《时间的脚步》解析

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1、时间的脚步解析时间的脚步解析圭表是利用日影进行测量的古代天文仪器，早在公元前7世纪，我国就开始使用了。圭表是测定正午的日影长度以定节令，定回归年或阳历年。在很长一段历史时期内，我国所测定的回归年数值的准确度斗居世界第一。通过进一步研究计算，古代学者还掌握了二十四节气的圭表日影长度。这样，圭表不仅可以用来制定节令，而且还可以用来在历书中排出未来的阳历年以及二十四个二节令的日期，作为指导农事活动的重要依据。由“圭”和“表”两个部件组成。直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做表；正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做圭。圭表的主要功能是测定冬至日所在，并进而确定回归年长度，此外，通过观测表影的变化

2、可确定方向和节气。中国现存最早的圭表是1965年在江苏仪征石碑村1号东汉墓出土。圭表多以铜制。一九六五年在江苏仪征的一座东汉中叶墓葬中出土了一件袖珍铜圭表，它由19.2厘米的表和34.39 厘米长的圭构成，圭表之间有枢轴相连，可将表平放于匣内，圭表合装一体，启合自如，携带方便，是设计家和铸造师密切配合的杰作。圭表测时的精度是与表的长度成正比的。元代杰出的天文学家郭守敬在周公测时的地方设计并建造了一座测景台。它由一座9.46米高的高台和从台体北壁凹槽里向北平铺的长长的建筑组成，这个高台相当于坚固的表，平铺台北地面的是“量天尺”即石圭。这个硕大的“圭表”使测量精度大大提高。以圭表测时，一直延至明清

3、，现在南京紫金山天文台的一具圭表，是明代正统年间（14371442年）所造的。远古时的人们，日出而作，日没而息，从太阳每天有规律地东升西落，直观地感觉到了太阳与时间的关系，开始以太阳在天空中的位置来确定时间。但这很难精确。据记载，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表。这当为世界上最早的计时器。日晷，是指日影，是使用太阳的位置来测量时间的一种设备，主要由一根投射太阳阴影的指标、承受指标投影的投影面(即晷面)和晷面上的刻度线组成。最常见的设计，也就是最普通的，就是所谓的庭园日晷，让日影投射在一个标有时刻的平面上，当太阳移动时，影子所指示的时间也跟着

4、变动。其实，日晷可以设计在任何物体的表面上，让固定的指针产生阴影来测量时间，因此日晷有许多种不同的形式，基本上可以分为地平式日晷、赤道式日晷、子午式日晷和卯酉式日晷等等。明马中锡中山狼传中记载由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时，首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。中国古代测时仪器。由晷针和晷盘组成，晷盘上有时间刻度，晷针垂直于盘面，通过晷针日影在盘面上的方向就能测定时间。因盘面安置的方向不同，日晷可分为地平日晷、赤道日晷、立晷、斜晷。日晷的早期历史尚不清楚，

5、最早的可靠记载是隋书天文志中提到的袁充于隋开皇十四年(594)发明的短影平仪(即地平日晷)。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏行独醒杂志卷二中提到的晷影图，但晷盘是木制的。后世改用石质晷盘，金属晷针。北京故宫等处保存的都是清代制造的石质赤道日晷。赤道日晷的晷面平行于赤道面，晷针指向南北极。相持既久，日晷渐移。有一种香篆钟于十二世有一种香篆钟于十二世纪中叶在中国流行。荷纪中叶在中国流行。荷兰高罗培著兰高罗培著“狄仁杰断狄仁杰断案传奇案传奇”中，记述了唐中，记述了唐宫计时用的香篆钟为梅宫计时用的香篆钟为梅花形黄铜盘，盘子内梅花形黄铜盘，盘子内梅花五瓣，各缭绕着一圈花五瓣，各缭绕着一圈盘香，用以计时焚

6、薰，盘香，用以计时焚薰，称为称为“五孕祥云五孕祥云”。沙漏是我国古代一种计量时间的仪器，它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的数量来计量时间。这种采用流沙代替水的方法，是因为我国北方冬天空气寒冷，水容易结冰的缘故。最著名的沙漏是1360年詹希元创制的“五轮沙漏”。流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里，驱动初轮，从而带动各级机械齿轮旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮，中轮的轴心上有一根指针，指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动，以此显示时刻，这种显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同 宋朝的苏颂、韩公宋朝的苏颂、韩公廉等人设计制造的古代廉等人设计制造的古代天文仪器，集天文与报天文仪器，

