教學與科普天球儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種教學與科普天球儀，涉及教育技術、天文科學、地球與空間科學的學校教育教學、城鄉(xiāng)科學普及與天體空間研究領域，旨在解決大學、中學、小學教學天文與地理缺乏星球空間教學儀器及制作使用天球儀的設計方案和技術等問題。本發(fā)明由四色地圖地球儀(1)、透明天球儀(2)、赤道經度大圓盤(3)、雙耳弓形緯度半圓盤(4)、天球軸(5)、金屬圓孔平墊(6)兩個、橡膠套管(7)兩個和基座(8)構成，用來演示天文和地球與空間科學中地球儀的北回歸線、南回歸線，天球儀上的天赤道、黃道、白道、天赤道分度線、經緯度空間模型，地理24節(jié)氣、星空中88個星座、中國星官28個星宿等恒星與行星的大致位置及其教學與科普88個星座知識中的自然現象。
【專利說明】教學與科普天球儀

【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利涉及大學、中學、小學的天文知識教學領域和在城市、農村對廣大人民群眾進行科學知識普及，特別涉及引導我國13億人民認識古希臘天文學家發(fā)現天空中88個星座和中國古代天文學家發(fā)現天穹中28個星宿大致位置的天文科學現象、自然科學天體運動規(guī)律和天文、地球、星空教學與研究領域的一種教學與科普天球儀。

【背景技術】
[0002]改革開放35年來，因為西方文化滲透和引進，在我國東南西北城市農村廣大學生中，無不以古希臘天文學家發(fā)現天空中88個星座來認識人的吉兇禍福與榮辱升遷，甚至擇業(yè)與用人，封建迷信活動還用中國古代天文學家發(fā)現天穹中的28個星宿來左右人們家庭生產與生活，學校教學中缺乏天球儀教具，教學與天體星空世界有關的知識缺乏實物模型，與星空世界有關的許多啟蒙知識，靠教師及家長的無知和天球儀器的缺乏去教學，使得13億人民真正了解星空世界基本科學知識的人不多，甚至連高校天文或地理專業(yè)的學生對天球儀的知識和認識知之甚少。
[0003]某些學校實驗室配有不透明的天球儀，由于眾多星座標注不清晰的原因，使得師生在實驗室以墻壁為參照物來認識天球，很難建立讀者站在地球上體驗星空世界和站在天球外感覺宇宙空間形象來建立星際世界無限的空間觀念。
[0004]由浙江省寧波市嘉禾教學儀器有限公司生產制作的《透明天球儀》，存在不少缺陷，主要是其結構中的天球軸為一根直徑為4mm的鐵絲穿過一個直徑為60mm的地球儀，并且用石臘固定小地球儀的南北兩極，讀者在使用過程中轉動天球軸，地球儀容易松動滑落，產生不良的演示效果，地球儀球面上各個國家的顏色超過了 5種，顏色過多且文字太小，影響讀者通過天球觀察地球，了解天文和地理相關信息，其說明書太簡，使用這種天球儀，大多數教師認為與當代中小學教學無關，中學生和大學生不知道地球儀上的經緯度與天球儀球面上360°分度線之間關系，對于地球儀經緯度與天球儀經緯度的區(qū)別與聯系更為湖涂。
[0005]發(fā)明人指導學生創(chuàng)新發(fā)明，2013年取得的實用新型專利《透明四色經緯度天球儀》(專利號:201320212205.7)，是在前述兩種天球儀的基礎上改進而成，由于工作學習太忙以及參加第28屆縣、市、省、全國青少年科技創(chuàng)新大賽，急于參賽和申報專利等各方面的原因，在設計和試驗過程中尊重學生的意愿，有幾個方面考慮不周，設計欠妥。制作、試驗和使用《透明四色經緯度天球儀》，發(fā)現在地球儀南半球的球殼上和赤道經度大圓盤上各鉆3至4個小孔，工序太麻煩，由于地球儀球殼厚度有限，鉆孔過程中容易穿破球殼，損壞南半球，而且用小螺絲釘把赤道經度大圓盤固定在南半球上以后，受天氣炎熱和氣候寒冷的驟冷驟熱變化，使得螺絲松動，影響演示的效果。在旋轉天球軸時，緯度半圓盤容易從天球軸脫離，卡在天球殼內，影響天球軸帶動地球儀和赤道經度大圓盤轉動，特別是，應用不銹鋼圓柱體制作天球軸，鉆孔極難，無論是在天球軸上用焊接金屬柱的技術來固定緯度半圓盤，以及在緯度半圓盤上和天球軸上分別鉆孔，用螺絲把緯度半圓盤固定在天球軸上，都容易使緯度半圓盤從固定在天球軸上的位置因螺絲逐漸松動后脫落，影響了透明四色經緯度天球儀的使用壽命、產品質量和演示效果。本發(fā)明是透明四色經緯度天球儀的赤道經度大圓盤上印刷的半徑線和緯度半圓盤上印刷的“半徑線都是黑色的，通過透明有機玻璃的反射作用，使用時觀察效果不太清楚，眾多用戶建議改正，本發(fā)明分別使用紅色和紫色來克服這一弱點，取得良好的發(fā)明效果，使得本發(fā)明經過近兩年的改進與試驗，在克服上述眾多缺陷的基礎上產生了在該領域內的關鍵技術形成的發(fā)明。
[0006]在我國廣大城市和農村，上至院士，下至農民中的文盲，沒有多少人見過《透明四色經緯度天球儀》和其它天球儀，對天球上88個星座也知之甚少，近10多年來，有眾多的封建迷信傳播的信徒和邪教信徒利用部分星空世界的星座和中國星空28個星宿迷信工人、農民和少數干部，這些受到影響的工人、農民和干部皆因對星空世界天文科學知識知之甚少而上當受騙，有的不能自拔。因此，在天文科學普及的理論上和地球與空間科學文化的過程中有必要在制作和使用天球儀的技術與方法等幾個方面進行創(chuàng)新、創(chuàng)造與發(fā)明，對現有天球儀進行必要的技術改進和應用方法創(chuàng)新，發(fā)明制作本發(fā)明的教學與科普天球儀。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明專利旨在解決大學、中學、小學教學天文科學知識與在城市、農村對廣大人民群眾進行天文科學知識普及缺乏基本的教學儀器，通過說明書介紹88個星座，通過說明書介紹88個星座，以提供一種便于制作，演示效果直觀、準確、應用范圍較大，科學原理和科學知識確切、制作方法和技術可靠，便于師生和讀者認識星空，理解天文科學和應用空間科學的一種教學與科普天球儀。
