南中高度の求め方と日周運動・年周運動｜透明半球と星の動きを動かせる教材
中学3年 / 第2分野 (6)地球と宇宙 (ア)天体の動きと地球の自転・公転
天体は教室で実験ができません。透明半球の観測は晴れた日の1日がかりで、しかも冬至の記録と夏至の記録を並べることは1年かからないとできません。
このツールは、緯度・日付・時刻の3つを動かします。太陽の通り道・北の空の星・地球と太陽の位置関係の3つの見かたを、同じ条件のまま行き来できます。再生すると時刻が進み、日付が変わり、年をこえて1月に戻ります。
この単元で つまずくところ
- 南中高度の式が覚えられない。 90−緯度＋赤緯。この式は、子午線の断面図を見ながら角度を測ればその場で納得できます。ななめから見た透明半球の図では角度がつぶれるので、断面図を別に用意してあります。
- 季節による変化の理由。 地軸が傾いたまま公転するから、と言われても図が結びつきません。「地球と太陽」の場面では、観測地の緯線のうち明るい側にいる割合が、そのまま昼の長さになります。
- 日周運動と年周運動が混ざる。 どちらも星が動く話です。再生の「時刻（1日）」と「日付（1年）」を切り替えると、別々に見られます。時刻を止めて日付だけ進めると、1か月で約30°西へずれることだけが見えます。
- 北極星の高度＝緯度。 覚えるだけになりがちですが、緯度のつまみを動かすと北極星の高さと地平線の距離が一緒に動きます。
このツールで 何が見えるか
- 透明半球
- 南が左下・東が右下・北が右上・西が左上。教科書の図と同じ向きです。日の出と日の入りの方位、季節の3本の通り道が出ます。
- 子午線の断面
- 南中高度が分度器と同じ角として描かれます。夏至・春分・冬至の3本を重ねて比べられます。
- 北の空
- 北斗七星とカシオペヤ座が北極星を中心に反時計まわりに回ります。周極星かどうかも判定します。
- 地球と太陽
- 公転の図と、地球を横から見た拡大図。観測地の緯線が昼の側と夜の側に塗り分けられます。
- 再生とループ
- 24時をこえると0時に戻って日付が進み、12月31日の次は1月1日です。速さは1周を何秒で回すかで選びます。
- 読み取り
- 南中高度・日の出・日の入り・昼の長さ・日の出の方位が同時に出ます。
授業での使い方
「季節の3本」を出して、夏至・春分・冬至の通り道を重ねて見せます。南中高度の差が2×23.4°であることを断面図で確かめます。
緯度を変えて南中高度と昼の長さを表にさせます。北緯67°にすると白夜と極夜が出るので、そこまで動かさせます。
「昼がいちばん長い日を探す」「日の出が真東になる日を探す」を課題にします。答えを言わずに条件だけ渡します。
どの使い方でも、動かした条件はそのままURLに入ります。 画面の「リンクをコピー」を押して配れば、生徒の端末でも同じ画面が開きます。 生徒が見つけた条件のリンクを提出させれば、そのまま記録になります。
すぐ使える条件
あえて入れていないもの
中学校で教える形を優先して、省いている条件があります。 教科書や資料集の数値と合わないことがあるので、先に書いておきます。
- 大気の屈折と太陽の大きさを入れていません。東京の夏至の昼は14時間21分と出ます（理科年表は14時間35分）。
- 均時差（±16分）も入れていません。南中はつねに12時です。星の図の向きが最大3.5°ずれます。
- 緯度は北緯0〜70°です。南半球は扱いません。
- 月と金星の満ち欠けは別の教材で扱う予定です。
よくある質問
透明半球の向きが図と違いませんか？
南が左下・東が右下・北が右上・西が左上で、多くの教科書と同じ向きにしてあります。真南や真東から見る向きにすると、角度がつぶれたり西の地平線と高い太陽が重なったりするためです。
年周運動はどう見せますか？
再生で「日付（1年）」を選びます。時刻を止めたまま日だけが進むので、同じ時刻に見える位置が1か月で約30°西へずれることだけが見えます。
特定の日付にすぐ合わせられますか？
つまみが月日で出るので、直接その日に合わせられます。夏至・冬至・春分・秋分は下のリンクからも開けます。
ほかの教材は 中学理科ラボの一覧 から。
直してほしいところは 改善の要望 から。ツールの画面の「要望を送る」を押せば、そのとき見ていた条件のURLが付いた状態で開きます。