7、集天文与报时为一体，其中的报时时为一体，其中的报时装置是装置是用水来测量时间用水来测量时间的。的。整座仪器相当于一整座仪器相当于一个四层楼高的木质建筑个四层楼高的木质建筑 这台仪器的制造水平堪这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了我称一绝，充分体现了我国古代人民的聪明才智国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。和富于创造的精神。摆钟发明于摆钟发明于16571657年，年，用摆锤控制其它机件，用摆锤控制其它机件，使钟走的快慢均匀，一使钟走的快慢均匀，一般能报点。它是以伽利般能报点。它是以伽利略发现的摆的摆动具有略发现的摆的摆动具有规则性这个原理为基础规则性这个原理为基础而发明的。而发明的。钟摆可以

8、永远摆下钟摆可以永远摆下去去,但由于阻力存在但由于阻力存在,它它的摆动会逐渐减小的摆动会逐渐减小,最后最后停止停止.所以要用所以要用发条发条来提来提供能量使其摆动。供能量使其摆动。石英晶体受到电池电力影响时，会产生规律的振动。石英晶体每秒的振动次数高达32768次，我们可以设计简易的电路来计算它振动的次数，当它数到32768次时，电路会传出讯息，让秒针往前走一秒。石英的振动相当规律，即使是便宜的石英表，一天之内的误差率也不会超过1秒。石英晶体的应用使得手表可以大量生产，不但生产速度比以前快很多，价格也随之下降。每年约可制造5亿只手表，足以供应全球使用。电子表的内部装配电子表的内部装配有有电子集

9、成电路电子集成电路及及石英石英晶振，晶振，一般分液晶显示一般分液晶显示数字式和石英指针式两数字式和石英指针式两种。戴电子表的人一定种。戴电子表的人一定都为它的方便和准确性都为它的方便和准确性好而感到高兴。它不但好而感到高兴。它不但能显示时间，而且能显能显示时间，而且能显示星期和日期。示星期和日期。电子表可分为数字电子表可分为数字式石英电子手表、指针式石英电子手表、指针式石英电子手表及自动式石英电子手表及自动石英表和光动能手表石英表和光动能手表.原子钟的计时精度高原子钟的计时精度高于其他任何时钟，它是根于其他任何时钟，它是根据原子振荡的原理来精确据原子振荡的原理来精确计时的，它没有指针和齿计时的

10、，它没有指针和齿轮，只有激光束、镜子和轮，只有激光束、镜子和铯原子气，它并不能直接铯原子气，它并不能直接显示钟点，它的任务是提显示钟点，它的任务是提供供“秒秒”这个时间单位的准这个时间单位的准确计量。其精确度达到每确计量。其精确度达到每2000万年误差仅万年误差仅1秒，目秒，目前世界上如此精确的计时前世界上如此精确的计时器只有两具。器只有两具。铯原子钟铯原子钟这节课大家表现的不错哦！坐姿一颗星，学习一颗星，状态一颗星常见分类常见分类 日晷水平式日晷日晷水平式日晷水平式日晷（水平式日晷（The Horizontal SundialE）是）是最常用的日晷，采用水平式的刻度盘，日晷最常用的日晷，采用

11、水平式的刻度盘，日晷轴的倾斜度，依使用地的纬度设定，刻度需轴的倾斜度，依使用地的纬度设定，刻度需要利用三角函数计算才能确定。适合低纬度要利用三角函数计算才能确定。适合低纬度的使用。的使用。赤道式日晷赤道式日晷赤道式日晷（赤道式日晷（The ERquatorial Sundial）是）是依照使用地的纬度，将轴（指时针）朝向北依照使用地的纬度，将轴（指时针）朝向北极极3 固定，观察轴投影在垂直于轴的圆盘上的固定，观察轴投影在垂直于轴的圆盘上的刻度来判断时间的装置。盘上的刻度是等刻度来判断时间的装置。盘上的刻度是等分的，夏季和冬季轴投影在圆盘上的影子分的，夏季和冬季轴投影在圆盘上的影子会分在圆盘的北

12、面和南面，适合中低纬度会分在圆盘的北面和南面，适合中低纬度的使用。若将圆盘改为圆环则称为赤道式的使用。若将圆盘改为圆环则称为赤道式罗盘日晷。罗盘日晷。极地晷极地晷极地晷（极地晷（TheRE polar Dial）供指时针投）供指时针投影的平面与指时针平行，即与地平面的夹影的平面与指时针平行，即与地平面的夹角与地理纬度相同，并朝向正北。时间的角与地理纬度相同，并朝向正北。时间的刻画可以用简单的几何图来处理，投影的刻画可以用简单的几何图来处理，投影的时间线是平行的线条。适合各种不同的纬时间线是平行的线条。适合各种不同的纬度使用度使用南向垂直日晷南向垂直日晷南向垂直日晷（南向垂直日晷（Vertica