[0008]本發(fā)明專利的目的是通過以下的技術方案實現的。
[0009]本發(fā)明專利的一種教學與科普天球儀，其特征在于:由四色地圖地球儀(I)、透明天球儀(2)、赤道經度大圓盤(3)、雙耳弓形緯度半圓盤(4)、天球軸(5)、金屬圓孔平墊(6)兩個、橡膠套管(7)兩個和基座(8)構成。赤道經度大圓盤(3)安裝在四色地圖地球儀(I)的南半球上，使得印有紅色的360條半徑線的面跟南半球的赤道在同一個平面內，把四色地圖地球儀(I)的北半球蓋在赤道經度大圓盤(3)上，再用少量粘合劑固定，使得南北兩個半球看起來仍顯示出跟中間沒有夾住透明的赤道經度大圓盤(3) —樣的效果，這時插入天球軸(5)，使其穿過赤道經度大圓盤(3)中心的圓孔和四色地圖地球儀(I)上南北兩極的小孔，雙耳弓形緯度半圓盤(4)通過內卡口垂直地卡于赤道經度大圓盤(3)的外卡口，雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳卡于天球軸(5)的兩個卡口內，雙耳弓形緯度半圓盤(4)挖去的部分卡住四色地圖地球儀(I)，先在天球軸(5)上北天極卡口位置安裝一個金屬圓孔平墊(6)，再套上一個橡膠套管(7)，又在天球軸(5)上南天極卡口位置安裝一個金屬圓孔平墊(6)，也套上一個橡膠套管(7)，置入透明天球(2)的南半球內，被透明天球儀(2)的北半球蓋住，使天赤道0°刻度線正對，最后用專用透明膠把透明天球儀(2)的南北兩個半球固定，通過天球軸(5)把四色地圖地球儀(I)、透明天球儀(2)和雙耳弓形緯度半圓盤(4)固定在透明天球儀(2)球殼的內部，裝配制成本發(fā)明的教學與科普天球儀。
[0010]本發(fā)明所述的四色地圖地球儀⑴是根據發(fā)明人的發(fā)明專利《四色地圖地球儀》制作出來的，球面上220多個國家和地區(qū)只有4種不同的顏色，就將它們在邊界線區(qū)別開來，使得具有共同邊界的國家或地區(qū)顏色不同，球面上各國家的顏色是根據發(fā)明人的《四色地圖地球儀》專利中所述四色地圖串圈著色理論和四色地圖串圈計算方法計算出來再計制作完成；四色地圖地球儀(I)分南北兩個半球，南半球球殼內側厚度一半處向內向上有多余半球且厚度為半球球殼厚度的一半的一個圓環(huán)，北半球球殼中間位置向內由赤道向北極挖去了一個圓環(huán)套，使得北半球的圓環(huán)套可與南半球的圓環(huán)齒合，并在南北球球殼多余的圓環(huán)上，以0°和180°，東經90°和西經90°各為中心位置，分別向兩側往赤道方向共開有4個弧形缺口至赤道的卡口，卡口的長度約等于四色地圖地球儀(I)赤道長的八分之一，卡口的寬度等于四色地圖地球儀(I)球殼厚度的一半。
[0011]本發(fā)明所述的透明天球儀(2)是由浙江省寧波市嘉禾教學儀器有限公司按國家天文科學有關規(guī)定制作出來的。
[0012]本發(fā)明所述的赤道經度大圓盤(3)是用透明的有機玻璃和改進實用新型專利《透明四色經緯度天球儀》(專利號:ZL201320212205.7)的技術方案制作，它的直徑略小于透明天球儀球殼的內直徑，下表面印刷360等分圓周的360條紅色半徑線，相鄰兩條半徑線的夾角為1°，在中心位置鉆有I個小孔，小孔的直徑等于天球軸(5)的直徑，任選一條半徑線表示0°經線，反向印刷“本初子午線”5個漢字，確定本初子午線的位置，在逆時針方向上，從0°半徑線開始，每間隔10°，分別標注東經0°，東經10°，東經20°，東經30°，東經40°，東經50°，東經60°，東經70°，東經80°，東經90°，東經100°，東經110°，東經120°，東經130°，東經140°，東經150°，東經160°，東經170°，東經180°各半徑線；在順時針方向上，從0°半徑線開始，每間隔10°，分別標注西經0°，西經10°，西經20°，西經30°，西經40°，西經50°，西經60°，西經70°，西經80°，西經90°，西經100°，西經110°，西經120°，西經130°，西經140°，西經150°，西經160°，西經170°，西經180°各半徑線。其中，西經0°與東經0°重合，西經180°和東經180°重合；在0°經線中間位置向外側往西經方向開挖一條窄縫似的外卡口，外卡口的寬度等于雙耳弓形緯度半圓盤(4)的厚度，又在距中心的半徑等于四色地圖地球儀(I)內徑處，分別以東經45°，東經135°，西經45°，西經135°為中間位置，向外開挖4個圓孤形槽的卡口，卡口的弧長約等于赤道長的八分之一，卡口的寬度等于四色地圖地球儀(I)南半球上多余的內環(huán)的厚度，也等于四色地圖地球儀(I)球殼厚度的一半，能把赤道經度大圓盤(3)卡在四色地圖地球儀(I)的南半球上，使赤道經度大圓盤(3)的下表面的紅色半徑線及其文字信息，與四色地圖地球儀(I)南半球的赤道在同一平面內。
