Что такое тематические карты по географии. Какие существуют виды географических карт? Педагогическая цель в работе с картой на уроках географии

Спектроскоп - это, как известно, прибор, позволяющий выяснить состав вещества по спектру его излучения.

Направив, например, спектроскоп на люминесцентную лампу дневного света, мы увидим в ее спектре ярко-зеленые, яркие сине-фиолетовые линии и более слабые оранжевые. Они говорят о том, что в колбе лампы присутствует ртуть (сине-фиолетовая составляющая), а также некоторые другие элементы.

В тех случаях, когда сами по себе объекты исследования не светятся, их заставляют светиться, нагревая, скажем, в пламени горелки или пропуская через них сильный электрический ток.

Чтобы сделать простой спектроскоп своими руками понадобятся:

CD- или DVD-диск;
картонная коробка примерно 20x20x20 см (главное, чтобы в ней поместился диск);
два лезвия от безопасной бритвы;
небольшая картонная трубка;
немного целлофановой ленты;
алюминиевая фольга;
клей.

Спектроскоп состоит из трех основных частей: щелей, сделанных при помощи бритвенных лезвий, дифракционной решетки из компакт-диска и просмотрового устройства, представляющего собой бумажную трубку.

Установите компакт-диск в верхней части окна, прорезанного в коробке, отступив примерно сантиметр от левого края, и поблизости к нижнему окну, как показано на фото (рис. 2). Отметьте с помощью фломастера или карандаша положение центрального отверстия диска. Эта отметка покажет вам, где в дальнейшем будет проходить бумажная трубка. Теперь разместите ее на коробке таким образом, чтобы нижний ее конец оказался над отметкой, которую вы только что нарисовали.

Нарисуйте еще один круг на поле, обозначив окружность бумажной трубки (рис. 3). Сместите ее на 1 - 2 см и очертите вокруг нее еще один круг. Эти круги подскажут вам, где нужно вырезать овальное окно (рис. 4).

Теперь вырежьте это окно острым ножом (рис. 5). Овал позволит поставить бумажную трубку под некоторым углом к поверхности диска.

Следующий шаг - сделайте разрез. Поверните ящик на четверть оборота так, чтобы овал оказался с правой стороны. Используйте диск еще раз, чтобы сделать еще один небольшой круг ближе к левой части ящика.

Щели будут расположены в крайней левой части ящика. Вырежьте небольшой прямоугольник в стенке коробки на высоте, отмеченной кружком, который вы сделали с помощью диска. Прямоугольник должен иметь ширину около 1 см и высоту примерно 4 см.

Осторожно разверните упаковку лезвий от безопасной бритвы и поставьте два лезвия над прямоугольным отверстием так, чтобы их острые края почти соприкасались друг с другом. Закрепите лезвия скотчем (рис. 6,7).

Открыв ящик, разместите в нем диск поблизости к щели. Прикрепите его скотчем к задней стенке коробки так, чтобы его рабочая сторона была обращена кверху (рис. 8).

Закройте коробку, обеспечьте ее светонепроницаемость с помощью черной бумаги или алюминиевой фольги (рис. 9).

Вставьте бумажную трубку (рис. 10). Алюминиевая лента или фольга сделают уплотнение светонепроницаемым. Чтобы убедиться, что угол, под которым в коробку вставлена смотровая труба, подобран правильно, направьте входную щель на источник света.

Посмотрите через бумажную трубку и подрегулируйте угол ее наклона, чтобы увидеть полный спектр - от красного до фиолетового (рис. 11). Вот и все, спектроскоп своими руками успешно собран.

Теперь, направьте щели на источник света, например, на обычную лампочку накаливания. Прибор покажет простой спектр, неяркие линии.

Это потому, что свет исходит от горячего тела (вольфрамовая нить в лампочке).

Горячий газ неон в лампе дневного света состоит из нескольких цветов, но они расположены в основном в красных и оранжевых частях спектра.

Красный свет светоизлучающих диодов имеет непрерывный спектр, поскольку в них нет горячего газа (рис. 12).

Зеленый свет светоизлучающих диодов и выглядит зеленым. Однако есть источники, которые излучают в желто-зеленой части спектра, а также дают некоторое количество оранжевых и красных линий (рис. 12).

