1、天文融入自然與科技領域課程教案1. 教學主題：影子會說話日晷製作2教學目標：一能了解日晷的原理。二動手製作出簡易的日晷。三能知道日晷的使用方法。四能透過實地觀測觀察出太陽的移動。五能了解時間在日晷上形成的變化。六能互相觀摩並且正確地使用日晷。七能進行實際觀測並發表觀測結果。3教學內容:一活動一：影子的秘密時間：40分鐘1. 影子在哪裡2. 影子形成的原因3. 影子的長短和時間的關係4. 踩影子遊戲二活動二：計算時間的方法時間：20分鐘1. 古代人用什麼方法來計時2. 比較各種計時方法的優缺點3. 不用鐘錶而能準確測量出時間的方法三活動三:日晷的原理時間：20分鐘1. 太陽照射形成影子2. 太陽

2、的仰角和影子的關係3. 由影子的位置判斷現在時刻4. 季節不同影子的位置也不相同四活動四:簡易日晷的製造時間：40分鐘1. 日晷可分成陀螺型日晷與水平型日晷2. 老師指導、協助小朋友完成簡易日晷儀製作五活動五:猜猜看現在幾點時間：40分鐘1. 利用自製日晷儀至戶外進行實際觀測2. 小朋友紀錄日影位置與長短3. 小朋友說出紀錄結果4. 教學補給站1. 日晷的原理:日晷古代稱日晷儀，是依照日影測定時間的一種儀器。古代用日影測時的方 法，是利用一塊白玉平版，在版中央豎一傾斜的銅柱，銅柱連接平版處為南，銅 柱上端指向北。地球不停地轉動，陽光普照在大地，把銅柱漸次移動的影痕，刻 在白玉平版上，就可以做為

3、記時的標準了。2. 簡易日晷儀製作1材料及工具：厚紙板卡紙，鐵絲或竹纖、量角器、圓規、筆、剪刀、膠 水。2作法：一陀螺型日晷儀：利用竿影原理，隨太陽周日運行，竿影位置跟著變化。1. 在厚紙板上繪一圓盤，在圓盤上將圓分成 24等分，每一等分再分成三 個小等分，則每一等分的角度為5度，代表20分鐘。如下圖：2. 將鐵絲或竹纖穿過圓心，並與水平面夾24.5度角即金門當地緯 度，凸出圓盤外的鐵絲或竹纖，以成影的長度適宜觀測來決定。3. 設一底座如下圖，以穩定日晷儀。二水平型日晷儀：利用平面成影而隨時間變化之原理。1.製作圭板：根本形狀為一直角三角形，其中一角為當地緯度。如下圖2. 製作刻度盤：根據表一

4、繪製如下圖之刻度盤。並在刻度盤下方，繪製3.將圭板垂直固定於刻度盤上十二時之位置即完成。(3)測時：陀螺型日晷儀凸出之鐵絲(竹簽)指向正北方，水平型日晷儀之圭板 指向正北方。5. 參考資料來源1製作日晷儀 :/ 2國民中學童軍教育教師手冊第三冊，國立編譯館主編 :/c on te .tw/j un ior/scouti ng/tc_jr/209/sourcemai n.htm#e4天文融入自然與科技領域課程教案學習單壹、 赤道式日晷一、太陽的運動日晷乃藉由太陽的照射，晷針的投影位置的變化來觀察時間的 改變，達到計時的目的，因此，在製作日晷之前，需要先了解太陽運 動的情形。由於地球自

5、轉，在地球上的人觀測到太陽不動沿著赤道或 緯圈面做相對運動，且太陽直射地球赤道或緯圈面的緯度依季節 日 期 變化。三月廿一日太陽直射地球赤道，稱春分 ，當天因為地球 自轉，太陽沿著赤道做相對運動；之後太陽直射地球之緯圈逐漸北 移；六月 21 日太陽直射緯圈的最北，稱夏至 ，當天沿著北回歸線 做相對運動，六月 22 日開始回歸，故稱北回歸線；之後逐漸南回， 九月 23日又直射赤道，稱秋分 ；之後又漸漸南移，十二月 22日 直射緯圈面之最南，隔天起回歸，稱南回歸線 ，太陽的運動如此 週而復始的在緯圈面移動。太陽每天在相同的緯圈面上相對於地球運行，惟不同日期所繞行 的緯圈面不相同。然而，不同緯圈面或

6、赤道面均以地球的自轉軸南 北極的連線自轉，因此，我們只要製作一個與地軸方向相吻合的平 面，便能掌握太陽在此平面上均勻變化的運動，每小時移動十五度。日出地平為上午六時，中午通過子午線為十二時，日落西方地平則為 下午六時，之間則為均勻等分之刻度，成為日晷 ，並以赤道面為準，故稱赤道式日晷 。二、赤道式日晷我們掌握太陽相對地球運動的平面 ABC，D 使其與赤道面或緯圈面的方向相吻合，又由於晷針 P0之方向必須與地球的自轉軸相吻合， 因此，P0必與地平面夾觀測點的緯度角B 高雄22.5度，與晷面方 向相同，且指向北極星。假設 0G的長度為R,依據三角關係，PG必為 RcscB 以高雄為例 CSC22.

