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简介
组合式日晷将常见的地平式日晷、赤道式日晷、垂直式日晷、节气式日晷集为一身，通过更换晷面、晷针，调整晷面倾斜角度来实现不同的功能，还能通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间、节气以及探究一天中太阳影子变化规律，测量太阳高度角等。组合式日晷主要适用于小学的科学教学、中学天文地理的教学等。
组合式日晷能在老师讲课时，让学生更容易理解我国古代天文仪器——赤道日晷的原理以及使用方法，并且弥补了单一日晷的一些缺点。组合式日晷还解决了在室内不能演示日晷的难题，增加了互动环节，让学生能自己动手测量太阳高度角、画晷影线。
设计方案
在课堂上接触到日晷的知识后，我想进一步探究其中的原理。日晷有好多种，但归类起来可分为地平式日晷、赤道式日晷、垂直式日晷、节气式日晷。我自己动手做了几个不同类型日晷来观察晷影变化和时间的关系，研究日晷的工作原理。但同时使用几种日晷比较不方便，而且还必须有日光。能不能把它们组合在一起呢?我反复比较、画图，又请教老师，做了几个方案后发现，如果晷面和晷针可以更换，就能在1个装置上实现不同种类的日晷功能。
各种日晷主要的不同在于晷面、晷针以及晷面的倾斜角度。只要把这3个问题解决了，组合式日晷就能发明出来了。我和科学老师、爸爸讨论过各种方案，也经历了一次次失败，最终找到了1种好的方案：把晷面做成活动的，晷针做成可拆卸的；把各种晷针与晷面用螺栓、螺帽连接，可随时更换；各种晷面画在CD盘一样大的纸上，粘贴在CD盘两面，放在1个用合页连接的可调节角度的基座上，再安装上水平式指南针来调节方向和高低；装上1个小电子钟来比对时间，这样1个组合式日晷就发明出来了。
在接下来反复试验的过程中，为了弥补不能在室内演示的缺陷，又增加了早晚太阳运行轨道和小手电；增加了空白晷面，可以动手记录太阳影子的长短、方向。
“组合式日晷”使用前的准备
组装完毕的组合式日晷如图1。调整组合式日晷方向，使晷面圆心和指南针所连成的线与南北方向线重合，圆心向南。同时根据水平仪，调整底板高低(可使用纸片来垫)，使组合式日晷处于水平位置。然后根据日晷的不同类型和室内、室外的演示要求来调整晷面、太阳运行轨迹的角度；按季节调整太阳直射点轨迹，更换不同的晷针。
日晷测量演示说明
地平式日晷
室外观察：换上地平式日晷晷面，安装上地平式日晷三角晷针，利用量角器、调整晷针角度，使晷针指向北天极。南京地区所处纬度为北纬32°，所对应的晷针角度为90°—32°＝58°。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。
室内演示准备工作与室外相同(除非特别说明，各种日晷室内演示的准备都与室外相同)。观察时按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。见图2。
赤道式日晷
室外观察：换上赤道式日晷晷面，安装上赤道式日晷晷针，调整晷面倾斜角度，使晷针指向北天极。晷面倾斜角度为当地的纬度的余角。南京纬度为北纬32°，所对应的晷面倾斜角度为90°－32°＝58°。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。见图3。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。从春分到秋分期间，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，晷针的影子投向晷面的下方。
垂直式日晷
室外观察：换上垂直式日晷晷面，调整晷面倾斜角度，使晷面与地面垂直，使晷针指向南。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示，见图4。
节气式日晷
室外观察：换上赤道式日晷晷面，安装上赤道式日晷晷针，调整晷面倾斜角度，使晷针指向北。晷面与地面的角度在春分与秋分时为当地的纬度，其余季节依据节气的不同而调整。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。和赤道式日晷相比，它的晷影始终在面板上面，只看上面就可知时间。当地太阳高度角越大，晷面倾斜角度越大；当地太阳高度角越小，晷面倾斜角度越小，夏至时最大，冬至时最小。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演不。
测量太阳高度角
室外观察：安装上地平式日晷三角晷针，使晷针指向太阳。当晷针的投影成一点时，晷针与晷面的夹角即太阳高度角。用量角器测量角度即可知太阳高度角。
室内演示：准备时安装上地平式日晷三角晷针，使晷针指向小手电。按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。当晷针的投影成一点时，晷针与晷面的夹角即太阳高度角。用量角器测量角度即可知太阳高度角，见图5。
测节气
室外观察：换上测节气晷面、短晷针，晷针顶端所指的晷影线即所在时节的节气。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。晷针顶端所指的晷影线即所在时节的节气。
自己动手画晷影线
室外观察：换上空白晷面，在1天中的不同时刻，点上晷针顶端所指的投影点，连成1条线就是本时节晷影线，不同的时节有不同的晷影线，见图6。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。在1天中的不同时刻，点上晷针顶端所指的投影点，连成1条线就是本时节晷影线，不同的时节有不同的晷影线。
室内短时间内演示全天、全年晷影运行
装上早晚太阳运行轨道，打开小手电，沿模拟太阳运行轨道运行，即可演示早晚晷影变化轨迹。按季节调整太阳直射点轨迹，调整太阳运行轨道角度即可演示全年晷影变化轨迹。
因为太阳运行轨迹和地理纬度关系计算相当复杂，我在这里只能模拟它们的关系和运行轨迹。而要让它们在现实中还原，涉及到好多难解决的加工问题。在太阳运行轨道上让光影准确定格定时难度很大，我只能尽力而为。如果能给我更多的时间，我会把它改进得更好。
