太阳和影子》教学课件1

《太阳和影子》教学课件第一章太阳与影子的基本认识太阳的基本特性影子的形成光与影的关系太阳是地球能量的主要来源，通过核聚变释放巨影子是光线被不透明物体阻挡形成的区域，代表光与影永远相伴而行，是自然界中一对不可分割大的光和热能，影响地球上的一切生命活动光的直线传播特性的直观体现的存在，共同构成我们视觉世界的基础太阳从东方升起，西方落下太阳的运动轨迹呈现出规律性的变化•太阳每天从东方升起，经过南方（北半球），最后在西方落下•太阳的位置随时间不断变化，直接影响物体影子的方向和长度•太阳高度角最大时（正午），影子最短；高度角小时（早晚），影子最长影子是光线被物体阻挡形成的暗区，是光直线传播特性的直观体现任何不透明的物体都会在光照下产生影子影子的形成原理光的直线传播本影与半影影子与光源大小的关系光沿直线传播是影子形成的基本原理影子通常分为两个区域本影是完全没光源越小（如点光源），影子边缘越清当光线遇到不透明物体时，无法穿透，有直接光线照射的最暗区域；半影是部晰；光源越大（如太阳），半影区域越从而在物体背向光源的一侧形成暗区分光线被遮挡的过渡区域，边缘模糊宽，边缘过渡越模糊太阳光线与影子示意图本影区域（Umbra）本影是完全不接收光源直接光线的区域，呈现最深的黑色在本影区域内，光源被物体完全遮挡半影区域（Penumbra）影子为什么有时会消失？阴天现象解析在阴天，厚厚的云层会•散射和反射阳光，使光线从多个方向照射到地面•减弱直射光线的强度，导致影子变淡或完全消失•形成漫射光环境，减少明显的明暗对比这种光线的散射作用导致光源不再集中于一点，而是来自多个方向，从而使影子变得不明显实验观察建议可以在同一地点分别于晴天和阴天观察物体影子的差异•记录影子的清晰度和边缘特征•比较影子的颜色深浅差异第二章影子的变化规律小时倍24180°0太阳周期影子方向变化正午时影子比例地球自转一周所需时间，导致我们观察到太阳的从早晨到傍晚，固定物体的影子方向可转动约在特定纬度和日期（如夏至日在回归线上），正周日视运动180度午时物体可能没有影子影子长度随时间变化1早晨（6-8点）太阳刚从东方升起，高度角较小，光线与地面夹角小，因此影子最长且指向西方2上午（8-11点）太阳逐渐升高，高度角增大，影子长度逐渐缩短，方向由西偏北逐渐转向正西3正午（11-13点）太阳达到当日最高点，高度角最大，此时影子最短，方向指向正北（北半球）4下午（13-16点）太阳开始西落，高度角逐渐减小，影子长度开始增加，方向由北逐渐转向东北5傍晚（16-18点）太阳接近地平线，高度角很小，影子再次变得很长，方向指向东方影子方向与太阳位置关系方向对立性1影子的方向始终与太阳方向相反太阳在东方时，影子指向西方；太阳在西方时，影子指向东方这种对立关系是由光的直线传播特性决定的起始点特性2无论太阳在何处，影子总是从物体与地面接触点（物体的脚下）开始延伸这一特性使我们可以通过影子的方向准确判断太阳的相对位置旋转规律不同时间影子长度和方向变化示意图早晨6点太阳刚刚升起，高度角约10°，影子长度约为物体高度的

5.7倍，方向指向西方上午9点太阳高度角约30°，影子长度约为物体高度的

1.7倍，方向偏西北方正午12点太阳高度角最大（约60°-70°，随季节变化），影子最短，约为物体高度的

0.4-

0.6倍，方向指向正北下午15点太阳高度角约30°，影子长度约为物体高度的

1.7倍，方向偏东北方傍晚18点太阳即将落山，高度角约10°，影子长度约为物体高度的

5.7倍，方向指向东方影子形状的变化物体运动引起的形状变化长度与宽度变化规律当物体旋转或移动时，影子形状会相应改变影子的变化具有规律性•物体旋转导致影子轮廓发生变形•影子的宽度通常与物体实际宽度接近，变化不明显•物体靠近光源时，影子变大•影子的长度随太阳高度角变化而显著变化•物体远离光源时，影子变小•在不平整表面上，影子会发生扭曲变形这些变化遵循几何光学的基本原理，可以通过简单实验观察验证通过观察影子形状的变化，我们可以理解光源、物体和投影面三者之间的空间关系第三章影子测量实验设计选择场地准备工具标记位置测量记录分析结果本章将指导学生设计并实施一个完整的影子测量实验，通过科学方法记录和分析影子随时间的变化规律，培养科学探究能力实验目标测量影子长度观察变化规律理解太阳运动在一天中的三个不同时间点（早晨、正午、下通过对比不同时间点的测量结果，观察并记录基于观测数据，理解太阳的视运动规律及其与午）测量同一物体的影子长度，获取第一手观影子长度和方向的变化规律影子变化之间的内在联系，建立科学的天文概测数据念本实验不仅帮助学生理解自然现象，还培养科学探究能力、数据收集与分析能力，以及逻辑思维能力通过亲自参与实验，学生将从知道太阳和影子的关系进阶到理解背后的科学原理实验材料与步骤实验材料实验步骤•一根直立的木棍或铅笔（高度30-50厘米）

