《自然地理》实验指导书环境与规划实验教学中心商丘师范学院.doc

商丘师范学院环境与规划学院实验指导书环境与规划学院2011年8月- 1 -目 录《地球概论》实验指导书 1《地质学基础》实习指导书 12《地貌学》实习指导书 40《气象学与气候学》实验指导书 45《水文学》实验指导书 54《土壤地理学》实验指导书 58《植物地理学》实验指导书 67《地图学》实验指导书 74《地球概论》实验指导书实验一：地理坐标的简易测定一、目的与要求了解经、纬度的测定原理，学会利用简易方法测定经、纬度、二、主要内容利用北极星高度测定纬度利用立杆测影测定经、纬度三、仪器用品经纬仪、标杆、皮尺、手电筒、《天文年历》、记录本、钟表等四、原理方法1、因为天极(仰极)的高度(hp)等于测站的纬度(φ)，即hp=q而北极星又十分靠近北天极，所以，测量北极星的地平高度，就可得到测站纬度的概值2、根据正午太阳高度公式：h=90°-∣φ -δ∣，先测出正午太阳高度，然后代入上式算出当地纬度式中δ为太阳赤纬，可从天文年历中查得根据同一瞬间两地的地方时之差的关系，只要知道了一地的经度和地方时，再测出另一地同一瞬间的地方时，就可算出当地的经度若观测的经度和地方时分别为λ和m，当时的北京时间(120°E的地方平时)为TS，则有：120°-λ=TS - mλ=120°+m - TS在正午，即垂直杆日影过南北线时，当地真太阳时为12h，则当地平时m=12h -η (时差)。

所以，只要观测记录垂直杆过南北线时的北京时间TS，即可求得当地经度λ： λ= 120°+12h –η-TS=20h -TS-η式中：TS—垂直杆日影过南北线时的钟面时刻(为经校后的准确的北京时间)：η—当地日时差，可从天文年历中查取五、观测步骤1、测定北极星高度定纬度用简易测高仪测定测高仪的高度计，实际上是一个半圆形量角器圆心栓一条小线，线下栓一锤球做成铅垂线，如图1所示测量时，转量角器，使眼睛、量角器的直边和北极星在一条直线上，显然，铅垂线与量角吕直边垂线的夹角θ，就等于北极星的高度hp，亦即测站纬度的近似值图1 测北极星高度2、立杆测影测定经、纬度用立杆测影法测定太阳上中天(正午)时的北京时间和高度，可同时求得测站的经度(λ) 和纬度（φ）测定方法：如图2所示图2 立杆测影法测定经纬度(1)将标杆垂直立于测站子午线上2)将标杆阴影恰好与子午线重合时，立即在子午线记下阴影顶端的位置，与此同时，记下钟面时刻T83)分别测出标杆α和标杆阴影长b（如图2）由此可计算出正午日高h，tgh=a/b(4)根据上述正午太阳高度公式，即可求得当地纬度根据λ=20h-T8-η,代入上述（2）记下的T8,便可求得当地经度λ。

六、作业(1)利用北极星高度法测定当地纬度2)利用立杆测影法测定当地的经、纬度实验二：太阳高度角的测定一、目的与要求1、观察能力、动手能力的培养；二、仪器用品标杆、绳子、洋钉、皮尺、水准仪等三、原理方法正午太阳高度角的测定,是指对一天当中正午时刻太阳的地平高度的测定方法对于北温带的任何地点,正午太阳高度在夏季时最高,在冬季时最低正午太阳高度的高低,可以反映一地所获太阳辐射量的多少正午太阳高度角的测定有两种简单方法:一是简易高度计测定法,一是立竿见影测定法1、 利用简易高度计测定正午太阳高度图3　利用简易高度计测定正午太阳高度简易高度计实际上是一个半圆形量角器,圆心拴一条小线,线下拴一重物做成铅垂线测量要在正午进行,量角器南北放置观测者要戴墨镜,或者在眼睛前面放一块黑玻璃转动量角器,使眼睛、量角器的直边和太阳在一条直线上,如图3左半部所示假设铅垂线和量角器直边的夹角是Z ′,太阳天顶角是Z,测Z = Z ′知道了太阳的天顶角,太阳的高度h就能很容易地计算出来:h = 90°- Z图3中天顶角是60°,则太阳的高度为30°另外,也可以不用眼睛去看太阳在量角器的圆心上垂直插上一根铁针,并使铅垂线正好落在量角器90°的刻线上,量角器的直边保持水平。

