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圭表与二十四节气

如图甲中的圭表是我国古代的重大发明。圭表包括“圭”和“表”两部分,表是一根立在地面的标杆或石柱,表高一般为8尺(3尺约为1m),圭是从表的跟脚上以水平位置伸向正北方的一条石板,其结构如图乙所示。

战国时已经采用水面来校正圭使其水平,用铅垂线来校正表使其与圭垂直。在地球绕太阳公转过程中,北半球同一地区正午太阳高度(太阳高度指太阳光线与地平面的夹角)从夏至日到冬至日逐渐变小,南半球逐渐变大。古人用它测量正午时表影的长度,从而确定一年的时间和季节。通过测量正午时表影长短的变化,推算出一回归年为365.25天,按照季节变化将一年划分为二十四节气(如图丙),用以指导生活和农业生产。

由于光的散射和漫反射等的影响,早期圭表的表影边缘模糊不清,影响测量表影长度的精度。元代天文学家郭守敬对圭表进行改进与创新,他将表的高度增加到原来的五倍,且在表顶加一根架空的横梁。他还发明了景符,用小孔成像原理可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像,把确定表端影的位置变为确定梁影中心的位置,较大提高了测量的精度,如图丙所示。

2016年11月30日,联合国教科文组织批准“二十四节气”列入人类非物质文化遗产代表作名录。以圭表为代表的我国古代的科技成果,闪耀着智慧的光芒,激励着我们攀登新的科技高峰。

(1) 我国古代天文学家用 使表竖直;
(2) 一年中,盐城某学校的旗杆正午杆影最长的是二十四节气中的
(3) 已知北半球某处冬至、春分和夏至时正午太阳高度分别约为26°、50°和74°,则该处圭表上节气刻度的大概位置正确的是 ___________; A. B. C. D.
(4) 景符上孔槽的形状是 ___________; A. 正方形 B. 三角形 C. 圆形 D. 以上都可以
(5) 某兴趣小组想利用身边的物品制作圭表,为确保圭面上节气刻度间的距离大一点,使测量更精确,在设计圭表时应该注意哪些问题?写出一条即可。答:
【考点】
光的直线传播及其应用; 重力的方向;
【答案】

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手术无影灯

手术无影灯用来照明手术部位,尽量消除医护人员的头、手和器械等对手术部位造成的阴影。手术无影灯是将发光强度很大的许多灯排列在灯盘上,合成一个大面积的光源,这样就能从不同角度把光线照射到手术台上,既保证手术视野有足够的亮度,同时又不会产生明显的本影。

手术无影灯是怎么做到“无影”的呢?晚上在教室内只打开一盏日光灯,仔细观察你自己的影子,会发现影子中部特别黑暗,四周稍浅。影子中部,日光灯发出的光不能照到,特别黑暗,叫本影,四周灰暗的部分叫半影。

为了解释无影灯的工作原理,在课桌上点两支蜡烛分开放置于A、B两个位置,蜡烛前面立一本书,关掉日光灯可以看到墙壁出现书的本影和半影,如图所示,如果点燃三支甚至四支蜡烛,书的本影部分就会逐渐缩小,半影部分会出现很多明暗不同的层次。

(1) 手术室使用的无影灯,可以避免手术时手及医疗器械由于光沿传播而产生黑影,这种无影灯是由(选填“一个”或“多个”)发光且较大的光源组成;
(2) 烈日炎炎的夏季,同学们在工地上劳动,将凉水壶放在电线杆的阴影里,王明同学突然提出,电线杆有影子,电线为什么没有影子呢?有四位同学给出了解释,其中正确的是(填写正确答案前的字母); A. 射到电线上的光线太弱 B. 电线太细,太阳光射到它上面形成的本影很小,未落到地面 C. 太阳是个大光源,能把较细电线的四周照亮,在地面上几乎看不到影子 D. 电线杆是竖直的,电线横着不会形成影子
(3) 如果在短文图中再点燃更多的蜡烛,书的本影部分
(4) 小明同学想用9盏相同的LED灯(图中用·表示)排列合成一个大光源作为无影灯,下列设计效果最好的是。 A. B. C. D.
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综合实践活动——研究制作圭表

【提出问题】圭表是我国古代的计时工具,它是利用什么原理,并如何实现计时的?我们如何制作一个简易的圭表来体验它的计时方法呢?