[0013]本發(fā)明所述的雙耳弓形緯度半圓盤(4)由透明的有機玻璃制成，由I個半徑跟赤道經度大圓盤(3)半徑相同的半圓形與多于天球軸(5)中心剖面一半的一個曲邊矩形合成的雙耳弓形，雙耳的寬度不超過天球軸(5)的直徑，以弓形所在圓的圓心為中心，印刷有180等分半圓的181條紫色的半徑線，中間的一條半徑叫做0°緯線，在逆時針方向上，從O。半徑線開始，每間隔10°，分別標注北緯0°，北經10°，北緯20°，北緯30°，北緯40。，北緯50°，北緯60°，北緯70°，北緯80°，北緯90°各條半徑線；在順時針方向上，從O。半徑線開始，每間隔10°，分別標注南緯0°，南經10°，南緯20°，南緯30°，南緯40°，南緯50°，南緯60°，南緯70°，南緯80°，南緯90°各條半徑線；在0°緯線上北緯方向從中心位置開始，向外開挖一條窄縫似的內卡口，內卡口的長度等于赤道經度大圓盤
(3)半徑的一半，外卡口的寬度等于赤道經度大圓盤(3)的厚度，從中心開始，在0°緯度南緯方向，開挖一個半徑等于四色地圖地球儀(I)半徑且中心角為90°的直角扇形，在0°緯線北緯方向，先開挖寬度等于赤道經度大圓盤(3)的厚度、長度等于四色地圖地球儀(I)的半徑的曲邊梯形，再往北緯方向開挖一個半徑等于四色地圖地球儀(I)的半徑且中心角為90°的直角扇形，同時挖穿雙耳弓形緯度半圓盤(4)半圓形外多余的曲邊矩形。
[0014]本發(fā)明所述的天球軸(5)由不銹鋼圓柱體材料制作，其中部為圓柱體形，長度等于四色地圖地球儀(I)的直徑，再加上赤道經度大圓盤(3)厚度的和，由天球軸(5)中間一段圓柱體形向外，兩方各剖去圓柱的一半，使得兩個剖面在同一個平面上，兩個剖面的長度與中間那段圓柱的長度之和等于雙耳弓形緯度半圓盤(4)下表面內半圓的直徑，與兩個剖面相鄰，又各留一段圓柱體形，并由剖面開始，在向外的方向上各開挖一個卡口，以雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳各能插入其中一個卡口適宜，天球軸(5)兩端各是一段直徑小于天球軸(5)的直徑的外螺蚊。
[0015]本發(fā)明所述的金屬圓孔平墊(6)是市場上廣泛銷售的標準金屬件，平墊中心有一個圓孔，孔的直徑等于天球軸(5)的直徑。
[0016]本發(fā)明所述的橡膠套管(7)是內直徑略小于天球軸(5)的直徑，是具有彈性和收縮力的管狀零件，稍微擴張可套在天球軸(5)上開挖了卡口的位置且已經安裝雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳的那段圓柱體形上，并把金屬圓孔平墊￠)固定在天球軸(5)卡口的位置上。
[0017]本發(fā)明所述的基座(8)是半圓形緯度支架和底座構成，由螺絲連接，緯度支架上半圓形緯度支架的一個面上有181條刻度線，180等分了支架上的半圓形，最中間的一條刻度線標有阿拉伯數字“0”，在順時針和逆時針方向上，從O開始，每間隔10°，分別標注的阿拉伯數字是 10，20，30，40，50，60，70，80，90，
[0018]發(fā)明專利《教學與科普天球儀》的有益效果
[0019]1.應用四色地圖串圈計算方法和四色地圖串圈著色理論計算四色地圖。
[0020]2.應用教學與科普天球儀演示天赤道、地赤道、北回歸線、南回歸線、南極圈、北極圈等概念。
[0021]3.演示太陽相對地球在空天中運行的軌道-黃道,黃道所在的平面與地赤道所在的平面的交角，即黃道與赤道經度大圓盤(3)的夾角約為23° 26'。
[0022]4.演示天赤道360等分線，在360°的范圍內，天赤道上360條分度線跟地球儀上東經、西經各度數的關系。
[0023]5.演示地球上一年中的24個節(jié)氣在黃道中太陽的位置及其大致的日期，并用天赤道0°分線與地赤道子初子午線確定的0°經線對應，把地球儀當作參照物，即觀察者站在地球上，用地球儀上的經緯度來描述太陽位置的經緯度。
[0024]6.按天球儀上天赤道的分度線和東經、西經、南緯、北緯等概念共同描述天球儀球面上的88個星座和28個星宿，在科學普及的前提下，用科學的天文知識教育民眾，破除西方應用88個星座確定命運和國內利用28個星宿創(chuàng)造迷信封建意識。
[0025]7.本發(fā)明的結構簡單，原理科學，設計更加趨向合理，制作工藝更加簡化，制造技術要求不太高、安全、環(huán)保，安裝與使用方便，演示效果和范圍拓寬，既有利于大學、中學、小學教學天文、地理等地球與空間科學知識，作演示實驗與學生動手試驗、演示與制作，又能用于全社會對人們進行天文、地理等科學知識與文化活動普及，樹立人們的空間觀念與太空意識，在天文科學文化自覺與知識技能積累以后，不斷抵制、反對和根除迷信與邪教。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的教學與科普天球儀結構示意圖。
[0027]圖2是本發(fā)明的四色地圖地球儀(I)的示意圖。
[0028]圖3是本發(fā)明的透明天球儀(2)的示意圖。
[0029]圖4是本發(fā)明的赤道經度大圓盤(3)的示意圖。
[0030]圖5是本發(fā)明的雙耳弓形緯度半圓盤(4)的示意圖。
[0031]圖6是本發(fā)明的天球軸(5)的示意圖。
[0032]圖7是本發(fā)明的金屬圓孔平墊(6)的示意圖。
[0033]圖8是本發(fā)明的橡膠套管(7)的示意圖。