Свет белого светоизлучающего диода на самом деле имеет примесь голубого и так называемого фосфорического.

Диод работает по аналогии с флуоресцентной лампочкой, где синий свет возбуждает люминофоры, чтобы вызвать белое свечение. Поэтому спектр здесь широк.

Профессор химии Александр Щилин (Alexander Scheeline) из Университета Иллинойса сделал из мобильного телефона спектрометр, чтобы увлечь школьников аналитической химией.

Профессор собрал основной научный инструмент химика из недорогих материалов и цифровой камеры. Спектрофотометрия является одним из наиболее широко используемых средств для идентификации и определения количества материалов. Если, например, нужно измерить количество протеина в мясе, воды в зерне или железа в крови – нужен спектрометр .

Студент не может оценить работу спектрофотометрии, если пользуется загадочным «ящиком» лабораторного спектрометра. Он не понимает, что происходит внутри и просто меняет образцы и записывает результаты, – объясняет Александр Щилин. – Это не помогает учебному процессу. Если вы хотите научить кого-то творчески использовать инструмент и улучшать его, нужно что-то попроще и понятнее".

Рис. 1. Это все, что нужно для изготовления спектрометра.

Если вы хотите обратить внимание на недостатки инструмента, намного проще, когда эти недостатки очень большие и не компенсируются сложностью устройств и настройкой", – объясняет Александр Щилин.

В спектрометре белый свет проходит сквозь образец материала, который поглощает определенные длины волн света. Затем дифракционная решетка раскладывает свет на цвета, и химики могут анализировать спектр, определяя свойства образца.

Рис. 2. Собранный спектрометр. Светодиод просвечивает кювету прямо напротив решетки, которая закреплена прозрачным скотчем.

В качестве источника света профессор Щилин использовал один светодиод , питаемый 3-вольтовой батарейкой. Дифракционную решетку, кюветы для образцов в США купить несложно и в итоге все оборудование стоит менее 3 долл. Осталось найти подходящую цифровую камеру, и тут ученый вспомнил, что у каждого школьника и студента есть мобильный телефон. После этого осталось только решить проблему обработки данных. Для этого профессор написал программу анализа спектров по фотографиям в формате jpeg и выложил ее в свободный доступ в интернет вместе с исходными кодами.

Впервые Александр Щилин продемонстрировал свое изобретение во время работы по программе обмена в Ханое (Вьетнам). Вьетнамские студенты не имели опыта работы с научными приборами, но с энтузиазмом приступили к экспериментам с сотовым телефоном-спектрометром.

Рис. 3. Мобильный телефон не заменит в серьезных научных исследованиях точный спектрометр, но не у каждого школьника есть 3000 долл. карманных денег для хобби.

В Соединенных Штатах профессор использовал самодельный спектрометр в ходе уроков в средней школе. К концу 45-минутного урока ученики усвоили вещи, которые ускользают от большинства учеников, использующих только учебники. Например, один ученик спросил о влиянии рассеянного света на чувствительность камеры и ее способность считывать спектр.

Старшеклассник, который еще час назад почти ничего не знал о спектрофотомерии, обнаружил основную проблему всех спектрометров, – радуется Александр Щилин. – С тех пор, как я начал преподавать, я пытался объяснить своим студентам концепцию воздействия рассеянного света на спектрометр и влияние этой проблемы на качество работы оборудования. И вдруг я увидел, как школьник сам понял суть этой проблемы и задал мне правильный вопрос!"

Ученый с радостью делится своим изобретением со школьными учителями и преподавателями ВУЗов на различных семинарах и с помощью интернета. Он надеется, что его изобретение усовершенствуют, например, напишут программу обработки изображений для смартфонов, что позволит избавиться от необходимости использовать компьютер. Мобильный телефон-спектрометр может увлечь массу людей аналитической химией, которая многим кажется сложной и непонятной наукой. Однако изобретение Александра Щилина демонстрирует, что врожденную любознательность человека легко пробудить – достаточно предложить простые, понятные и увлекательные творческие эксперименты.