1.选择一个平坦且全天都能接收阳光的场地•粉笔（用于标记影子位置）

2.在地面固定直立木棍，确保垂直于地面•卷尺或米尺（测量影子长度）

3.分别在早晨（8-9点）、正午（12-13点）和下午（15-16点）进行测量•指南针（确定方向）

4.每次测量时用粉笔标记影子尖端位置•记录表格和笔

5.测量并记录影子长度和方向（使用指南针）•手表或时钟（记录时间）

6.记录测量时的确切时间和天气状况实验数据记录表格示例测量时间影子长度（厘米）影子方向太阳高度角（估算）天气状况8:30（早晨）75厘米西偏北方向约30°晴朗12:15（正午）22厘米正北方向约68°晴朗15:45（下午）83厘米东偏北方向约27°晴朗记录表格中应包含足够的细节，以便后续分析太阳高度角可以通过影子长度与物体高度的比值反推计算高度角=反正切（物体高度/影子长度）建议学生使用手机应用程序辅助记录实验过程，如拍照记录影子位置，或使用专门的太阳轨迹应用程序验证结果实验数据分析第四章日晷的制作与应用年小时电力5000240历史悠久全天计时无需能源日晷是人类最古老的计时复杂的日晷设计可以测量日晷利用自然现象工作，工具之一，历史可追溯至一整天的时间，甚至分辨不需要任何电力或其他能古埃及和巴比伦文明小时内的时间间隔源，是真正的绿色计时装置本章将带领学生探索古老而智慧的计时工具——日晷，通过实际制作了解其工作原理和科学价值日晷的原理基本构造工作原理日晷主要由两部分组成日晷利用太阳视运动和影子位置显示时间指针（Gnomon）通常是一个三角形板或棒，用于投射影子•太阳每小时移动约15度（360°÷24小时）刻度盘（Dial）带有时间刻度的平面，用于读取时间•指针的影子在刻度盘上移动，指示当前时间•刻度线根据当地纬度和季节进行校准指针的角度通常与当地纬度相等，确保指针平行于地球自转轴日晷实际上是将太阳的位置（天文现象）转化为时间的科学仪器，体现了古人对天文观测的智慧制作日晷的步骤010203设计三角形指针准备刻度盘划分时刻线使用硬纸板或木板制作三角形指针在一块平板（纸板、木板或金属板）上绘制半圆根据太阳的运动轨迹，在刻度盘上划分时间线（Gnomon）三角形的一个角应等于当地纬度或圆形刻度盘中心点是指针的安装位置，需要基本间隔为15度（对应1小时），但实际划分需要（例如，北京约为40度），确保安装后指针能够标记12点钟位置（正北方向）根据当地纬度进行数学调整才能准确平行于地球自转轴0405组装并校准测试与修正将三角形指针垂直固定在刻度盘中心点，确保指针的斜边角度与当地纬度在晴天进行测试，将日晷读数与标准时间比较，必要时调整刻度线位置一致将日晷放置在水平面上，刻度盘的12点线对准正北方向注意考虑夏令时和经度校正（每差1度经度约等于4分钟时差）制作日晷不仅是一次动手实践活动，也是理解地球自转、太阳运动与时间计量关系的绝佳机会学生自制日晷照片与示意图基本材料学生可以使用各种常见材料制作日晷•硬纸板和卡纸（简易版）•木板和木棒（耐用版）•金属板和金属棒（高级版）•3D打印材料（创新版）设计创意鼓励学生在基本功能之外加入个性化设计•装饰刻度盘边缘•添加月相或季节标记•使用彩色材料增强视觉效果•设计便携式或可折叠结构日晷制作是一项结合科学、数学、艺术和工艺的综合性活动，能激发学生多方面的创造力日晷的局限性季节影响地理位置限制由于地球公转，太阳高度角在不同季节有变化，导致简单日晷在不同每个日晷只适用于特定纬度区域，不同纬度需要不同角度的指针将季节的精确度不同专业日晷需要设计八字线校正季节差异北京设计的日晷带到广州使用会产生较大误差天气与时间限制标准时间差异日晷在阴天、雨天或夜晚无法工作，这一根本限制促使人类发明了机日晷显示的是当地真太阳时，与我们使用的标准时区时间存在差异，械钟表等其他计时工具需要进行经度校正和时区调整理解日晷的局限性有助于学生认识科技发展的必要性和人类智慧不断进步的历程第五章太阳运动与时间的关系本章将深入探讨太阳运动与时间计量之间的复杂关系，帮助学生理解从自然现象到人为时间系统的科学发展历程太阳的东升西落规律地球自转现象太阳高度角变化太阳的运动实际上是地球自转导致的视觉现象太阳高度角是太阳与地平线的夹角•地球绕自转轴每24小时自西向东旋转一周•正午时太阳高度角最大，影响影子最短•站在地球上观察，太阳似乎从东向西移动•夏季正午太阳高度角大于冬季•这种现象称为太阳的周日视运动•高度角变化导致影子长度周期性变化地球自转轴倾斜约

