种观测天体与节气的方法，天体星群离我们很遥远，而且我们是将天空分成十二等份，比方说北斗星所指方位每两个节气才有一个名称，所以，在观察上就有很大的余地，观测物候的时候也会因各种动植物受到非正常天气变化的影响而产生差异，相比之下，只有圭表测日影的方法最为精确。

太阳照射下，杆影在午时与土（石）圭相重合的测量时间，非常短暂，只有几分钟，而杆子的高度不变、土（石）圭的位置不变、测量的尺寸和刻度不变、每节测量的时间不变，只有太阳照射的高度和杆影的长短发生变化。

这里杆影长度的变化就是测量二十四节气的重要依据。

日月星辰、物候特点、圭表测影综合全面地确保了二十四节气的科学合理性。

在我国就有圭表测日影的一处文物保护单位，这就是河南省登封县的古观星台。

建筑物理实验报告（建筑日照实验）班级：建筑172班*名：***学号：*********指导教师：***建筑物理实验室2019年10月实验日期：10.23小组成员：朱昭江刘耀雄戴恩泽李佳齐袁少臣胡震宇学生成绩：实验题目：建筑日照实验实验目的：了解三参数日照仪工作原理，了解棒影日照图的作用，通过日照仪直接获得任意地点、任意日期、任意时刻的太阳高度角和方位角；在日照仪上直接绘制棒影图；观察该地、该日，阴影变化情况实验内容：1、测试地区春秋分、夏至、冬至日的日出时间、日没时间，以及每隔一小时太阳的高度角和方位角。

2、绘制地区夏至日、春秋分、冬至日的日照棒影图。

实验步骤：1.棒影调零：将纬度盘刻度置于零点，时间刻度盘置于12点，赤纬度刻度盘位于3月21日春分和9月22日秋分的日期位置上，同时锁紧两端旋钮以固定该位置。

挪动日照仪的位置，使棒处于无影的状态。

2.实验过程松开锁紧的旋钮，调节纬度盘、赤纬度盘，将其调到北纬23度和3月22日（汕头市）。

从12点开始测，松开时间刻度盘旋钮，转动支架，每隔一个小时测一次日照情况，测的是早上的时间，在每一个位置处记录影子尖端在图纸上的位置，并计算其影长、高度角、方位角等数据，分别记录三个季节的对应数据，记录完毕之后再图纸上绘制处棒影图（下午棒影图与上午对称）。

实验测试表格及简单说明：汕头北纬23°春分汕头 北纬23°夏至汕头 北纬23°冬至北纬23°春分 1.测量棒影图：时间 项目日出 日没 6 7 8 9 10 11 12 5：20 18：40 18 17 16 15 14 13 方位角A S112°-112° ±111° ±108° ±103°±99.5° ±96.0° ±93.5° 0° 影 长 L （cm ） ∞∞ ∞ 10.5 6.8 4.3 2.5 1.2 0 高度角h S 5.7°5.7°12° 19.6° 27.7° 38.3° 50.2° 62.0°90° 影的方位角A S ’ A S ’=A S +1800时间 项目日出 日没 6 7 8 9 10 11 12 6：50 17：10 18 17 16 15 14 13 方位角A S64° -64° ±68°±61° ±55° ±45° ±32° ±18°0° 影 长 L （cm ） ∞∞ ∞ 31.6 18.1 10 7.3 5.8 5.3 高度角h S 4.3°4.3° 04.6° 9.8° 14.2° 62.0° 16.7°影的方位角A S ’ A S ’=A S +18002.真实棒影图：北纬23°夏至1.测量棒影图：2.真实棒影图：北纬23°冬至：1.测量棒影图：2.真实棒影图：实验结果分析及结论：一：春分棒影日照分析春分方位角随时间变化图1009080706050403020106，187，178，169，1510，1411，1312方位角春分影长随时间变化图2520151056，187，178，169，1510，1411，1312影长1.数据结论：春分时期，在上午，太阳的方位角随着时间的变化，太阳的方位角逐渐变小，下午则随着时间的变化，太阳的方位角逐渐变大。