测量要在正午进行,量角器南北放置,铁针的影子就会落在量角器某一条刻度线上,如图3右半部所示这条刻度线和量角器直边的夹角h′就等于太阳的高度h2、利用立竿见影法测定正午太阳高度图4　利用立竿见影法测定正午太阳高度正午太阳在当地子午圈上,这时候一切物体的影子最短利用这个规律可以测定正午太阳的高度在平地上直立一根杆子,杆子越长越好正午前杆的影子由长变短,正午后杆的影子由短变长在正午前1小时到正午后1小时,大约每1刻钟在影子顶端处记下一个点,然后把所有的点连成一条弧线,如图4所示先量出杆底到弧线的最短距离a,再量出杆子的长度b,那么太阳高度h就可以由下面的公式求出tgh =b/a h可精确到分实验三：星空观测一、实验目的：1、熟悉分区星图的使用方法2、掌握天文望远镜的结构原理和基本的操作方法3、学会认识主要星座和亮星的方法4、了解天文数据的获取和处理方法二、实验说明：要求在熟练掌握天球坐标系、全天星座划分、恒星和行星的性质特点的前提下，进行本实验分区星图的使用可以加深相关知识的理解和应用；实际观测需要借助仪器手段，掌握天文望远镜的结构原理和基本的操作方法是本实验的基础和重点；寻找到观测目标，借助观测仪器，认识主要星座和亮星，获取相关数据，进行简单处理分析，验证相关理性知识。

三、实验要求：1、知识准备：分区星图是把全天星空分成四大星区，然后标明星座和亮星在各分区星图上的位置，了解观测目标的赤经赤纬，判断所属星区，计算出没的相应时间和判断方位因为观测活动是夜间，故需熟练掌握天文望远镜的结构原理和基本的操作方法，会运用相关仪器获取天文资料仪器准备：活动星图、分区星图、手电筒、天文望远镜、照相机等时间选定：星空观测一般应长期进行，每月至少要观测1至2次每次观测的时刻相同，这样才能更好地了解天体的周年运动为减小月光影响，可以选在农历月初21时左右四、实验条件：1、我系可以提供每人一份分区星图，供认识星座和亮星2、我系现有天文望远镜两台五、实验内容：1、分区星图的使用和天体位置的判断：由于地球的自转运动，造成星空的周日变化，一天之内不同的时刻有不同的星空；由于地球的公转运动，造成星空的周年变化，一年之内不同的日期相同时刻也有不同的星空分区星图表示了北半球3月21日、6月22日、9月23日和12月22日子夜的星空分布使用分区星图认星要掌握两点：首先记住21颗亮星及其所在星区、星座和相对位置；其次要熟悉星空变化规律因为任何时刻的恒星时在数值上等于该时刻上中天的恒星的赤经，所以如果将观测时刻（北京时间）化为地方恒星时之后，就知道了与子午圈重合的时圈东西两侧的星区，从而知道观测时刻的星空大致分布。

化北京时间为当地的地方恒星时的公式为： （1）公式中S为当地的地方恒星时，为本初子午线的恒星时，为北京时间，（时）表示当地的地理经度对应的时间（以小时为单位）表1 二分二至日本初子午线的恒星时日期3月21日6月22日9月23日12月22日11时54分18时01分0时07分6时12分任意日期本初子午线的恒星时＝表中的±日期差×4分钟 （2）2、四季星空简介：图5 四瓣简明星图（1）春季星空：面向北方仰角等于当地的地理纬度，可以看到一颗中等亮星，就是北极星北斗七星所在是大熊星座，春季斗柄指向东方；沿着斗柄的弧形自然延伸，看到一颗橙色亮星是牧夫座α星（大角）；从大角星继续延伸同样的长度，可以看到一颗蓝白色亮星，是室女座α星（角宿一），它紧挨黄道，是辨认黄道的重要标志；另外位于黄道上的就是狮子座，它的白色α亮星，中文名字轩辕十四，基本位于黄道上，在其上方有5课较暗的星，呈反问号形状室女座的南面是乌鸦座，低纬度的地方还可以看到南十字座和半人马座图6 春季星图（2）夏季星空：可见北天极附近恒显星区的大部分星座，夏季斗柄指向南方；夏季星空最引人注目的是由三颗亮星（牛郎、织女、天津四）组成的“大三角形”，它们分别属于天琴星座、天鹰星座和天鹅星座；还可以看到半人马座、天蝎座、武仙座等。

