Методика преподавания астрономии

---

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

§ 47. Обращение Земли вокруг Солнца.

Понимание видимого движения Солнца и положения эклиптики весьма существенно как для уяснения некоторых вопросов предыдущей темы, так и для последующих. Так как астрономию по большей части преподаёт учитель физики, то он имеет возможность ещё в IX классе поставить наблюдения длины тени в полдень от гномона (или хотя бы от переплёта окна в южной стороне здания школы) в течение всего учебного года через 10-15 дней. Материал таких наблюдений, объединённый на одном листе в виде графика (по оси абсцисс - даты, по ординатам - длины тени, а ещё лучше - высоты, вычисленные тригонометрически), даёт возможность учителю сделать вывод о расположении эклиптики.

Такие наблюдения не всегда можно поставить, и поэтому учитель должен начать изложение с хорошо известного учащимся факта, что Солнце летом стоит высоко, а зимой низко, дать значение склонения Солнца для середины каждого месяца (их можно взять из астрономического календаря) и по ним на доске построить графики. Это служит основанием для вывода об изменении склонения Солнца в течение года.

Для того чтобы разъяснить изменение прямых восхождений Солнца, надо показать ряд звёздных карт, изображающих северную и южную половины небосвода в разное время года и, основываясь на том, что в полночь Солнце имеет такое же прямое восхождение, как и звёзды, находящиеся в нижней кульминации, установить изменение прямых восхождений Солнца.

Таким образом, можно прийти к выводу о видимом движении Солнца и о той линии на небесной сфере, по которой происходит это движение. Учащимся обычно бывает трудно отсюда перейти к представлению об эклиптике как о большом круге небесной сферы, плоскость которого составляет некоторый угол с плоскостью экватора. Для облегчения восприятия такого представления об эклиптике может служить весьма простой приём. Чертим экватор и эклиптику на листе кальки, и, согнув затем этот лист в цилиндр так, чтобы сошлись соответствующие точки, освещаем изнутри весь чертёж. При этом становится ясно, что линия видимого движения Солнца лежит в одной плоскости, которая составляет угол в 23¹/₂њ с плоскостью экватора.

Для укрепления и уточнения этого представления надо то же самое показать и на моделях небесной сферы (стеклянный шар, проволочная модель и т. п.). Когда понятие об эклиптике воспринято, следует вернуться к экваториальным координатам и, закрепив в памяти учащихся определение точки весеннего равноденствия как места пересечения эклиптики и экватора, перейти к рассмотрению суточной дуги Солнца в разное время года и для разных широт. Понятие о равноденствиях следует строить на том, что экватор делится линией горизонта пополам, следовательно, всякое светило, находящееся на экваторе, равное время бывает и над горизонтом любого места, и под горизонтом. Видимое суточное движение Солнца на разных широтах очень просто можно показать на моделях небесной сферы или на чёрном глобусе, а затем дать объяснение видимому движению Солнца по эклиптике.

Учащиеся с младших классов знают о движении Земли вокруг Солнца и одновременном вращении её вокруг оси. Изучение видимого движения Солнца даёт возможность связать учение о движении Земли с фактами наблюдений и тем самым углубить и уточнить имеющиеся сведения. К тому же знание основ механики, проходимых в курсе физики, позволяет обосновать сохранение направления оси вращения Земли в пространстве. Когда учащиеся восприняли факт постоянства направления земной оси, он становится доказательством вращения Земли, так как именно вращающееся тело постоянно сохраняет направление оси вращения.

Самое объяснение ведётся при помощи одного из видов теллурия; если же теллурия нет, то вполне возможно заменить его географическим глобусом, передвигаемым вокруг достаточно яркой лампы. С какой бы моделью ни ставилось объяснение, надо всё время вести его так, чтобы, установив земной глобус в положение равноденствий и солнцестояний, разобрать:
1) как происходит смена дня и ночи в разных точках земной поверхности (путём вращения глобуса вокруг оси);
2) по какому направлению и как по отношению к плоскости экватора расположено Солнце;
3) как расположена плоскость земной орбиты.

