自制计时仪器

日晷（guǐ）是通过观测太阳的影子来确定白天时刻的天文仪器。“日”指太阳，“晷”表示影子，“日晷”的意思就是太阳的影子。日晷一般由晷面和晷针组成，按照原理不同，可分为赤道式日晷、地平式日晷等。今天让我们一起来动手制作赤道式日晷吧！

实验材料

硬卡纸、A4纸、剪刀、铅笔、记号笔、量角器、直尺、美工刀、圆规、胶棒、竹签、纸盒

实验步骤1

在A4纸上用圆规绘制4个同心圆环。用量角器将同心圆环平均分成12份，每份30度。

实验步骤2

在步骤1的基础上，将圆环外侧平均分为24份，每份15度。

实验步骤3

再将圆环最外侧平均分为96份，每份3.75度。

实验步骤4

在12份的格子里写上子、丑、寅、卯、辰、巳（sì）、午、未、申、酉（yǒu）、戌、亥，代表时辰（一个时辰等于2个小时）；在24份的格子里写上初、正，即每个时辰又分为时初和时正。这样赤道式日晷的正面就做好了。

实验步骤5

重复前面的步骤，但子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥是逆时针排列；正、初，与正面相反。这样，赤道式日晷的反面也做好了。

实验步骤6

将晷面沿卯酉刻线切线裁剪。

实验步骤7

如图所示，在方纸盒画出水平线及垂直平分线。

实验步骤8

用量角器在纸盒上量出晷面与地平面的倾斜角，并用美工刀按倾斜角裁开。倾斜角=90度-当地地理纬度。这样就可以确保无论是在赤道，还是在高纬度地区，日晷都适用。

以北京为例，北京地理纬度大约是北纬40度，那么晷面与地平面的倾斜角就是50度。

实验步骤9

将裁剪好的晷面粘贴到硬卡纸上，并用竹签穿过圆心。将硬卡纸午时中间的刻线与纸盒上的垂直平分线对齐插入纸盒即可（注意要将晷面正面朝上哦）。朝正北方向把日晷放在有阳光的地方就可以读时间啦！

实验原理

本次实验制作的赤道式日晷，晷面平行于赤道面，晷针指向南北天极（地球的自转轴向天球——与地球同球心，并有相同的自转轴，半径无限大的假想圆球——延伸后，在无穷远处与天球交会的两个假想点）。

随着太阳在天空中的位置变化，晷针的影子会在晷面上移动。在赤道式日晷中，由于晷面平行于赤道面，影子的移动路径将呈现出一个从北到南或从南到北的直线轨迹，具体方向取决于观察者所在的半球。

在北半球，每年春分到秋分的半年间，太阳照射晷面北面（正面）；在每年秋分到第二年春分的半年间，太阳照射晷面南面（反面）。晷面两面的时刻线是一致的，只是在春分、秋分前后晷针投影不清楚。

需要注意的是，利用日晷测量的时间是真太阳时，与日常用的平太阳时（手机手表上的时间）有一定时差。

（责任编辑 / 高琳 美术编辑 / 徐博宇）