13、l Direct South Dial）刻度盘面朝向正南且垂直地面的日）刻度盘面朝向正南且垂直地面的日晷。这一种日晷较适合在中纬度（晷。这一种日晷较适合在中纬度（3070）使用。）使用。东或西向垂直式东或西向垂直式东或西向垂直式东或西向垂直式Vertical Direct East or West）刻度盘面朝向正东或正西且垂直地）刻度盘面朝向正东或正西且垂直地面的日晷。这一种日晷只能在上半日（东面的日晷。这一种日晷只能在上半日（东向）或下半日（西向）使用，但全球各纬向）或下半日（西向）使用，但全球各纬度都适用。度都适用。侧向垂直式侧向垂直式侧向垂直式（侧向垂直式（Vertical Declin

14、ing）刻度）刻度盘面采用垂直方向的日晷。这一种日晷盘面采用垂直方向的日晷。这一种日晷需要依照建筑物的墙面方向换算刻度，需要依照建筑物的墙面方向换算刻度，不容易制作。依季节及时间的不同，有不容易制作。依季节及时间的不同，有时不会产生影子。南向与东西垂直日晷时不会产生影子。南向与东西垂直日晷都可视为此形的特例。都可视为此形的特例。投影日晷投影日晷投影日晷（投影日晷（Analemmatic Sundial）不）不设置指时针，仅在地平面依地理纬度的设置指时针，仅在地平面依地理纬度的不不同绘制不同扁率的椭圆，在其上刻划同绘制不同扁率的椭圆，在其上刻划时间线，并将长轴指向正东西方向，南时间线，并将长轴指

15、向正东西方向，南北向的短轴上则需刻上日期，指示立竿北向的短轴上则需刻上日期，指示立竿测量时刻的正确位置。测量时刻的正确位置。平日晷平日晷平日晷晷面水平放置而晷针指向北极，平日晷晷面水平放置而晷针指向北极，晷面和晷针之间的夹角就是当地的地理晷面和晷针之间的夹角就是当地的地理纬度。纬度。相关计算相关计算 日晷的制作除了指时针必需正确的安装之外，时间日晷的制作除了指时针必需正确的安装之外，时间线的刻划也不能忽视。各形日晷时间线的刻划与日线的刻划也不能忽视。各形日晷时间线的刻划与日晷的地理位置，指时针的高度等，都有关系。假设晷的地理位置，指时针的高度等，都有关系。假设地理纬度为地理纬度为，指时针的高度

16、为，指时针的高度为H，要刻划的时间，要刻划的时间与正午的差值为与正午的差值为T；时间线与指时针的夹角为；时间线与指时针的夹角为A，距离为距离为D，则各形日晷的计算式如下：日晷，则各形日晷的计算式如下：日晷（1）水平式日晷水平式日晷：TAN（A）=TAN（T）*SIN（）（2）赤道式日晷赤道式日晷：等分圆盘，每小时：等分圆盘，每小时相当与十五度，正午线垂直朝下。相当与十五度，正午线垂直朝下。（3）极地晷极地晷：D=H*TAN（15*T）（4）南向垂直日晷南向垂直日晷：TAN（A）=TAN（T）*COS（）（5）东或西向垂直式东或西向垂直式：D=H*TAN（6-T）*15）（6）侧向垂直式侧向垂直

17、式：TAN（A）=SIN（O）*TAN（R+15*T）指时针与墙面垂线的夹角指时针与墙面垂线的夹角TAN（W）=SIN（）*COT（）指时针高出于墙面的夹角指时针高出于墙面的夹角SIN（O）=COS（）*COS（）指时针与正午线的时间线差指时针与正午线的时间线差COT（R）=COT（）*SIN（）6点与点与12点时间线的夹角点时间线的夹角COT（S）=SIN（）*TAN（）：日晷墙面的斜角：日晷墙面的斜角（7）投影日晷投影日晷：D=SIN（T*15），），V=sin（）*COT（）椭圆长轴与短轴的比：椭圆长轴与短轴的比：sin()竖竿（人立足）的位置：竖竿（人立足）的位置：Z=TAN（del）*COS（）del：太阳的赤纬，：太阳的赤纬，V：时间点在短轴方向上：时间点在短轴方向上的值的值 D：时间点在长轴方向上的值：时间点在长轴方向上的值结束结束