图7 夏季星图（3）秋季星空：可见北天极附近恒显星区的大部分星座，秋季斗柄指向西方；秋季星空的特点是银河横贯夜空，明亮的星座不多；可见仙女、仙后、仙王、飞马、宝瓶、双鱼（北落师门）等星座图8 秋季星图（4）冬季星空：可见北天极附近恒显星区的大部分星座，冬季斗柄指向北方；冬季星空的亮星繁多，最引人注目的是猎户星座，高悬与南方夜空；它的旁边就是最亮的大犬座的天狼星；大犬座的北方偏东是小犬座；小犬座的西北方是黄道十二宫之一双子座；双子座的西侧偏北是御夫座；御夫座之南是金牛，也是黄道十二宫之一，有著名的昴星团图9 冬季星图2、 天文望远镜的使用：学习掌握天文望远镜的一般结构原理和使用方法马卡150型天文望远镜是折反射式望远镜，可以进行天体摄影了解天文底片的处理和分析方法六、考核方法：1、考核内容及评分细则：（1）实验表现：目的明确、态度端正、遵守实验室规章制度20分）（2）实验任务：掌握相关技能，正确使用仪器，独立、认真、有效地完成各实验环节60分）（3）创新意识：能细致思考、仔细观察、多点发现，有创新20分）2、评分标准：为了准确客观评定学生的实验成绩，以五个等级标准化分：优秀、良好、中等、及格、不及格。

90~100分为优秀，80~89分为良好，70~79分为中等、60~69分为及格、60分以下为不及格实验四：月面观测一、实验目的：1、了解月球表面的各种形态和结构；2、掌握较大的月球表面的构造特征二、实验准备：1、知识准备熟悉所要观测的天区星座、亮星，复习月球正面主要“海洋”、山脉、环行山名称，并在月面图中查看它们的分布2、仪器备品简易天文望远镜、活动星图、月球正面图、电筒和遮光红布、绘图纸、记录簿、铅笔等3、内容说明月球是地球唯一的天然卫星由于月球与地球的特殊关系，自古以来就特别引人注目用肉眼看月球，可以发现月面明暗相间，绰约多姿其实，暗区是低凹地带，统称为“月海带”；亮区是隆起地带，统称为“月陆（带）”用望远镜观察，还可发现月陆和月海带上次一级或更小的地形单元，如山脉、高原、平原、盆地、峡谷、环行山和辐射纹等同地球不同，月球上是“陆”多于“海”（尤其是月球背面）月海带包括许多被月陆分割、包围的平原或盆地，其中大被成为“洋”或“海”月球和地球处于大致相同的宇宙环境中，研究月面的形状和结构特征，对深入了解地面的形态特征具有启发和帮助通过月面的观察，可以提高观察者的观察能力三、实验过程：1、阅读月面图由于月球的同步自转，在地球上只能看到月球的正面。

月面图的方向有两种表示方法：（1）肉眼观察：上北、下南、左东、右西，也就是危海在月面的西部，风暴洋在月面的东部2）经纬网的方法：上北、下南、左西、右东，即和地图一样，也就是危海在月面的东部，风暴洋在月面的西部为了避免混淆，现代只在月面图上指出南北方向，而不标明东西方向2、观察月面观测月面有两种方法一种是全面巡视，从农历的月初，逐晚顺序观测月面晨昏圈附近昼半球一侧的目。