В предыдущих статьях я описывал, как тестировал различные светодиоды для растений. Для анализа спектра я и взятые у знакомого учителя физики.

Но потребность в таком приборе появляется периодически и спектроскоп, а еще лучше спектрометр хотелось бы иметь под рукой.

Мой выбор — ювелирный спектроскоп с дифракционной решеткой

Раз вещь для ювелиров - то в комплекте шел «кожаный» чехол

Размеры у спектроскопа маленькие

Что в прочем было ясно из описания магазина
Собрано все крепко, так что расчлененки не будет.
Поверим и так, что с одной стороны трубки стоит объектив-линза, с другой дифракционная решетка и защитное стекло.

А внутри красивая радуга. Налюбовавшись ею вволю стал искать, а что бы такое посмотреть на спектре.
К сожалению, по прямому назначению спектроскоп применить не удалось, так как вся моя коллекция брильянтов и драгоценных камней ограничилась обручальным кольцом, совершенно непрозрачным и не дающим никакого спектра. Ну разве что в пламени горелки))).
Зато ртутная люминисцентная лампа честно дала много красивых полосок. Вволю налюбовавшись различными источниками света озадачился вопросом, что нужно картинку как то зафиксировать и спектр измерить.

Немного DIY

В голове уже давно крутилась картинка насадки на фотоаппарат, а под столом стоял , не прошедший еще последней модернизации, но вполне успешно справляющийся с ПВХ пластиком.

Конструкция получилась не очень красивой. Все таки люфты по X и Y я победил не до конца. Ничего ШВП уже лежат в сборе и ждут, когда опорные линейные рельсы приедут.

А вот функциональность получилось вполне приемлемой, чтобы радуга отобразилась на стареньком Canon, давно лежащем без дела.

Правда тут меня ждало разочарование. Красивая радуга становилась какой то дискретной.

Всему вина - RGB матрица любого фотоаппарата и камеры. Поигравшись с настройками баланса белого цвета и режимами съемки, я смирился с картинкой.
Ведь преломление света не зависит от того, каким цветом фиксировать изображение. Для спектрального анализа подошла бы и черно-белая камера с максимально равномерной чувствительностью по всей ширине измеряемого диапазона.

Методика спектрального анализа.

Путем проб и ошибок нарисовалась такая методика
1. Рисуется картинка шкалы видимого диапазона света (400-720нм), на ней обозначаются основные линии ртути для калибровки.

2. Снимается несколько спектров, обязательно с эталонным ртутным. В серии съемок нужно зафиксировать положение спектроскопа на объективе, чтобы исключить сдвиг спектра из серии снимков по горизонтали.

3. В графическом редакторе шкала подгоняется под ртутный спектр, а все остальные спектры масштабируются без горизонтального сдвига в редакторе. Получается что-то вроде этого

4. Ну а потом все загоняется в программу анализатор Cell Phone Spectrometer из этой статьи

Проверяем методику на зеленом лазере, у которого длина волны известна - 532нм

Погрешность получилась около 1% что при ручной методике подгона ртутных линий и рисования шкалы практически от руки очень даже неплохо.
Попутно узнал, что зеленые лазеры не прямого излучения, как красные или синие, а используют твердотельную диодную накачку (DPSS) с кучей вторичных излучений. Век живи - век учись!

Измерение длины волны красного лазера тоже подтвердило правильность методики

Для интереса померил спектр свечки

и горящего природного газа

Теперь можно мерить спектр светодиодов, например «полный спектр» для растений

Спектрометр готов и работает. Теперь буду готовить с его помощью следующий обзор — сравнение характеристик светодиодов разных производителей, дурят ли нас китайцы и как сделать правильный выбор.

Вкратце, полученным результатом доволен. Может быть имело смысл подключить спектроскоп к веб камере для непрерывного измерения спектра, как в этом проекте

Тестирование спектрометра моим помощником

Общегеографические изображают земную поверхность и объекты, расположенные на ней. Элементы карт: гидрографическая сеть, обозначение рельефа, растительности, населенных пунктов, путей сообщения, средств связи, изображение политико-административного деления и некоторых экономических объектов и показателей.