[0034]圖9是本發(fā)明的基座⑶的不意圖。
[0035]圖中標號說明
[0036]I四色地圖地球儀、2透明天球儀、3赤道經度大圓盤、4雙耳弓形緯度半圓盤、5天球軸、6金屬圓孔平墊、7橡膠套管、8基座。

【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明發(fā)明的詳細結構、應用原理、作用與功效，參見附圖1至圖9，通過如下的實施方案予以具體說明。
[0038]本發(fā)明的教學與科普天球儀的詳細結構，其特征在于:由四色地圖地球儀(I)、透明天球儀(2)、赤道經度大圓盤(3)、雙耳弓形緯度半圓盤(4)、天球軸(5)、金屬圓孔平墊
(6)兩個、橡膠套管(7)兩個和基座(8)等構成；其中，赤道經度大圓盤(3)被四色地圖地球儀(I)南北兩個半球通過4個圓弧形卡口卡住，被粘合劑固定，赤道經度大圓盤(3)下表面印刷了 360等分圓周的360條紅色半經線跟四色地圖地球儀(I)的赤道在同一個平面上，天球軸(5)順次穿過四色地圖地球儀(I)北極的圓孔、赤道經度大圓盤(3)中心的圓孔和四色地圖地球儀(I)南極的圓孔，雙耳弓形緯度半圓盤(4)的下表面印刷了 180等分半圓的181條紫色的半徑線，其內卡口通過赤道經度大圓盤(3)的外卡口，互相垂直，雙耳弓形緯度半圓盤(4)上挖去的部分卡住四色地圖地球儀(I)，雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳卡于天球軸(5)的兩個卡口內，先各安放一個金屬圓孔平墊(6)套住天球軸(5)卡口處的圓柱及雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳，用兩個橡膠套管(7)各套住天球軸(5)開有卡口的圓柱段和雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳，使雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳和金屬圓孔平墊(6)被橡膠套管(7)固定在天球軸(5)的卡口處，置于透明天球儀(2)的兩個半球殼內，用專用透明膠固定透明天球儀(2)的南北兩個半球，安裝在基座(8)的緯度器上，通過天球軸(5)把四色地圖地球儀(I)、赤道經度大圓盤(3)和雙耳弓形緯度半圓盤(4)安裝在透明天球儀(2)透明球殼的內部，制成本發(fā)明的教學與科普天球儀。
[0039]實施本發(fā)明的部分技術方案，可利用現有地球儀生產廠家最好的技術生產制作質量較好的四色地圖地球儀(I)，利用有關教學儀器廠生產透明天球儀(2)的球殼、基座(8)，利用全國各地標準件廠定點生產天球軸(5)，金屬圓孔平墊(6)和橡膠套管(7)，利用生產三角板、量角器的工廠技術和設備生產赤道經度大圓盤(3)和雙耳弓形緯度半圓盤(4)，利用這些零件，組裝成質量較好的教學與科普天球儀。
[0040]參見圖1，本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述四色地圖地球儀(I)，是根據發(fā)明人的發(fā)明專利《四色地圖地球儀》制作出來的，球面上220多個國家和地區(qū)只有4種不同的顏色，就將它們在邊界線區(qū)別開來，使得具有共同邊界的國家或地區(qū)顏色不同，球面上各國家的顏色是根據發(fā)明人《四色地圖地球儀》專利中所述四色地圖串圈著色理論和四色地圖串圈計算方法計算出來再設計制作完成；四色地圖地球儀(I)分南北兩個半球，南半球球殼內側厚度一半處向內向上有多余半球且厚度為半球球殼的一半的一個圓環(huán)，北半球球殼中間位置向內由赤道向北挖去了一個圓環(huán)套，使得北半球的圓形套與南北球的圓環(huán)齒合，并在南北球球殼多余的圓環(huán)上，以0°和180°，東經90°和西經90°各為中心位置，分別向兩側往赤道方向共開有4個弧形缺口至赤道的卡口，卡口的長度約等于赤道長的八分之一，卡口的寬度等于四色地圖地球儀(I)球殼厚度的一半。
[0041]參見圖2，本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述透明天球儀(2)是由浙江省寧波市嘉禾教學儀器有限公司按國家天文科學有關規(guī)定制作出來的。
[0042]參見圖3，本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述赤道經度大圓盤
(3)是用透明的有機玻璃和部分改進實用新型專利《透明四色經緯度天球儀》(專利號:201320212205.7)的技術方案制作，它的直徑略小于透明天球儀球殼的內直徑，下表面印刷360等分圓周的360條紅色半徑線，相鄰兩條半徑線的夾角為1°，在中心位置鉆有I個小孔，小孔的直徑等于天球軸(5)的直徑，任選一條半徑線表示0°經線，反向印刷“本初子午線”5個漢字，確定本初子午線的位置，在逆時針方向上，從0°半徑線開始，每間隔10°，分別標注東經0°，東經10°，東經20°，東經30°，東經40°，東經50°，東經60°，東經70°，東經80°，東經90°，東經100°，東經110°，東經120°，東經130°，東經140°，東經150°，東經160°，東經170°，東經180°各半徑線；在順時針方向上，從0°半徑線開始，每間隔10° ,分別標注西經0°，西經10°，西經20° ,西經30°，西經40°，西經50°，西經60°，西經70°，西經80°，西經90°，西經100°，西經110°，西經120°，西經130°，西經140°，西經150°，西經160°，西經170°，西經180°各半徑線。