第320章 制作古代天文简易仪器宇宙地球人类三篇

圭表： 以下是 圭表 的 超详细制作指南从原理到实操步骤包含误差控制与数据记录方法适合精准复刻古代天文测量工具： 一、圭表的核心原理 功能：通过测量正午太阳影长确定节气、计算黄赤交角甚至推算地球半径（如埃拉托斯特尼实验）。

关键部件： 表（立杆）：垂直投影杆高度影响影长灵敏度。

圭（刻度尺）：水平测量基准需绝对平直。

天文关系：影长 \\( L = H \\cdot \\cot(\\alpha) \\)其中 \\( H \\) 为表高\\( \\alpha \\) 为太阳高度角。

二、材料与工具清单 基础版（纸质/木板） | 部件 | 材料选择 | 替代方案 | | 表 | 直径5mm木棍/不锈钢焊条 | 竹签（需加重防倒） | | 圭 | 1米长钢尺/激光打印刻度纸 | 硬纸板+手绘刻度（0.5mm精度） | | 底座 | 30×10cm木板 | 快递纸箱多层胶合 | | 校准工具| 气泡水平仪、铅垂线 | 手机水平仪APP | 进阶版（提高精度） 表高调节：使用螺纹杆+螺母可微调高度（如从10cm至50cm）。

圭面升级：亚克力板激光刻线减少热胀冷缩变形。

三、分步制作流程 步骤1：制作底座与圭尺 1. 底座加固： 木板钻孔插入表杆（孔径略小于杆径敲入后自紧）。

防倾斜技巧：在底座另一侧粘贴配重块（如电池）。

2. 圭尺刻度： 用钢尺复印或直接打印刻度（推荐分度值1mm总长≥60cm）。

防水处理：透明胶带全覆盖或喷涂清漆。

步骤2：垂直校准立杆 1. 双验证法： 铅垂线法：杆顶悬挂细线+螺母调整至线与杆完全平行。

三角板法：用直角尺三边紧贴底座和立杆缝隙≤0.5mm。

2. 误差控制： 若杆倾斜1°夏至影长误差约2%（北纬40°地区）。

步骤3：整体水平校准 1. 气泡水平仪：先调底座长边水平再调圭尺方向。

2. 自然验证法： 早晨放置圭表标记影尖位置；午后影尖应回到同一点（若偏离需重调水平）。

四、使用方法与数据记录 1. 正午影长测量 真太阳时计算： \\( \\text{真太阳时} = \\text{北京时间} + \\text{时差} \\text{经度差} \\) （例如杭州东经120°无需修正；乌鲁木齐需减2小时10分钟） 操作流程： 1. 提前10分钟开始每分钟标记影尖位置。

2. 取影长最短时刻为正式数据（精确到0.5mm）。

2. 节气推算表 | 节气 | 理论影长（H=15cm北纬30°） | 实际测量修正项 | | 夏至 | 5.2cm | +0.3cm（大气折射） | | 春秋分 | 15.0cm | ±0cm | | 冬至 | 41.5cm | 0.8cm（蒙气差） | 3. 拓展实验 计算地球周长： 1. 夏至日在两地（如北京广州）同步测量影长。

2. 代入公式：\\( \\text{地球周长} = \\frac{\\text{两地距离} \\times 360°}{\\text{太阳高度角差}} \\)。

五、误差分析与修正 | 误差来源 | 影响程度 | 解决方案 | | 立杆倾斜 | 每1°误差1.7% | 使用铅垂线双重校验 | | 圭尺热胀冷缩 | 夏季±2mm | 选用因瓦合金尺/清晨测量 | | 大气折射 | 太阳高度＜30°时需修正 | 应用蒙气差公式：\\( R = 58.2 \\cdot \\cot(\\alpha) \\) | 日晷： 制作一个简易日晷是一个有趣且能直观了解古人计时方式的项目。

以下是详细步骤和科学原理的讲解： 一、日晷的类型选择 推荐制作水平式日晷（适合放置在地面或桌面）因为材料易得且制作简单。

二、材料准备 1. 底座：硬纸板、木板或平整的塑料板（约20cm×20cm）。

2. 晷针（表针）：吸管、竹签、铅笔（长度1015cm）。

3. 工具：剪刀、胶水、量角器、指南针、记号笔。

4. 装饰（可选）：颜料、贴纸。

三、制作步骤 1. 制作晷盘（刻度盘） 在底座上画一个圆形或方形（代表晷盘）。

将晷盘分为24等份（对应24小时）每15°为一个时刻（360°÷24=15°）。

本小章还未完请点击下一页继续阅读后面精彩内容！。