Общегеографические карты подразделяются на три группы:

топографические (крупномасштабные) – их масштаб от 1:10 000 до 1:200 000;

обзорно-топографические (среднемасштабные) – от 1:200 000 до 1:1000 000;

обзорные (мелкомасштабные) – мельче 1:1000 000.

Тематические карты – карты, основное содержание которых определяется конкретной темой. Они подразделяются на карты природных и общественных явлений (социальных, хозяйственных и экологических).

Карты природных явлений:

геологические (стратиграфические, тектонические, литологические, геохимические, полезных ископаемых, сейсмические, вулканизма и др.);

рельефа земной поверхности (гипсометрические, батиметрические, геоморфологические);

метеорологические и климатические;

гидрологические и гидрогеологические (поверхностных и подземных вод), океанографические;

почвенные;

растительности;

животного мира;

природных зон или физико-географического районирования.

Карты общественных явлений:

социальные, или карты населения (размещение населения, состав населения по полу и возрасту, движение населения, этнографические и антропологические, социальный состав, уровень занятости и др.);

экономические, или хозяйственные (природные ресурсы с их хозяйственной оценкой, промышленность, сельское и лесное хозяйство, транспорт, средства связи, строительство, торговля и финансы, комплексные экономические);

обслуживания (образование, наука, культура, здравоохранение, физкультура и спорт, туризм, бытовое и коммунальное обслуживание);

политические и административные;

исторические (первобытно-общинного строя, рабовладельческого строя, феодального строя, капиталистического строя, социалистического строя и империализма);

экологические.

Практическая работа № 6 Анализ содержания обзорных общегеографических и тематических карт

Задание 1. Проанализируйте содержание обзорных общегеографических карт на примере:

а) физической карты Пермского края в масштабе 1:2 500 000;

б) физической карты России в масштабе 1:25000000.

Выписать полное название карты, номер изучаемого листа или страницы атласа и год издания.

Определить назначение карты и характер ее использования (настольная, настенная).

Проанализировать и описать содержание карт по элементам согласно следующему плану:

а) гидрографическая сеть (реки, озера и другие водные объекты). Принципы классификации: режим (постоянные, пересыхающие), состав воды (пресные, соленые), хозяйственное использование (судоходные, несудоходные, сплавные);

б) рельеф. Принципы классификации: способы изображения; возможность определения высот, углов наклона; отображение резких нарушений рельефа и микроформ; характер рельефа территории (горный, равнинный и т. д.);

в) растительность и грунты: классификация элементов, способы изображения; виды и типы растительности;

г) населенные пункты. Принципы классификации: тип поселений (городские, сельские), количество жителей, политико-административное значение; способы картографического изображения;

д) пути сообщения. Принципы классификации: способы передвижения (железные и автомобильные дороги, водные и воздушные пути; при этом железные дороги классифицируются по ширине колеи, виду тяги и т. п., автомобильные – по значению и др.), способы картографического изображения.

Результаты работы должны быть представлены в виде описания карт.

Пример выполнения задания

Карта «Кавказ», масштаб 1:2 500 000, из Атласа мира научно-справочного типа (М., ГУГК, 1984. С. 46 – 47).

По назначению – карта научно-справочная, по характеру использования – настольная.

Водные объекты : Черное и Каспийское моря с довольно подробной характеристикой береговой линии (особыми знаками выделены участки с изменяющейся береговой линией, заболоченные берега, отмели и т. п.); по режиму реки подразделяются на постоянные (обозначены сплошной линией) и пересыхающие (пунктирной); по составу воды озера подразделяются на пресные (голубого цвета) и соленые (бледно-голубого), по режиму – на постоянные (обозначены сплошным контуром) и пересыхающие (пунктирным контуром).

Рельеф суши показан отметками высот и горизонталями (изогипсами), рельеф моря – отметками глубин и изобатами. Применена послойная окраска по ступеням высот и глубин. Специальными условными знаками выделены вечные снега, ледники, пещеры, пески.

Растительность и грунты показаны ареалами с использованием площадных знаков внутреннего заполнения – изображение болот и солончаков.

