精品物理频道 2021-07-12
古代测量时间工具---圭表
圭表，是度量日影长度的一种天文仪器，这是一种十分精什么的仪器，由“圭”和“表”两个部件组成。圭表和日晷一样，也是利用日影进行测量的古代天文仪器。所谓高表测影法，通俗的说，就是垂直于地面立一根杆，通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。垂直于地面的直杆叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以测量影长的标尺叫“圭”。
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。圭表和日晷一样，也是利用日影进行测量的古代天文仪器。所谓高表测影法，通俗的说，就是垂直于地面立一根杆，通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。垂直于地面的直杆叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以测量影长的标尺叫“圭”。
它是我国古代度量日影长度的一种天文仪器，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。圭表由垂直的表（一般高八尺）和水平的圭组成。圭表的。
早在公元前20世纪，陶寺遗址时期，我国中原地区已使用圭表测影法。到了汉时期，学者还采用圭表日影长度确定“二十四节气”，采用圭表测影法定出黄河流域的日短至（白昼最短）这天作为冬至日，以冬至日为“二十四节气”的起点，将冬至到下一个冬至之间的时间段分割为24段（每段15日），每两个节气之间的天数平均。古人把这种方法叫“平气法”（又称“平均时间法”）。先测出冬至日因为冬至时影子最长，其相邻几天的影长变化最为明显，更利于观测记录。
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，3000多年前，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。
这是2021年北京市中考物理试卷中的一道题，原题如下：
华夏之光——圭表
我国古代的天文观测一直居于世界领先地位，天文学家们发明了许多先进的天文观测仪器，其中圭表就是典型的代表。圭表（如图1所示）包括圭和表两部分，正南北方向平放的尺，叫作圭，直立在平地上的标竿或石柱、叫作表，圭和表相互垂直。
战国以前的天文学家已丝能够利用水面来校正圭，使其水平，使用铅垂线来校正表，使其与圭相互垂直。
郭守敬又利用小孔成像的原理，发明了景符，利用景符可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像（如图2所示），这样就可以精确的测量表的影长了。这些措施成功解决了圭表发明以来，测影时“虚景之中考求真实”的困难。
以圭表为代表的我国古代的科技成果，像一颗颗璀璨的明珠，闪耀着智慧的光芒，激励着我们攀登新的科技高峰。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）请写出我国古代天文学家保证圭和表相互垂直的措施，并解释为什么这种措施可以保证圭和表是相互垂直的。
准确地说，圭表并不是记录时间的工具，而是一种把握和总结时间规律的仪器。使用圭表时，人们把圭平置于表的北面。太阳照射着表的时候，圭的上面就会出现表的影子。人们根据影子的方向、长度来测量和比较日影在每日、每月、每年。
（2）郭守敬的改进与创新措施解决了早期圭表的什么问题？
（3）除了圭表，请你再列举一个我国古代天文观测仪器。
【分析】（1）重力的方向是竖直向下的，水面是水平的；
（2）早期圭表的表影边缘模糊不清，影响了测量表影长度的精度；
圭表是测定正午的日影长度以定节令。通过进一步研究计算圭表和日晷一样，定回归年或阳历年，也是利用日影进行测量的古代天文仪器，早在公元前7世纪。这样，我国就开始使用了。据说，古代学者还掌握了二十四节气的圭表日影长度，。
（3）我国古代天文观察仪器有日晷、浑天仪、水运仪等。
【答案】：
企业回清诚声发射仪器可以对变压器局部放电检测，风电叶片疲劳损伤监测，转动轴承状态监测，钢丝绳断丝监测，管道阀门泄漏监测，刀具磨损监测，起重机吊臂梁裂纹检测，结构裂纹开裂监测
（1）用水面来矫正圭，使其水平，利用重垂线来矫正表，使其与圭相互垂直，这是因为重垂线是利用重力方向的竖直向下作用的，竖直向下与水平面互相垂直；
（2）测量时，把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置，解决了早期圭表的表影边缘模糊不清的问题，提高了测量影长的精度；
（3）我国古代天文观察仪器还有日晷、浑天仪、水运仪等。
【点评】本题考查了光的直线传播、重力的方向的应用，读懂文中内容是解题的关键。
