自制計時儀器

日晷（guǐ）是通過觀測太陽的影子來確定白天時刻的天文儀器?！叭铡敝柑?，“晷”表示影子，“日晷”的意思就是太陽的影子。日晷一般由晷面和晷針組成，按照原理不同，可分為赤道式日晷、地平式日晷等。今天讓我們一起來動手制作赤道式日晷吧！

實驗材料

硬卡紙、A4紙、剪刀、鉛筆、記號筆、量角器、直尺、美工刀、圓規、膠棒、竹簽、紙盒

實驗步驟1

在A4紙上用圓規繪制4個同心圓環。用量角器將同心圓環平均分成12份，每份30度。

實驗步驟2

在步驟1的基礎上，將圓環外側平均分為24份，每份15度。

實驗步驟3

再將圓環最外側平均分為96份，每份3.75度。

實驗步驟4

在12份的格子里寫上子、丑、寅、卯、辰、巳（sì）、午、未、申、酉（yǒu）、戌、亥，代表時辰（一個時辰等于2個小時）；在24份的格子里寫上初、正，即每個時辰又分為時初和時正。這樣赤道式日晷的正面就做好了。

實驗步驟5

重復前面的步驟，但子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥是逆時針排列；正、初，與正面相反。這樣，赤道式日晷的反面也做好了。

實驗步驟6

將晷面沿卯酉刻線切線裁剪。

實驗步驟7

如圖所示，在方紙盒畫出水平線及垂直平分線。

實驗步驟8

用量角器在紙盒上量出晷面與地平面的傾斜角，并用美工刀按傾斜角裁開。傾斜角=90度-當地地理緯度。這樣就可以確保無論是在赤道，還是在高緯度地區，日晷都適用。

以北京為例，北京地理緯度大約是北緯40度，那么晷面與地平面的傾斜角就是50度。

實驗步驟9

將裁剪好的晷面粘貼到硬卡紙上，并用竹簽穿過圓心。將硬卡紙午時中間的刻線與紙盒上的垂直平分線對齊插入紙盒即可（注意要將晷面正面朝上哦）。朝正北方向把日晷放在有陽光的地方就可以讀時間啦！

實驗原理

本次實驗制作的赤道式日晷，晷面平行于赤道面，晷針指向南北天極（地球的自轉軸向天球——與地球同球心，并有相同的自轉軸，半徑無限大的假想圓球——延伸后，在無窮遠處與天球交會的兩個假想點）。

隨著太陽在天空中的位置變化，晷針的影子會在晷面上移動。在赤道式日晷中，由于晷面平行于赤道面，影子的移動路徑將呈現出一個從北到南或從南到北的直線軌跡，具體方向取決于觀察者所在的半球。

在北半球，每年春分到秋分的半年間，太陽照射晷面北面（正面）；在每年秋分到第二年春分的半年間，太陽照射晷面南面（反面）。晷面兩面的時刻線是一致的，只是在春分、秋分前后晷針投影不清楚。

需要注意的是，利用日晷測量的時間是真太陽時，與日常用的平太陽時（手機手表上的時間）有一定時差。

（責任編輯 / 高琳 美術編輯 / 徐博宇）