【自主学习】圭表是度量日影长度的一种天文仪器。如图所示,表是垂直立于水平地面的标杆,圭是正南正北方向水平放置的尺,用它测量正午时表的日影长度,从而确定一年的时间和季节.古人把最长日影的那天称为冬至,最短日影的那天称为夏至,两个冬至之间则定为一个回归年,一年分24节气,每个节气15天.

【制作装置】小明在薄木板上垂直固定一支长20cm的铅笔,完成简易圭表的制作。

【设计并完成实验】今年国庆节,小明带领学习小组成员,将自制的圭表放在太阳光下的水平地面上,用来研究一天中影子随时间变化的规律.8:00-16:00之间,每隔1小时,在薄木板上画出铅笔的影子,在11:00-13:00之间,每隔20分钟,在铅笔影子的顶端做一个记号,测量影长并记录在下表中。

序号

1

2

3

4

5

6

7

时间

11:00

11:20

11:40

12:00

12:20

12:40

13:00

影长/cm

16.8

16.6

16.2

11.5

16.2

16.6

16.8

【交流评价】各学习小组对自制的圭表及实验过程中的现象进行了评价交流。

(1) 太阳到地球的距离约1.5×1011米,光从太阳射到地球的时间约为秒.如图甲所示,“表的日影”说明了,今年“秋分”是9月22日,国庆节的正午,表的日影顶端在圭上刻度“秋分”的(选填“左”或“右”)端。
(2) 如图乙所示,是小明同学在水平板上记录的8:00、12:00、16:00时铅笔的影子,其中B点在O点的(选填“东”、“西”、“南”或“北”)侧,OA是(选填“8:00”、“12:00”或“16:00”)时铅笔的影子。
(3) 请根据表中数据,在图丙中画出影长随时间变化的图像.根据图像可知,11:50时,影子的长度约为cm。
(4) 同学们在交流“铅笔正午的影长”时,有几个学习小组的测得值明显较小,请你分析出两个可能的原因
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3. 阅读短文,回答问题

手术无影灯

手术无影灯用来照明手术部位,尽量消除医护人员的头、手和器械等对手术部位造成的阴影。

手术无影灯是怎么做到“无影”的呢?晚上在教室内只打开一盏日光灯,仔细观察你自己的影子,会发现影子中部特别黑暗,四周稍浅。影子中部,日光灯发出的光不能照到,特别黑暗,叫本影。四周灰暗的部分叫半影。

为了解释无影灯的工作原理,在课桌上点两支蜡烛分开放置于A、B两个位置,蜡烛前面立一本书,关掉日光灯可以看到墙壁出现书的本影和半影,如图甲。如果点燃三支甚至四支蜡烛,书的本影部分就会逐渐缩小,半影部分会出现很多明暗不同的层次。

手术无影灯是将发光强度很大的许多灯排列在灯盘上,合成一个大面积的光源,这样就能从不同角度把光线照射到手术台上,既保证手术视野有足够的亮度,同时又不会产生明显的本影。

(1)图甲的上侧半影区域中,蜡烛

A.A和B发出的光都照到                    B.A发出的光照到,B照不到

C.A和B发出的光都照不到                 D.B发出的光照到,A照不到

(2)在手术无影灯下,医护人员的手和器械等在手术部位(会/不会)产生本影。

(3)请在图乙中画出第三支蜡烛C照到课本上时,在墙上产生的本影区域(仿图甲,在墙壁上对应位置画出阴影)。

(4)如果在乙图中再点燃更多的蜡烛,书的半影部分

A.明暗更明显,层次更多

B.明暗更明显,层次更少

C.明暗更不明显,层次更多

D.明暗更不明显,层次更少

(5)小明同学想用9盏相同的LED灯(图中用     表示)排列合成一个大光源作为无影灯,下列设计效果最好的是

A.        B. C.      D.

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