其中，西經0°與東經0°重合，西經180°和東經180°重合；在0°經線中間位置向外側往西經方向開挖一條窄縫似的卡口，外卡口的寬度等于雙耳弓形緯度半圓盤(4)的厚度，又在距中心的半徑等于四色地圖地球儀(I)內徑處，分別以東經45°，東經135°，西經45°，西經135°為中間位置，向外開挖4個圓孤形槽的卡口，卡口的弧長約等于赤道長的八分之一，卡口的寬度等于四色地圖地球儀(I)南半球上多余的內環(huán)的厚度，也等于四色地圖地球儀(I)球殼厚度的一半，能把赤道經度大圓盤(3)卡在四色地圖地球儀(I)的南半球上，使赤道經度大圓盤(3)的下表面的紅色半徑線及其文字信息，與四色地圖地球儀(I)南半球的赤道在同一平面內。
[0043]參見圖4本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述雙耳弓形緯度半圓盤(4)由透明的有機玻璃制成，由I個半徑跟赤道經度大圓盤(3)半徑相同的半圓形與多于天球軸中心剖面一半的一個曲邊矩形合成雙耳弓形，雙耳的寬度不超過天球軸(5)的直徑，以弓形所在圓的圓心為中心，印刷有180等分半圓的181條紫色的半徑線，中間一條半徑叫做0°緯線，在逆時針方向上，從0°半徑線開始，每間隔10°，分別標注北緯0°，北經10。，北緯20°，北緯30°，北緯40°，北緯50°，北緯60°，北緯70°，北緯80°，北緯90°各條半徑線；在順時針方向上，從0°半徑線開始，每間隔10°，分別標注南緯0°，南經10°，南緯20°，南緯30°，南緯40°，南緯50°，南緯60°，南緯70°，南緯80°，南緯90°各條半徑線；在0°緯線上北緯方向從中間位置開始，向內開挖一條窄縫似的內卡口，內卡口的長度等于赤道經度大圓盤(3)半徑的一半，內卡口的寬度等于赤道經度大圓盤(3)的厚度；雙耳弓形緯度盤(4)從中心開始，有一部分被挖去，是從中心開始，在0°緯度線的南緯方向，開挖一個半徑等于四色地圖地球儀(I)半徑且中心角為90°的直角扇形，在0°緯線的北緯方向，先開挖寬度等于赤道經度大圓盤(3)的厚度、長度等于四色地圖地球儀(I)的半徑的曲邊梯形，再往北緯方向開挖一個半徑等于四色地圖地球儀(I)的半徑且中心角為90°的直角扇形，同時挖穿雙耳弓形緯度半圓盤(4)半圓形外多余的曲邊矩形。
[0044]參見圖5，本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述天球軸(5)由不銹鋼圓柱體材料制作，其中部為圓柱體形，長度等于四色地圖地球儀(I)的直徑，再加上赤道經度大圓盤(3)厚度的和，由天球軸(5)中間一段圓柱體形向外，兩方各剖去圓柱的一半，使得兩個剖面在同一個平面上，兩個剖面的長度與中間那段圓柱的長度之和等于雙耳弓形緯度半圓盤(4)下表面內半圓的直徑，與兩個剖面相鄰，又各留一段圓柱體形，并由剖面開始，在向外的方向上各開挖一個卡口，以雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳各能插入其中一個卡口適宜，天球軸(5)兩端各是一段直徑小于天球軸(5)的直徑的外螺蚊。
[0045]參見圖6，本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述金屬圓孔平墊(6)是由金屬制成的圓柱筒形標準零件，厚度適宜，圓孔內直徑等于天球軸(5)中部圓柱的直徑，平墊的外直徑大于天球軸(5)的直徑，其功能在于把雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳插入天球軸(5)兩方的卡口內后，用金屬圓孔平墊(6)套在卡口處，使得安裝在天球軸(5)的雙耳弓形緯度半圓盤(4)不會因為軸的轉動而脫落。
[0046]參見圖7，本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述橡膠套管(7)是內直徑略小于天球軸(5)的直徑，是具有彈性和收縮力的管狀零件，稍微擴張可套在天球軸
(5)上開挖了卡口的位置且已經安裝雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳的那段圓柱體形上，并把金屬圓孔平墊(6)和雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳固定在天球軸(5)卡口的位置上。
[0047]參見圖8，本發(fā)明發(fā)明的教學與科普天球儀，其特征在于:所述基座(8)是半圓形緯度支架和底座構成，由螺絲連接，緯度支架上半圓形緯度支架的一個面上有181條刻度線，180等分了支架上的半圓形，最中間的一條刻度線標有阿拉伯數字“0”，在順時針和逆時針方向上，從O開始，每間隔10。，分別標注的阿拉伯數字是10，20，30，40，50，60，70，80，90，