Последнее лучше всего показывать, накладывая на линию экватора Земли вырезанное из плотного картона или тонкого металла плоское кольцо и с помощью лёгкого стержня или спицы указывая направление на Солнце (лампу). Плоскость кольца даёт учащимся наглядное изображение плоскости небесного экватора, и они без труда устанавливают связь между видимым движением Солнца по эклиптике и истинным движением Земли вокруг Солнца. Эта демонстрация существенна ещё и в том отношении, что она показывает учащимся плоскость эклиптики как плоскость земной орбиты. Таким образом, получается вывод, что только при постоянном наклоне оси вращения Земли к плоскости её орбиты может иметь место существующая смена условий освещения, а с ней вместе и смена времён года.

С геометрической стороны объяснить тепловые пояса и их границы на Земле (по формуле зенитного расстояния светила в верхней и нижней кульминациях) вполне возможно. Нужно разъяснить понятия полярных кругов и тропиков как линий, отграничивающих одни зоны от других. Если учитель вывел, как это было уже раньше указано, высоту экватора и склонение зенитной звезды, то дело облегчается. В этом случае легко показать, что при склонении Солнца ±23¹/₂њ оно в верхней кульминации будет в горизонте на широтах ±66¹/₂њ (полярные круги), в широтах более высоких такое положение его будет и при меньших абсолютных значениях, а на полюсе при значениях склонения 0њ.

Точно так же можно вывести, что при склонениях ±23¹/₂њ Солнце будет в зените на широтах ±23¹/₂њ (тропики), и далее показать, что при значениях склонений, меньших по абсолютной величине, оно находится в зените на широтах, меньших, чем ±23¹/₂њ.

Пользуясь тем же соображением о зенитном светиле и пределами склонения Солнца ±23¹/₂њ, можно пояснить невозможность прохождения Солнца через зенит мест с широтами, большими (по абсолютной величине), чем 23¹/₂њ. Следует при этом подчеркнуть и наглядно пояснить, что на экваторе бывает два "лета" и две "зимы" в течение года, так как дважды в году Солнце имеет склонение 0њ и 23¹/₂њ (по абсолютной величине), бывая в полдень на юге и на севере. Следует при этом также указать, что неравномерность видимого годичного движения Солнца происходит вследствие движения Земли по эллипсу. Иллюстрация этого даётся расчётом продолжительности времён года для северного и южного полушарий Земли. Различие нагревания поверхности Земли объясняется лишь различием в углах падения лучей Солнца на поверхность Земли в разное время года. Тем не менее полезно особо подчеркнуть, что в смене времён года эллиптичность земной орбиты никакой роли не играет и времена года в северном и южном полушариях наступают не одновременно, а с разницей в полгода.

Полезно дать наглядные пояснения этому. Это можно сделать, исходя из: 1) разницы в освещённости (и притом одинаковой для обоих полушарий Земли одновременно) в перигелии и афелии; 2) чертежа орбиты Земли. Исходя от эксцентриситета земной орбиты, равного 0,017, учитель может подсчитать эту разницу, округлив эксцентриситет до 0,02 по формуле С = а * е, где а = 1, и затем записать:

Малая величина этого отношения говорит сама за себя. Полезно для широты того города, где находится школа, вычислить и показать учащимся отношение освещённости в полдень летнего и зимнего солнцестояний. Для Москвы, например, получается:

Что касается чертежа орбиты Земли, то его достаточно сделать в виде окружности со сдвигом её центра относительно точки, изображающей Солнце, всего на 0,02 радиуса. Следовательно, если взять для радиуса 50 см, то сдвиг будет в 1 см, и чертёж станет весьма нагляден.