23.5°，导致不同季节太阳高度角不同太阳时间与钟表时间的区别真太阳时平太阳时基于太阳实际位置的时间系统对真太阳时进行均化处理的时间系统•正午定义为太阳过当地子午线的时刻•假设太阳在赤道平面上匀速运行•日晷显示的即为真太阳时•每天长度恒定为24小时•受地球公转轨道椭圆形状影响，一天长度不均匀•与真太阳时的差异称为时差方程，最大可达±16分钟标准时区时间夏令时调整为便于社会生活而人为划分的时间系统为节约能源而实行的时间调整制度•全球划分为24个时区，每个时区宽15度经度•夏季将标准时间提前一小时•同一时区内使用统一的标准时间•利用夏季日照时间长的特点•中国虽跨多个理论时区，但全国统一使用东八区时间•中国曾在1986-1991年间实行过夏令时理解不同时间系统的差异，有助于学生认识人类如何将自然现象转化为社会生活中的标准化工具地球自转与太阳视运动示意图地球自转观察效应影子变化地球每24小时绕自转轴自西向东旋转一周，站在地球表面的观察者无法直接感受地球的自太阳视运动导致光线方向变化，进而引起物体自转轴与黄道面倾角约

23.5°这种自转是昼转，而是看到太阳和星空似乎围绕地球运动，影子的长度和方向随时间规律性变化，这是影夜交替和太阳视运动的根本原因这种现象称为视运动子时钟的工作原理第六章珍惜光阴的科学与哲学思考一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴本章将引导学生从科学现象出发，进行哲学思考，理解时间的宝贵与有限，培养珍惜光阴的价值观念科学教育不仅是传授知识，更应培养学生正确的世界观和价值观影子与时间的象征意义时间流逝的自然指示器珍惜时间的哲学思考影子的变化是时间流逝最直观的自然指示影子的科学现象引发对时间价值的思考•影子的移动彰显时间的持续流动•时间是最公平的资源，人人每天都有24小时•无法挽留的影子象征无法挽回的时光•时间又是最不公平的资源，无法储存或转让•影子的周期性变化体现时间的规律性•珍惜时间意味着合理规划和高效利用•科学研究本身也是珍惜时间的体现古人通过观察影子的变化，发明了最早的计时工具，建立了对时间的测量系统通过影子与时间的关联，引导学生思考如何有效利用时间，培养科学探索精神和终身学习能力课堂互动设计改良日晷数字化日晷便携式日晷艺术景观日晷结合传统日晷与现代技术，设计带有数字显示的设计小型便携日晷，带有可折叠结构和自动校准将日晷与园艺景观结合，创造既美观又实用的校日晷，可以自动补偿时差并在阴天使用备用电源功能，适合户外活动和教学演示使用园景观设计，融合科学教育与环境美化工作课堂活动要求

1.学生分组讨论改良日晷的创意方案，绘制设计草图

2.考虑材料可行性、科学准确性和实用功能

3.小组展示设计并说明创新点和改进原理

4.全班投票选出最具创意和可行性的设计复习与总结太阳与影子基本概念影子变化规律•太阳东升西落的视运动规律•影子长度随太阳高度角变化规律•影子的形成原理（光的直线传播）•影子方向与太阳位置的对应关系•本影与半影的区别与特征•影子形状变化的几何光学原理科学与哲学思考影子测量实验•影子作为时间流逝的象征•科学实验设计与材料准备•珍惜时间的科学态度•数据收集方法与记录技巧•科学探索与人文价值的结合•实验数据分析与规律总结太阳时间与钟表时间日晷制作与应用•真太阳时与平太阳时的区别•日晷的工作原理与构造•时区划分与标准时间系统•日晷制作步骤与注意事项•地球自转与公转对时间的影响•日晷的局限性与历史意义结束语通过《太阳和影子》的学习，我们不仅了解了太阳和影子的科学原理，还体验了科学探究的乐趣和方法从最简单的自然现象中，我们发现了宇宙运行的规律和智慧当我们观察影子的变化，我们看到的不仅是光与影的游戏，更是时间的流动和宇宙的运转这些看似简单的现象背后，蕴含着丰富的科学知识和深刻的哲学思考科学探索没有终点，就像太阳每天都会升起，带来新的光明和希望让我们保持好奇心，继续探索自然奥秘，珍惜每一寸光阴愿每位同学都能像追逐自己的影子一样，追求知识与真理，在科学探索的道路上不断前进。