圭表是度量日影长度的一种天文仪器,由“圭”和“表”两个部件组成。“圭”是水平放置于地面上刻有刻度的标尺,用于测量影长;“表”是垂直于地面的直杆,用于产生影子。通过观察记录正午时影子的长短变化,可以确定季节的变化和二十四节气。
小试牛刀
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圭表与二十四节气
如图甲中的圭表是我国古代的重大发明。表是垂直立于地面的标杆,圭是正南正北方向水平放置的尺。用它测量正午时表影的长度变化,从而确定一年的时间和季节。
战国时已经采用水面来校正圭使其水平,用铅垂线来校正表使其与圭垂直。由于光的散射和漫反射等的影响,早期圭表的表影边缘模糊不清,影响测量表影长度的精度。元代天文学家郭守敬对圭表进行改进与创新,他将表的高度增加到原来的五倍,且在表顶加一根架空的横梁他还发明了景符,用小孔成像原理可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像,把确定表端影的位置变为确定梁影中心的位置,较大提高了测量的精度,如图乙所示。
通过测量正午时表影长短的变化,推算出一回归年为365.25天,按照季节变化将一年划分为二十四节气(如图丙),用以指导生活和农业生产。
2016年11月30日,联合国教科文组织批准“二十四节气”列入人类非物质文化遗产代表作名录。以圭表为代表的我国古代的科技成果,闪耀着智慧的光芒,激励着我们攀登新的科技高峰。
(1)我国古代天文学家用 使表竖直;
(2)郭守敬提高测量精度的措施有 ;
(3)一年中,学校的旗杆正午杆影最长的是二十四节气中的 ;
(4)地面上深10cm,面积为1m2的水池装满水,在相同时间内,太阳光垂直照射水面使水升高的温度为Δt直,与水平方向成60°照射水面使水升高的温度为Δt斜,则Δt直:Δt斜= (忽略其它因素的影响)。
答案:(1)铅垂线;(2)把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置;(3)冬至;(4)