[0048]本發(fā)明的教學與科普天球儀模型是從2011年開始，經過3年試制，在應用中檢測效果和考察產品質量過程不斷改進和創(chuàng)新的一種成熟的技術方案，在與全國各地地球與空間科學專家學者，地理與科學課程教師、科技教師與科技輔導員探討過程中逐步創(chuàng)造發(fā)明的，在祖國大江南北，許多人從未見過這種質量的天球儀，很多人對天球儀中演示的星座及其星空知識知之甚少，存在學習與天球有關專業(yè)的大學生對天球知識缺乏的現象，因此，本發(fā)明的教學與科普天球儀，可用來培養(yǎng)青少年學生的空間觀念，幫助社會各界不同年齡階段的讀者觀察認識與星座、恒星、天體有關的天文現象，學習理解地球與空間科學中星座的基礎知識，更好地利用天球儀在教學與科普活動中普及星空知識和自然現象。應用天球儀，除了在中小學搞好地理、天文、地球與空間科學、數學、物理等學科教學外，還應在全社會，利用文化站、圖書館、科技館、工會娛樂室、文化館等，引導我國廣大人民群眾認識和了解天球、觀察星空世界，破除迷信，使在地球上生活的人們，不迷信奴魔鬼怪，在天空中，不異化星座與天宮，利用現代科學技術，購買或自制望遠鏡和天球儀，廣泛開展觀察天空的科技實踐活動，揭開天宮沒有玉皇和神仙、星座和星星被神化的面紗。
[0049]在天球儀上，首先要了解天球球面內部的四色地圖地球儀，可以開展以下各種活動。把學生和讀者的視線轉向天球，觀察天體，就要了解太陽系、銀河系、河外星系最基本的天文、地球與空間科學最基本的基礎知識，還要注意全世界天文學家的最新發(fā)現和最新的研究成果，只有青少年養(yǎng)成觀察天空的習慣，所有無所事事，學習沒有興趣，德育教育困難，學生愛逃課、缺課、不聽老師和家長的話等許多不良現象就會改變，因為學生有了利用天球儀學習的興趣和自覺的行為，去觀察、去體會、去學習、去探究浩瀚無際的星空世界，就有了很多有趣的活動吸引他們，人們有天體知識和空間觀念，特別是認識了星空的物質和運動，用望遠鏡識別了星空的真面目之后，學習動力和習慣在思想、意識和行為各個方面都有良好改變。
[0050]演示實驗1:恒星東升西落。雙手握住天球儀北極，水平放置，左東右西，使透明天球儀球殼順時針旋轉運動，可以觀察到恒星是從左邊升起，從西邊落下的東升西落現象。天體東升西落運動使用教學與科普天球儀，從北天極向下看，順時針旋轉，這是觀測者對恒星天球上恒星周日運動方向的嚴格表述方法。因此，與天文學、物理學、地理學、地球與空間科學對旋轉運動描述多相統一，可演示以下兩個方法:(I)從北天極的一切順時針的運動方向稱為自東向西運動，或右旋，其方向定為向西；(2)從北天極的一切逆時針的運動方向稱為自西向東運動，或左旋，其方向定為向東；天球上的一種運行更趨近于北天極稱為向北，天球上一種運行更趨于南天極稱為向南，于是，本發(fā)明可以演示天體東升西落運動。
[0051]夜晚，在夜幕下多看一會兒，就會發(fā)現，不斷有新的星星從東方升起，而西天低空的星星則越來越低，最后落于西天，每天如此，周而復始，這就是恒星的東升西落現象，跟太陽總是從東方升從西方落的原理是一樣的，是由地球自轉造成的，每天晚上同一時刻在夜幕下仰望星空，就會發(fā)現，同一顆星星升起的時刻，每過一天就會提前4分鐘左右。
[0052]例如，某顆星I月I日晚8點，從東方冉冉升起，10天后同一時刻再去觀察，這顆星已經升起很高了，3個月后再看這顆星，會在白天悄悄地出現于天空正南方，等到次年I月I日晚8點，再觀察，這顆星又在東方出現了，這就說明這顆星已經升起了一晝夜。
[0053]天球的赤道叫做天赤道，這是地球的0°經線在天上的對應物，由于地球的自轉，天上的星星東升西落，其實是指天赤道附近的星星，實際上星星是沿赤緯線運動的，在北天極附近，可以明顯地看出星星在圍繞北天極轉圈子，這是以地球為參照物相對的視覺效果，青少年學生不用天球儀做這些實驗，進行本體感受，很難理解人們看見太陽東升西落的運動實際上是太陽沿天赤道這條赤緯線運動，始終圍繞北天極轉圈子，學生沒有應用天球儀學習觀察的這些活動，學習物理學的電磁感應現象，應用左手螺旋法則和右手螺旋法則遇到學習困難就不難解釋了。
[0054]演示實驗2:地平圈東南西北四個方向。在教學與科普天球儀上，過天球中心的鉛垂線與天球的兩個交點稱為天頂和天底，過球心與天頂和天底確定的直線垂直的平面(地平面)在天球上截得的大圓為地平圈，過天頂、天極、天底，并與地平圈垂直的大圓稱為子午圈，子午圈和地平圈交于兩點，分別是北點和南點，這里，北點是北天極在地平面上的投影點，南點是南天極在地平面上的投影點。由南北兩點確定的子午圈為觀測者所視的南北大圓。
[0055]天赤道和地平圈相交于兩點，其中位于天體升起的一方的那一點稱為東點，位于天體降落的一方的那一點稱為西點。
[0056]在地平圈上，東、西、南、北四個方點，他們兩兩相依次相距90°，代表觀測者的正東、正西、正南、正北四個方向。
[0057]因此，應用本發(fā)明，可以演示地平圈或與地平圈平行的恒星周日運動軌跡圈上東南西北四個方向。
[0058]演示實驗3:二分二至日在天球上的位置。利用本發(fā)明的教學與科普天球儀，二分二至日是指二十四節(jié)氣中春分、秋分為二分，夏至和冬至為二至，這4個節(jié)氣的日期在天球球面的位置，一般用天赤道和黃道的度數來劃分，因為天赤道和黃道有兩個交點，在雙魚座和金魚座附近的這個交點為天赤道0° ,春分點另一個交點為天赤道180° ,作為秋分點，天赤道90°的經線與黃道的交點就是夏至點，天赤道270°的經線與黃道的交點就是冬至點，并且在春分和秋分二分點時，太陽直射地球赤道，在夏至點時，太陽直射地球北回歸線，地球北半球為夏天，南半球為冬天，在冬至日，太陽直射地球南回歸線，地球南半球為夏天，北半球為冬天。