7、5 ° =2.613 o日晷使用時必須修正時差的誤差。時差主要有：軌道時差與 地理時差兩種。軌道時差：就是平太陽時與真太陽時的差。因為地球 繞轉太陽的軌道是橢圓軌道，每天的公轉速率不相同，而地球自轉的 速率保持定速，造成太陽的相對時差，也就是說：太陽到達中天子午 線的時間不一定是中午十二時整，有時遲到，有時早到，這樣的時差 最多可達 16分鐘。另一個地理時差與人為因素有關 ，我們定東經 120 °的時間真太陽時 為東經 1 1 2.5 °到1 27.5 °的標準時間，除非恰好住 在東經 120°處，否則都會有地理時差。地理時差每 15°

8、;為一小時，高 雄的地理位置在東經 120°16' ，與 120°相差甚少，每天的地理時差只 約快 1 分鐘，但是其他地方的地理時差便有可能相差 30分鐘。三、製作步驟步驟一：選取適當厚度與硬度的紙板作為材料。步驟二：設定R的長度，則紙板長度至少為 R1 + esc 0 再加上2公分做邊，寬度大約長度的一半即可。 註：以高雄為例，假設定R為1公分，紙板至少長3.61公分再加上2公分的邊。步驟三：以虛線畫出DC線段，晷面左方長為R加1公分的邊， 右方作為地平面，長度為 Rcsc0 也留 1 公分的邊。步驟四：在DC線段上取中點G作PGO線段與DC垂直，距離G點左 方R

9、處，就是0點。步驟五：以0點為圓心，適當的長度為半徑做半圓。步驟六：在半圓上每隔 15度畫半徑，作為時刻的刻度。步驟七：以吸管或適當之木棒、金屬棒，穿過 0點，另一端則固定在P 點。步驟八：使用時，軌針方向正對北方。 註：得依照比例製作不同大小不同的日晷。 四、問題討論1. 使用日晷為何必須修正軌道時差與地理時差？2. 地軸自轉的方向與黃道面的方向夾角 23.5 °，這個角度與日 晷製作有關係嗎？3. 晷針的延長線指向天空，大約指向天空中的哪一顆星？4. 赤道式日晷晷面上的時刻刻度為何是等間隔的？ 因為地球以等速自轉 因為地球以等速公轉5. 晷面刻度的順序是依照哪一個方向制定？ 順時

10、鐘方向逆時鐘方向。6. 假設高雄的日晷拿到北緯 45度的地方使用，應該做何改變？7. 赤道式日晷各有何優缺點？貳、地平式日晷一、太陽的運動二、地平式日晷由於太陽相對於地球運轉並非以地平面為準，因此地平式日晷的刻度必然非均勻，牽涉到複雜的數學計算。此處藉由赤道式日晷等分刻度的原理，以製圖的方式製作地平式日晷的晷面刻度，顯得比較容三、製作步驟步驟一：選取適當厚度與硬度的紙板作為材料。步驟二：設定小圓O'的半徑為R的長度，則紙板長度至少為R1 + CSC9 再加上2公分做邊，寬度則大約需要長度的兩倍假設為A4 紙，橫拿即可。註：以高雄為例，假設定R為1公分，紙板 至少長 3.61 公分再加上

11、 2 公分的邊 。步驟三：以R的長度作為小圓之半徑畫圓；並以 Rcsc9的長度作半 徑畫大圓，並使兩圓相切於 L 直線。步驟四：作平行線L'、L、及66線，並連接二圓之圓心 00'。 步驟五：以虛線在小圓 O' 的右半圓 L' 右方 畫出 12等份的刻度，虛 線間隔均為15°，向外延伸至L直線，並分別將交點連接 0 點。步驟六：剪下晷針，黏貼於 0與12之間，並使0O吉合。步驟七：剪下大圓O作為晷面。使用時，晷針方向12對準正北方。步驟八：亦得以選取大圓 0適當的局部作為晷面。四、問題討論1. 使用地平式日晷需要修正軌道時差與地理時差嗎？2. 地平式日

12、晷與 23.5 °有關嗎？3. 晷針的延長線會指向天空中的哪一顆星？4. 地平式日晷越往北方使用，晷面上的時刻刻度將作何變化？5. 地平式日晷的晷面刻度 時刻有等分的可能嗎？6. 你能夠將地平式日晷變換為垂直式日晷嗎？使用器材：B4厚紙板每人1張、吸管每人1支、圓規、量角器、直尺、筆、小剪刀、單孔打洞器、膠帶。(CSC 225。=2613)0單元一阿波羅的金馬車活動一：世界各地看日出一、孫燕姿看日出二、張惠妹看日出三、濱崎步看日出四、愛斯基摩人看日出?可以畫在活動二：觀察日晷1. 赤道式日晷的晷面共有幾個小時的刻度?2. 赤道式日晷晷面的小時刻度：是均勻的刻度中午附近的刻度比較密集清晨與黃昏比較密集。3. 赤道式日晷的晷面:垂直立於地面上平放在地面上與地平面傾斜。4. 從日晷的側面觀察，嘉義太陽館北回歸線的赤道式日晷晷面應該與地平面夾角口 90度 口 45度 口 66.5度 口 23.5度。5. 從赤道式日晷的側面素描一下它的側面圖，並且標出：晷針、晷6. 觀察赤道式日晷的晷針，它和晷面的垂直法線方向 1相吻合2夾23.5度角夾45度角。7. 接上題，晷針的指向和地平線夾幾度角？ 8. 赤道式日晷的晷針應指向 東方西方南方北方。活動三：評量一下1. 為什麼赤道式日晷的晷面必須與地面傾斜？因為太陽運行的路徑與晷面符合因為日晷在北回歸