组合式日晷将常见的地平式日晷、赤道式日晷、垂直式日晷、节气式日晷集为一身，通过更换晷面、晷针，调整晷面倾斜角度来实现不同的功能，还能通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间、节气以及探究一天中太阳影子变化规律，测量太阳高度角等。组合式日晷主要适用于小学的科学教学、中学天文地理的教学等。
组合式日晷能在老师讲课时，让学生更容易理解我国古代天文仪器——赤道日晷的原理以及使用方法，并且弥补了单一日晷的一些缺点。组合式日晷还解决了在室内不能演示日晷的难题，增加了互动环节，让学生能自己动手测量太阳高度角、画晷影线。
设计方案
在课堂上接触到日晷的知识后，我想进一步探究其中的原理。日晷有好多种，但归类起来可分为地平式日晷、赤道式日晷、垂直式日晷、节气式日晷。我自己动手做了几个不同类型日晷来观察晷影变化和时间的关系，研究日晷的工作原理。但同时使用几种日晷比较不方便，而且还必须有日光。能不能把它们组合在一起呢?我反复比较、画图，又请教老师，做了几个方案后发现，如果晷面和晷针可以更换，就能在1个装置上实现不同种类的日晷功能。
各种日晷主要的不同在于晷面、晷针以及晷面的倾斜角度。只要把这3个问题解决了，组合式日晷就能发明出来了。我和科学老师、爸爸讨论过各种方案，也经历了一次次失败，最终找到了1种好的方案：把晷面做成活动的，晷针做成可拆卸的；把各种晷针与晷面用螺栓、螺帽连接，可随时更换；各种晷面画在CD盘一样大的纸上，粘贴在CD盘两面，放在1个用合页连接的可调节角度的基座上，再安装上水平式指南针来调节方向和高低；装上1个小电子钟来比对时间，这样1个组合式日晷就发明出来了。
在接下来反复试验的过程中，为了弥补不能在室内演示的缺陷，又增加了早晚太阳运行轨道和小手电；增加了空白晷面，可以动手记录太阳影子的长短、方向。
“组合式日晷”使用前的准备
组装完毕的组合式日晷如图1。调整组合式日晷方向，使晷面圆心和指南针所连成的线与南北方向线重合，圆心向南。同时根据水平仪，调整底板高低(可使用纸片来垫)，使组合式日晷处于水平位置。然后根据日晷的不同类型和室内、室外的演示要求来调整晷面、太阳运行轨迹的角度；按季节调整太阳直射点轨迹，更换不同的晷针。
日晷测量演示说明
地平式日晷
室外观察：换上地平式日晷晷面，安装上地平式日晷三角晷针，利用量角器、调整晷针角度，使晷针指向北天极。南京地区所处纬度为北纬32°，所对应的晷针角度为90°—32°＝58°。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。
室内演示准备工作与室外相同(除非特别说明，各种日晷室内演示的准备都与室外相同)。观察时按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。见图2。
赤道式日晷
室外观察：换上赤道式日晷晷面，安装上赤道式日晷晷针，调整晷面倾斜角度，使晷针指向北天极。晷面倾斜角度为当地的纬度的余角。南京纬度为北纬32°，所对应的晷面倾斜角度为90°－32°＝58°。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。见图3。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。从春分到秋分期间，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，晷针的影子投向晷面的下方。
垂直式日晷
室外观察：换上垂直式日晷晷面，调整晷面倾斜角度，使晷面与地面垂直，使晷针指向南。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示，见图4。
节气式日晷
室外观察：换上赤道式日晷晷面，安装上赤道式日晷晷针，调整晷面倾斜角度，使晷针指向北。晷面与地面的角度在春分与秋分时为当地的纬度，其余季节依据节气的不同而调整。通过在阳光下观测晷针的影子来确认时间。和赤道式日晷相比，它的晷影始终在面板上面，只看上面就可知时间。当地太阳高度角越大，晷面倾斜角度越大；当地太阳高度角越小，晷面倾斜角度越小，夏至时最大，冬至时最小。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演不。
测量太阳高度角
室外观察：安装上地平式日晷三角晷针，使晷针指向太阳。当晷针的投影成一点时，晷针与晷面的夹角即太阳高度角。用量角器测量角度即可知太阳高度角。
室内演示：准备时安装上地平式日晷三角晷针，使晷针指向小手电。按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。当晷针的投影成一点时，晷针与晷面的夹角即太阳高度角。用量角器测量角度即可知太阳高度角，见图5。
测节气
室外观察：换上测节气晷面、短晷针，晷针顶端所指的晷影线即所在时节的节气。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。晷针顶端所指的晷影线即所在时节的节气。
自己动手画晷影线
室外观察：换上空白晷面，在1天中的不同时刻，点上晷针顶端所指的投影点，连成1条线就是本时节晷影线，不同的时节有不同的晷影线，见图6。
室内演示：按季节调整太阳直射点轨迹，按正午太阳高度角调整太阳运行轨迹高度角，移动小手电来观察、演示。在1天中的不同时刻，点上晷针顶端所指的投影点，连成1条线就是本时节晷影线，不同的时节有不同的晷影线。
室内短时间内演示全天、全年晷影运行
装上早晚太阳运行轨道，打开小手电，沿模拟太阳运行轨道运行，即可演示早晚晷影变化轨迹。按季节调整太阳直射点轨迹，调整太阳运行轨道角度即可演示全年晷影变化轨迹。
因为太阳运行轨迹和地理纬度关系计算相当复杂，我在这里只能模拟它们的关系和运行轨迹。而要让它们在现实中还原，涉及到好多难解决的加工问题。在太阳运行轨道上让光影准确定格定时难度很大，我只能尽力而为。如果能给我更多的时间，我会把它改进得更好。