[0059]演示實驗4:地球儀上的北回歸線。利用本發(fā)明的教學與科普天球儀，太陽在黃道上的夏至日，即太陽位于天球儀球面赤經90°，北赤緯23.5°時，固定天球儀球面，旋轉天球軸，天球儀球面上夏至點與地心的線與地面的交點的軌跡，就是太陽光垂直照射地面位置組成的一條曲線，也就是地球儀上標注的北回歸線。
[0060]演示實驗5:地球儀上的南回歸線。利用教學與科普天球儀，太陽在黃道上冬至日，即太陽位于天球球面赤經270°、赤緯23.5°時，固定天球球面，旋轉天球軸，天球球面冬至點垂直地心的線與地面的交點的軌跡，即太陽光垂直地面位置的組成的一條曲線，就是地球儀上標注的北回歸線。
[0061]活動1: 了解地理概念。如經線、緯線、經度、緯度、地赤道、南極、北極、北回歸線、南回歸線，地球上有七大洲、四大洋，七大洲包括亞洲、歐洲、非洲、南美洲、北美洲、大洋洲、南極洲，四大洋包括太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋，亞洲的主要河流長江、黃河、印度河、紅河、底格里斯河和幼發(fā)拉底河，歐洲的伏爾加河、萊茵河，非洲的尼羅河，南美洲的亞馬遜河是世界上最大的河流，以及較大的島嶼、半島、著名的海和運河。
[0062]活動2: 了解世界政區(qū)。學地理，首先應該知識世界上的220多個國家和地區(qū)中的主要國家，熟悉地理概念時，要知道《地理課本上經線的概念有瑕疵》，準確的說法應該是“連接南北兩極的半圓叫做經線，知道經線是人們理想化的半圓，在地球上不存在，是人為地在地球儀上進行規(guī)定的，用來了解、掌握和應用地理知識，應用平面幾何知識，把經度轉化為360等分赤道所在平面上的大圓，把緯度轉化為180等分由經線確定的半圓，只有建立了地球儀上關于經緯度的空間觀念，用來建立理解天球儀的空間觀念，在此基礎上，通過觀察和想象，以太陽軌道建立黃道、北黃極、南黃極，以銀河建立銀道、銀北極、銀南極，以月亮軌道建立月道、月北極、月南極，等等，一個連地球儀上的經緯度都弄不清的學生，去學習和認識天球儀，學習地球與空間科學，一定會產生莫大的困難，因此，開展對地球儀、天球儀經緯度的認識轉化與應用的活動，就顯得非常重要。
[0063]活動3: 了解天穹恒星數目。2003年，在澳大利亞悉尼召開的國際天文學聯合會大會上，公布了這樣一項成果:人們可見的宇宙中一共大約有7X 122顆恒星，即700萬億億顆，譬如，在太陽系，只計算太陽這一顆恒星，而不計算太陽的衛(wèi)星地球、金星、木星、水星、火星、土星、天王星、海王星，以這些行星的衛(wèi)星，如地球的衛(wèi)星月亮，木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四等等，如果把人類已知的每顆恒星比作一顆細細的海沙，那么這些恒星可以充滿10個地球大小的空間，有了這種想象，通過觀察和探究天休，每個學生和每位讀者的地球與空間觀念也就逐步建立起來。在整個天穹，包括地平線下，人們不能同時看到的另一半天空，人的肉眼能夠看見的星星加起來，才有6000多顆，天球儀上就是這6000多顆星星中最重要的亮星構成的圖形，組成本發(fā)明演示的重點，即星座。人們目前知道天上的恒星、黑洞是宇宙大爆炸時產生的?？梢蕴骄?，宇宙爆炸前是什么形狀，恒星是怎樣來的，通過觀察、學習與探究，唯物主義者認為:恒星數目無窮多，宇宙無邊無際，物質和星空起源還是未知的世界。
[0064]活動4:了解星座。為了便于讀者認識88個星座，本發(fā)明設計了《現代星座表》，表I就是《現代星座表》。其中，天赤道徑度數，就是天赤道度數，簡稱赤經。
[0065]表1現代星座表
[0066]

【權利要求】
1.本發(fā)明的一種教學與科普天球儀，其特征在于:由四色地圖地球儀(I)、透明天球儀(2)、赤道經度大圓盤(3)、雙耳弓形緯度半圓盤(4)、天球軸(5)、金屬圓孔平墊(6)兩個、橡膠套管(7)兩個和基座(8)等構成；其中，赤道經度大圓盤(3)被四色地圖地球儀(I)南北兩個半球通過4個圓弧形卡口卡住，被粘合劑固定，赤道經度大圓盤(3)下表面印刷了 360等分圓周的360條紅色半經線跟四色地圖地球儀(I)的赤道在同一個平面上，天球軸(5)順次穿過四色地圖地球儀(I)北極的圓孔、赤道經度大圓盤(3)中心的圓孔和四色地圖地球儀(I)南極的圓孔，雙耳弓形緯度半圓盤(4)的下表面印刷了 180等分半圓的181條紫色的半徑線，其內卡口通過赤道經度大圓盤(3)的外卡口，互相垂直，雙耳弓形緯度半圓盤(4)上挖去的部分卡住四色地圖地球儀(I)，雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳卡于天球軸(5)的兩個卡口內，各安放一個金屬圓孔平墊(6)套住天球軸(5)卡口處的圓柱及雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳，用兩個橡膠套管(7)各套住天球軸(5)開有卡口的圓柱段和雙耳弓形緯度盤(4)的雙耳，使雙耳弓形緯度盤(4)的雙耳和金屬圓孔平墊(6)被橡膠套管(7)固定在天球軸(5)的卡口處，置于透明天球儀(2)的兩個半球殼內，用專用透明膠固定透明天球儀⑵的兩個半球，安裝在基座⑶的緯度器上，通過天球軸(5)把四色地圖地球儀(I)、赤道經度大圓盤(3)和雙耳弓形緯度半圓盤(4)安裝在透明天球儀(2)透明球殼的內部，制成本發(fā)明的教學與科普天球儀，用來演示天文和地球與空間科學地理課程中地球儀的北回歸線、南回歸線，天球儀上的天赤道、黃道、白道、天赤道分度線、經緯度空間模型、地24節(jié)氣、星空中88個星座、中國星官28個星宿等恒星與行星的大致位置及其教學與科普知識中的自然現象。
