第320章 制作古代天文简易仪器（1 / 7）

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 | 30x10cm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 ↑返回顶部↑