冬至的天文现象及其观测方法冬至是中国传统节气中的一个重要节日，也是一年中白天最短、夜晚最长的时刻。

在冬至这一天，我们可以观察到一些特殊的天文现象，同时也有多种方法可以用来观测这些现象。

本文将为您介绍冬至的天文现象以及观测方法。

一、冬至的天文现象1. 太阳高度最低：冬至时，太阳直射点位于南回归线上，这是全年太阳高度最低的时刻。

在北半球，太阳的高度角最小，照射到地面的斜射度最大。

2. 白昼时间最短：由于太阳高度最低，所以冬至时的白昼时间也是一年中最短的。

北半球的白天时间会随着冬至的到来逐渐变短，而南半球则正好相反，开始进入白天时间变长的阶段。

3. 日出日落最北：冬至时，日出和日落的方位角也呈现出特殊的现象。

北半球的日出和日落点位于全年的最北位置，这也是冬至这一天昼夜分界线最南的位置。

二、冬至的观测方法1. 观测太阳高度：使用经纬仪或倾斜角仪等测量仪器可以观测到太阳在冬至时的高度角。

在正午时刻，测量太阳的高度角最低，可以得到冬至时太阳的高度角数据。

2. 观测日出和日落：通过天文观测器或者手机上的天文软件，我们可以得知冬至时日出和日落的具体时间。

在冬至当天，准确记录下日出和日落的时间，就可以观测到这一特殊现象。

3. 观测昼夜长度：通过天文观测器或者在线天文工具，我们可以获取冬至时的昼夜长度数据。

记录下这一数据，就可以了解到当地冬至时点的精确昼夜分配。

4. 观测太阳轨迹：在冬至当天，可以使用相机或者摄像机连续拍摄太阳的轨迹。

将这些照片或视频合成在一起，可以清楚地展示太阳在冬至时的轨迹。

5. 观测黄昏余红：在冬至的黄昏时刻，由于阳光经过更多厚厚的大气层，在西方的天空上会呈现出一片焰红色或橙红色的余晖。

可以选择一个合适的位置，观测这一独特的黄昏景色。

三、冬至的天文现象与文化意义冬至在中国传统节日中有着重要的地位，除了是农历的节气之一外，还与中国古代的天文观测、历法制定、人们的生活习俗等有很大的关联。

冬至这一天，人们会进行一系列的活动，如吃饺子、吃汤圆等，这些也与冬至的天文现象有一定的联系。

冬至日测日影活动总结与反思2010-04-262009年12月22日，我与我组几位老师及地理兴趣小组的学生们在我校北操场进行了“冬至日测日影”活动。

一起探索实践地理第二课堂，以解决教学中的有关难点，培养学生的实践能力，开拓其地理思维，树立创新意识。

其后几天，在我组各位老师和兴趣小组学生的帮助下，我整理总结出本次活动的几点儿成果和反思，希望能对以后相关活动有所帮助。

一﹑活动时间与参加人员2009年12月22日；淮中分校地理兴趣小组辅导教师及全体学生二﹑活动目的1﹑观测并总结太阳方位周日变化周期规律；实地观测并总结记录本地日影长短变化及移动规律；2﹑实地了解一天中太阳高度角大小变化规律，深刻理解太阳高度﹑正午太阳高度的概念及计算﹑测量方法；3﹑在实践过程中加深理解地方时与北京时间的相互关系及其计算方法，培养地理学科思维和计算能力；4﹑培养学生的收集数据﹑统计﹑分析相关数据的能力及绘图能力；5﹑通过实践活动，激发学生学习﹑研究兴趣，增强科学探索意识﹑团队协作精神。

三﹑活动工具地面直立标杆一个（我们选用本校北操场上的一根竖直标杆）；卷尺一个；电子表一个；计算器一个；锁一个；细绳两根；各色粉笔若干；活动记录本、笔各一。

四、活动分工本着分工协作的精神，全体成员分为四组，每组由1位辅导老师和3位兴趣小组学生组成。

具体分工如下：第一组负责测量各时间点对应的杆影长度并观测杆影的方位；第二组负责读取所测量影长对应的标准北京时间；第三组负责记录、收集并整理本次活动的有关图表、数据，绘出对应的图示；第四组分析、计算，求出本校所在的地理经度、纬度、太阳高度、正午太阳高度等。

五、具体步骤㈠场地布置1、我校北操场地面较为平整，可就地取材，在其中的多个铁杆中利用铅垂线原理选择最竖直的一个。

方法是：用一根细绳下端系锁成为简单的铅垂线，对这些铁杆逐个量试，选其中与铅垂线最平行的一个。

2、量取选定的铁杆之高度（159．5cm ）并记录在活动记录本上。

夏至地理实验实验名称：一年中正午影子的长度实验用品：竹竿、米尺实验过程：在春分、夏至、秋分、冬至四个节气的正午时刻，测量竹竿（2米）的影子长度，并做好记录。

下面为四个节气正午时刻影子长度统计表（下表）和测量影子长度的示意图（下图）。

观测结果：（1）分别说出四个节气中正午影子最长和最短的节气。

（2）分别说出四个节气中正午太阳高度最大和最小的节气。

观察思考：（3）太阳高度与影子长短之间的关系：太阳高度越大，影子越（填“长”或“短”）。

太阳高度越小，影子越（填“长”或“短”）。

迁移运用：（4）假如家里打算买高层楼房，考虑前面建筑的挡光情况，说出你建议看房的最佳节气，并说明理由。

（1）冬至夏至（2）夏至冬至（3）短长（4）冬至(或12月22日前后)。

在冬至,北半球一年中正午太阳高度最小,若这一天房屋内采光受前面建筑物遮挡影响较小,则其他季节采光会更好。

(言之有理即可) 【解析】根据地球围绕太阳公转时，地轴与地球公转轨道的平面约成66.5°的固定夹角。

这就使得一年内，太阳光线的直射点有规律地在南北回归线之间移动，各地正午的太阳高度也随之发生有规律的变化。

除了赤道，地球其他地方一年中都有昼夜长短的变化，进行分析解答。

（1）四个节气中正午影子最长为冬至日，太阳直射在南回归线上，；正午时影子最短为夏至日，太阳直射在北回归线上。

（2）四个节气中正午太阳高度最大为夏至日，太阳直射在北回归线上，北半球太阳高度角最小为冬至日，太阳直射在南回归线上。

（3）太阳高度与影子长短之间的关系：太阳高度越大，影子越短。

太阳高度越小，影子越长。

（4）假如家里打算买高层楼房，考虑前面建筑的挡光情况，在冬至日(或12月22日前后)看房最好。

在冬至日，北半球一年中正午太阳高度最小，物体影子最长，若这一天房屋内采光受前面建筑物遮挡影响较小，则其他季节采光会更好。