2.根據權利要求1所述教學與科普天球儀，其特征在于:所述四色地圖地球儀(1)，除了球面上220多個國家和地區(qū)的顏色是根據發(fā)明人的實用新型專利《四色地圖地球儀》的技術方案，應用四色地圖串圈著色理論和四色地圖串圈計算方法計算出來再設計制作完成，四色地圖地球儀(I)分南北兩個半球，南半球的球殼內側厚度一半處向內向上有多于半球且厚度為半球球殼厚度的一半的一個圓環(huán)，北半球的球殼中間位置向內從赤道往北極方向挖去了一個圓環(huán)套，使得北半球的圓環(huán)套與南半球的圓環(huán)齒合，并在南半球球殼多余的圓環(huán)上，以0°、180°，東經90°、西經90°各為中心位置，分別向兩側往赤道方向共開有4個弧形缺口至赤道的卡口，卡口的長度約等于四色地圖地球儀(I)赤道長的八分之一，卡的寬度等于四色地圖地球儀(I)球殼厚度的一半。
3.根據權利要求1所述教學與科普天球儀，其特征在于:所述赤道經度大圓盤(3)，是用透明的有機玻璃制成，下表面印有360條紅色的360等分大圓的半徑線，用來表示經度，任選I條半徑線，表示0°經線，每間隔10°，分別標注東經的度數或西經的度數，在0°經線中間位置向外側往西經方向開挖一條窄縫似的外卡口，外卡口的寬度等于雙耳弓形緯度半圓盤(4)的厚度，中心位置鉆有一個小孔，小孔的直徑等于天球軸(5)的直徑，在0°半徑線旁標有指向四色地圖地球儀(I)球面上本初子午線的符號和“本初子午線”的5個漢字，在距中心的長度等于四色地圖地球儀(I)內徑處，分別以東經45°、西經45°、東經135°、西經135°各為中間位置向外開挖4個圓弧形槽的卡口，卡口處弧形的長度約等于四色地圖地球儀(I)赤道長的八分之一，卡口的寬度約等于四色地圖地球儀(I)球殼厚度的一半，以能使赤道經度大圓盤(3)卡于四色地圖地球儀(I)的南半球上為適宜。
4.根據權利要求1所述的教學與科普天球儀，其特征在于:所述雙耳弓形緯度半圓盤(4)，是用透明的有機玻璃制成，由半徑跟赤道經度大圓盤(3)半徑相同的I個半圓形與多于天球軸中心剖面一半寬度，長度約大于雙耳弓形緯度半圓盤(4)直徑的曲邊矩形合成雙耳弓形，雙耳的寬度不超過天球軸(5)的直徑，雙耳可置于天球軸(5)的卡口內，下表面印有180等分半圓的181條紫色的半徑線，中間的一條半徑線叫做0°緯線，每間隔10°，在順時針方向標注了南緯度數，逆時針方向標注了北緯度數，在0°緯線上北緯方向從中間位置開始，向內開挖一條窄縫似的內卡口，內卡口的長度等于赤道經度大圓盤(3)半徑的一半，內卡口的寬度等于赤道經緯度大圓盤(3)的厚度；雙耳弓形緯度盤(4)從中心開始，有一部分被挖去，是在0°緯線南緯方向，先開挖一個半徑等于四色地圖地球儀(I)的半徑，中心角為90°的直角扇形，在0°緯線處朝北緯方向，先開挖寬度等于赤道經度大圓盤(3)厚度，長度等于四色地圖地球儀(I)半徑的曲邊梯形，再往北緯方向開挖一個半徑等于四色地圖地球儀(I)的半徑、中心角為90°的直角扇形，同時挖穿雙耳弓形緯度半圓盤(4)半圓形外多余的曲邊矩形。
5.根據權利要求1所述的教學與科普天球儀，其特征在于:所述天球軸(5)，由不銹鋼圓住體材料制作，其中部為一段圓柱形，長度等于四色地圖地球儀(I)的直徑，再加上赤道經度大圓盤(3)的厚度的和，由天球軸(5)中間一段圓柱形向外，兩方各剖去圓柱的一半，使得兩個剖面在同一個平面上，兩個剖面的長度與中間圓柱的長度之和等于雙耳弓形緯度半圓盤(4)下表面內半圓的直徑，與兩個剖面相鄰，又各留一段圓柱體形，并由剖面開始，在向外的方向上各開挖一個卡口，以雙耳弓形諱度半圓盤(4)的雙耳各能插入其中一個卡口適宜，天球軸(5)兩端各是一段直徑小于天球軸(5)的直徑的外螺紋。
6.根據權利要求1所述的教學與科普天球儀，其特征在于:所述金屬圓孔平墊(6)是由金屬制成的圓柱筒形標準零件，厚度適宜，圓孔內直徑等于天球軸(5)中部圓柱的直徑，平墊的外直徑大于天球軸(5)的直徑，其功能在于把雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳插入天球軸(5)兩方的卡口內后，用金屬圓孔平墊(6)套在卡口處，使得安裝在天球軸(5)的雙耳弓形緯度半圓盤(4)不會因為軸的轉動而脫落。
7.根據權利要求1所述的教學與科普天球儀，其特征在于:所述橡膠套管(7)的內直徑略小于天球軸(5)的直徑，是具有彈性和收縮力的管狀零件，稍微擴張可套在天球軸(5)上開了卡口的位置且已經安裝雙耳弓形緯度半圓盤(4)雙耳的那段圓柱體形上，并把金屬圓孔平墊(6)和雙耳弓形緯度半圓盤(4)的雙耳固定在天球軸(5)卡口的位置上。
【文檔編號】G09B27/06GK104134396SQ201410326376
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權日:2014年7月3日
【發(fā)明者】李中平 申請人:李中平