После того как выведены условия видимости для центра Солнца, нужно указать на влияние рефракции, определяющее реальный восход и заход (верхний край Солнца), явление сумерек, удлиняющее светлую часть года в Арктике. Эти данные особенно важны для понимания условий работы советских арктических экспедиций в высоких широтах.

Из курса географии учащиеся получают только сведения, что "на полюсе полугодовая ночь". В действительности, тёмное время года в Арктике и Антарктике короче вследствие явления рефракции и сумерек. Следует разъяснить это, кратко рассказав, что наличие атмосферы создаёт видимое поднятие Солнца над горизонтом и явление сумерек, удлиняющее светлую часть года. Действительные условия легко рассчитать, учитывая, что восход и заход Солнца, начало и конец сумерек обусловлены движением его по эклиптике. Отсюда получается для северного полюса, что, искусственным освещением приходится пользоваться примерно с13 октября до 28 февраля, хотя равноденствия бывают 23 сентября и 21 марта,

С прохождением этой части курса надо соединить приближённое решение двух задач: 1) нахождение по карте экваториальной зоны неба местоположения- Солнца на небесной сфере, 2) расчёт вида южной части неба в заданное время. 1. На звёздной карте экваториальной зоны нанесена эклиптика: достаточно знать прямое восхождение Солнца, чтобы найти место его на небе (пересечение эклиптики с прямой, проведённой вверх от соответствующего a Солнца). Для расчёта a Солнца надо, чтобы учащиеся помнили четыре значения a для основных дат: 0 ч. - 21. III, 6 ч. - 22. VI, 12 ч. - 23. IX, 18 ч. - 22. XII и изменение за 1 сутки - 4 м., за 1 месяц - 2 ч. Для любой даты расчёт a Солнца делается путём приложения или вычитания изменения a. Например, для 6. VIII расчёт таков:
от 22. VI до 22. VII увеличение a Солнца 2 ч. 0 м.,
от 22. VII до 6. VIII увеличение a 4 м. Х 14 56 м.
Общее увеличение a Солнца 2 ч. 56 м.
Так как 22. VI a = 6 ч. то на 6. VIII = 8 ч. 56 м.

По звёздной карте, отметив на эклиптике соответствующую точку, находим, что Солнце - в созвездии Рака. Когда учащимся показан и пояснён этот способ, то, исходя из него, можно объяснить и метод расчёта вида южной стороны звёздного неба. 2. Зная a Солнца можно объяснить учащимся, что в полночь в верхней кульминации находятся звёзды, у которых прямое восхождение на 12 ч. больше солнечного и показать по звёздной карте созвездия как восточные, так и западные. На звёздной карте показывается, что за несколько часов до или после полуночи a звёзд в верхней кульминации соответственно меньше или больше. После таких объяснений уже можно обучить сознательному применению подвижной звёздной карты путём указания, что даты по окружности её соответствуют прямым восхождениям Солнца. Чтобы учащиеся правильно смонтировали подвижную карту из учебника, учитель должен показать уже смонтированную. В дальнейшем надо время от времени на уроке давать учащимся задачи на расчёт вида звёздного неба на текущий месяц.

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

Публикации с ключевыми словами: методика преподавания - преподавание астрономии - учебные пособия - демонстрации - звездное небо - школьный атлас - звездная карта - звездные карты - модель - численное моделирование - наблюдения - солнечные часы - планетарий - планирование занятий - наглядные пособия Публикации со словами: методика преподавания - преподавание астрономии - учебные пособия - демонстрации - звездное небо - школьный атлас - звездная карта - звездные карты - модель - численное моделирование - наблюдения - солнечные часы - планетарий - планирование занятий - наглядные пособия

См. также: "Иллюстрис" моделирует Вселенную Иллюзия одинаковых цветов Галактическое дерево Радужное свечение над Азорскими островами "Солнечный кинжал" на скале От Северного до Южного Креста Следы звезд и солнечные "радио-часы" Брейсвелла Все публикации на ту же тему >>