日晷与太阳视运动，太神奇了（日晷与太阳的关系）

一、日晷的分类及使用

1.地平式日晷：地平日晷的晷面必须水平；日晷的产生是从观察阳光下竖直物体影子的方向变化而开始的。但它必须在使用其他计时工具进行精确计时的条件下，根据表影随时间变化的实际情况来进行刻划，这显然是不方便的，但如果采用均匀刻划的方法又会带来相当大的计时误差。这是地平式日晷重大的缺陷。晷面与地平面平行，晷针和晷面之间的夹角就是当地的地理纬度，适合低纬度使用，因其制造容易、安装简单且具有较强的观赏性，适合安放在公园、广场和学校等地。

2.赤道式日晷：是日晷中最简单、最常见的一种。其晷面平行于赤道面，晷面上的刻度等分，晷针与地轴平行，两端分别指向南北极，晷针的仰角是当地的地理纬度，北半球的晷针高端指向北极星。使用时，应注意周围没有遮蔽物遮挡。

3.直晷的晷面垂直于地面放置，晷面朝向，南、北、东、西都有，晷针的倾角通常等于当地的地理纬度，适合中纬度地区使用。

4.利用日晷读时间：由太阳直射点在南北回归线之间的回归运动导致的（以北半球为例）：①太阳直射北半球时，晷针日影落在上面的晷面，

②太阳直射南半球时，晷针日影落在下面的晷面，分别读取便可，

③春秋二分日的时候，太阳光线正好与晷面平行，就没办法读取时间了。

5.真平差：有一些日晷上刻有时差曲线，这条曲线源自真太阳时和平太阳时的差异。日晷反映的是真太阳时，对应着太阳在天空的运动。由于太阳公转速度不均匀以及黄赤交角的存在，真太阳时并不均匀。而我们日常使用的是平太阳时，是将真太阳时在全年的范围内均匀化后的一个时间。时差曲线反映的就是两者之间差别的周年性曲线，时差基本上在15分钟以内。

二、二十四节气及利用

1.二十四节气主要适合的地区为黄河流域，因为这里是中华文明的发源地，农耕文明时期人们总结出的规律。

2.一年约365天，24个节气，故每个节气约15天，根据已熟悉的春分、夏至、秋分、冬至的日期，可以推断其他节气的日期

3.对称问题：

①关于夏至或冬至对称的节气，昼夜长短相同，正午太阳高度相同，日出日落方位相同。

②关于春分或秋分对称的节气，昼夜长短相反，直射点纬度数相同，但直射半球不同。

三、太阳视运动

1.太阳周日视运动

①若正东日出、正西日落，说明太阳直射赤道。此时，北半球正午时的太阳总是在南方的天空，南半球正午时的太阳总是在北方的天空。北极点上空的太阳总在南方的天空，南极点上空的太阳总在北方的天空。

②若太阳在地平圈以上运行的时间短于在地平圈以下的时间，说明该地处于冬半年；反之，说明处于夏半年。

2．日出、日落的方位与昼夜长短变化的关系（北半球）

【拓展深化】熟记特殊纬度夏至冬至日的昼长：

3．日出、日落时物体影子方位的判断

物体影子方位的判断，主要是要判断物体与太阳直射点之间的相互位置。日出日落时物体影子方位的判断，与一年中日出日落方位有关。

（1）二分时，日出时物体影子朝向正西，日落时物体影子朝向正东；

（2）春分到秋分，日出时物体影子朝向西偏南方向，日落时，物体影子朝向东偏南方向；（3）秋分到次年春分，日出时物体影子朝向西偏北方向，日落时，物体影子朝向东偏北方向。

4．极圈及其以内地区的太阳高度

（1）极昼期间，太阳高度24小时内都大于或等于零度。

（2）刚好出现极昼地区的纬度与直射点纬度和为90°，且该日该地区太阳高度最小值为0，

（3）其他极昼地区

该日太阳高度最小值＝当地纬度-刚好出现极昼地区纬度。

（4）某地某日刚好出现极昼，则该地当日正午太阳高度等于直射点纬度的2倍。

5.上午和下午的任一时刻，太阳在天球上的方位

Cost =－tanδ×tan φ（δ表示太阳赤纬，φ表示地理纬度，t表示昼弧的一半。在计算时，按照习惯，δ和φ都以北半球为正号，南半球为负号。再算太阳运动的角速度。）

6.大角小角问题：极昼区的正午太阳高度角（H）和子夜太阳高度角（H最小）可用下满公式求得。

H=90°-（α－β）；H最小＝α＋β－90°（α为当地纬度。β为当天太阳直射点的纬度）

7.太阳视运动的一般规律

①同一纬度地区日出、日落方位的时间变化（加上日出、日落方位的偏角可根据公式）

变化呈现如下规律：二分日日出正东、日落正西；

从春分到夏至，偏北且偏角渐大；从夏至到秋分，偏北且偏角渐小；

从秋分到冬至，偏南且偏角渐大；从冬至到次年春分，偏南且偏角渐小。

②同一日期日出、日落方位的纬度差异

在春分日和秋分日，全球各地（南北极点除外）太阳均从正东方升起，正西方落下；

在北半球夏半年（从春分日到秋分日），全球各地（极昼极夜地区除外）太阳均从东偏北方向升起，西偏北方向落下；

在北半球冬半年（从秋分日到次年春分日），全球各地（极昼极夜地区除外）太阳均从东偏南方向升起，西偏南方向落下。

同一日期，不同纬度地区日出、日落方位的偏角是不一样的，纬度越高，日出、日落方位的偏角就越大。

③不同纬度地区日出、日落方位的时间变化

（1）赤道上：

当太阳直射赤道时日出正东、日落正西；

太阳直射北半球期间每天都日出东北、日落西北，且太阳直射点越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值，偏移角度为23°26′；

太阳直射南半球期间每天都日出东南、日落西南，且太阳直射点越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值，偏移角度为23°26′。

（2）北半球回归线以北至北极圈地区：

当太阳直射赤道时日出正东、日落正西；

太阳直射北半球期间每天都日出东北、日落西北，且太阳直射点越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值；

太阳直射南半球期间每天都日出东南、日落西南，而且太阳直射点越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值。

（3）北极圈上：

当太阳直射赤道时日出正东、日落正西；

太阳直射北半球期间每天都日出东北、日落西北，而且太阳直射点越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日时出现极昼现象，日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值，日出正北、日落正北；

太阳直射南半球期间每天都日出东南、日落西南，而且太阳直射点越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日时出现极夜现象，没有日出、日落。

（4）北极点上：

当太阳直射赤道时太阳终日在地平圈上运动；

太阳直射北半球期间，北极点处于极昼，太阳终日与地平圈平行运动，太阳直射点越靠北，太阳运行的高度越高，日出正北、日落正北；

太阳直射南半球期间北极点处于极夜，没有日出、日落。

注意：实际上在一年中仅春秋分日各纬度地区日出、日落太阳方位是一样的。由于地球是一球体，因而除春秋分日外，不同纬度地区日出、日落方位与正东、正西方位的偏角是随纬度的升高而增加的。