Населенные пункты подразделяются по количеству жителей:

более 1 000 000, 1 000 000–300 000; 300 000–100 000; 100 000–50 000; 50 000–10 000; менее 10 000 жителей (значки даны в условной ступенчатой шкале). Города с населением 1 000 000 человек обозначают контуром, отражающим конфигурацию города. Административное значение населенных пунктов показано типами и размерами шрифтов. Государственные, республиканские и районные границы, а также границы заповедников показаны линейными знаками разного рисунка.

Пути сообщения подразделяются: 1. по способу передвижения – железные и автомобильные дороги (показаны линейными знаками красного и черного цвета); 2. по значению – магистральные и прочие (значение показано толщиной знака).

Задание 2. Изучите одну из тематических карт по элементам и составьте ее описание. Тематика карт предлагается по выбору (группе ф/г – одна из карт природных явлений; группе э/г – одна из карт общественных явлений; группе прп – одна из экологических карт).

Указания к выполнению задания

а) просмотр карты с целью получения общего представления о ней;

б) детальное ознакомление с каждым элементом карты;

в) составление описания карты по плану.

План описания карты

Название карты, тематика, назначение, картографируемая территория, выходные данные (где, кем и когда составлена, издана и др.).

Математическая основа карты: картографическая проекция (найти с помощью определителей) и характер искажений; масштаб (главный), виды масштабов, применяемых при построении; элементы компоновки карты; форма и размеры рамок, виды рамок, оцифровка картографической сетки, долгота среднего меридиана; размещение элементов карты.

Вспомогательное оснащение карты (легенда, графики и др.).

Дополнительные данные карты (врезки, диаграммы, тексты и др.).

Результаты работы представить в виде описания карты.

Изображают земную поверхность и находящиеся на ней основные природные и социально-экономические объекты. Можно сказать проще: эти карты показывают в основном то, что видно на местности ( , растительность, населенные пункты, пути сообщения, границы и др.).

Топографические и обзорно-топографические карты имеют многоцелевое применение: при решении хозяйственных, научных, учебных, военных и иных задач. Во всех странах топографическим картографированием занимаются государственные картографо-геодезические службы и военные ведомства. Серии карт разных , покрывающих всю страну, постоянно обновляются. Это требует огромных затрат и везде считается делом государственной важности. В России топо-графо-геодезические работы выполняет Федеральная служба геодезии и картографии (Роскартография). располагает самым крупным в мире единым блоком топографических карт в масштабе 1:25 000, который включает десятки тысяч листов. Кроме того, составлены единые блоки карт в масштабе 1:100 000 и в более мелких. Для отдельных промышленных районов и крупных городов делают свои крупномасштабные топографические карты и планы.

Содержание топографических карт составляют основные элементы местности: рельеф (естественные и искусственные формы); и ; растительность, основные сельскохозяйственные угодья и грунты; населенные пункты и отдельные строения; промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты; наземные пути сообщения и линии связи; границы и ограждения; геодезические пункты.

Умение пользоваться топографическими картами необходимо каждому человеку - хозяйственнику и инженеру, штурману и ученому, автотуристу и пешеходу, охотнику и краеведу. Таким образом, эти карты в разных видах входят в повседневную жизнь. Анализ топографических карт - мощное средство исследования, которым пользуются все науки о Земле. Например, изучая детали рельефа местности по топографической карте, ученый может многое узнать о глубинной геологической структуре и даже предположить месторождения . Дело в том, что процессы, происходящие в земных недрах, так или иначе, отражаются в строении поверхности, нужно только уметь это увидеть. Опытный врач по внешнему виду человека, по складкам и морщинкам его лица может судить о внутреннем состоянии всего организма, а топографическая карта как раз очень подробно показывает все складки и морщинки на лике Земли.

Тематическими называют карты природных и общественных (социальных и экономических) явлений, посвященные какой-либо определенной теме. Картографировать можно все, что существует в окружающем мире: воздушные течения в атмосфере и донную фауну в океане, перевозки грузов и прирост населения, заболеваемость гриппом и участие в выборах, и многое другое. И не только реальные, но абстрактные объекты, например, продуктивность растительного покрова или устойчивость экономического развития территории. Тематические карты охватывают