内容正文:
微专题2 日晷
“晷”即日影,“日晷”是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器,其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻。由于日晷必须依赖日照,因此不能用于阴雨天和黑夜。
日晷有地平式、赤道式等多种类型,赤道式日晷是最常见、最精准和传统的天文观测仪器(不特别说明,一般指的就是赤道式日晷)。
1.组成
赤道式日晷通常由金属指针“晷针”和石制的圆盘“晷面”组成,晷针垂直于晷面,上端指向北极星,晷针与水平面的夹角即为当地纬度。由于北极星的仰角等于当地地理纬度,故晷面与地面的倾角θ=90°-当地纬度。
2.计时原理
在晷面的正反两面刻画出12个大格,每个大格代表两个小时,子时在上,午时在下。太阳每天东升西落,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。
3.应用
(1)与地面上的日影规律不同,一天之中,晷针的影子等长,匀速转动,每小时转动15°;一年之中,不同日期的影长在变化,夏至日和冬至日晷针的影子最短。
注:地面上的日影一天中正午最短,前后对称;日影的移动角速度不匀速;一年中正午的影长取决于每天的正午太阳高度大小,北回归线以北地区夏至日最短、冬至日最长。
(2)夏半年,太阳光照在晷盘北面,晷针日影顺时针转动;冬半年相反,太阳光照在晷盘南面,晷针日影逆时针转动。二分日太阳光线与晷面平行,不能使用。
(2024·山东潍坊模拟)星轨是拍摄设备在长时间曝光的图片中,由恒星产生的持续移动轨道。下图示意黑龙江某地拍摄的星轨,图中日晷为赤道式日晷(晷面平行于赤道面),有人指出该日晷存在明显错误。据此完成1~2题。
1.图中星轨( )
A.表示恒星真实轨迹
B.亮度白天强夜晚弱
C.沿逆时针方向形成
D.曝光时间为24小时
2.该日晷的错误在于( )
A.晷针指向 B.晷针长度
C.晷盘倾角 D.晷盘大小
答案 1.C 2.A
解析 第1题,星轨是固定拍摄设备长时间曝光的图片中,由恒星产生的持续移动轨道,该轨道是由于地球自转形成的,光线暗时易于拍摄,白天受太阳辐射影响,星轨亮度相对较弱,适宜在夜间拍摄,极夜地区才可连续曝光24小时。地球自转方向是自西向东,因此该星轨沿逆时针方向形成,选C。第2题,北半球的星轨中心为北极星,赤道式日晷的晷针指向北极星,因此晷针应指向星轨的圆心所在方向,图中显示晷针指向错误,选A。
日晷是我国古代利用日影测定时刻的一种计时仪器,主要由晷盘、晷针和底座组成。图1为“赤道式日晷示意图”,图2为“清华大学日晷景观和某日某时刻晷影(晷针的影子)位置图”。完成3~4题。
3.某地晷盘与底座的夹角α=50°,则该地夏至日正午太阳高度为( )
A.53°26′ B.63°26′ C.73°26′ D.83°26′
4.清华大学日晷的晷影( )
A.长短在一年中基本不变
B.夏至日呈逆时针方向转动
C.夏至日转过的角度一年中最大
D.图示时刻约为北京时间16时
答案 3.C 4.C
解析 第3题,根据图示信息可知,α的度数与当地纬度的度数互余,所以当α=50°时,当地的纬度为40°,日晷的晷针要指向北极星,由于南半球无法观测北极星,所以日晷应位于北半球,该地的纬度应为40°N。夏至日太阳直射北回归线(23°26′N),所以该地夏至日的正午太阳高度H=90°-(40°-23°26′),即为73°26′,故选C。第4题,由于太阳直射点的回归运动,清华大学当地的正午太阳高度不断变化,所以其日晷的晷影长短在一年中也在不断变化,A错。夏至日,当地日出东北,正午太阳在正南方天空,日落西北。图2中晷针指向为正北方向,由此可确定图中晷面的方向,如下图:
日出时,晷影在图中的西南方向,正午时,晷影在图中的正北方向,日落时晷影在图中的东南方向,所以夏至日晷影呈顺时针方向转动。同时,当地夏至日昼长最长,晷影转动的角度在一年中最大,B错误,C正确。图示时刻,晷影在盘面的西北方向,表明太阳在东南方向,而北京时间16:00时太阳在西南方向,D错误。
赤道式日晷的晷面和赤道面平行,晷盘上的刻度是等分分布的,正反两面都有刻度。下图为某日故宫的赤道式日晷照片。完成5~6题。
5.2月9日该日晷晷针投影的移动方向正确的是( )
6.当北京故宫(116°E)晷针投影指向晷盘正下方的刻度时,与故宫处于同一天的日期范围约占全球的( )
A.1/2 B.3/4 C.1/3 D.2/3
答案 5.D 6.D
解析 第5题,结合所学可知,日晷的晷针朝向北极星(正北方向),且该日晷位于北京,因此图中日晷正面朝向北方,其背面为南方,图片中偏左侧为东方,偏右侧为西方。结合所学可知,2月9日属于北半球冬半年,应该观察日晷的反面来显示时间。北半球冬半年,太阳直射点位于南半球,北京日出东南,日落西南,正午时刻太阳位于正南方。结合判断出的方向和日出、日落、正午太阳方位可知,日出时晷针的投影在晷面的左下方,正午时位于正下方,日落时位于右下方,移动方向为逆时针,D正确。第6题,结合上题分析可知,当晷针投影指向晷盘正下方的刻度时,太阳位于正南方,应为当地正午12时,可算出此时64°W地方时为0时,由64°W向东至180°经线为新的一天,约占全球的2/3,D正确。
(2024·陕西商洛模拟)日晷由晷盘和晷针组成,一般可分为赤道式日晷、地平式日晷等。赤道式日晷主要由一根指向北极星并用于投射太阳阴影的指针(晷针)、承受指针投影的投影面(即晷面,器面上有刻度线)组成,晷针和晷面是垂直的关系。下面图1示意赤道式日晷的放置及部分节气的太阳视运动轨迹,图2为“安放在北京故宫太和殿前的日晷示意图”。据此完成7~8题。
7.关于安放在北京故宫的赤道式日晷,叙述错误的是( )
A.一年中晷影在夏至日转过的角度最大
B.晷盘与地平面的夹角a等于当地地理纬度的余角
C.晷针投影的运动方向在晷盘正反面均为自西向东
D.一天中,当地正午时晷针投影的长度最短
8.根据图2日晷晷影位置,可推测当地此时为( )
A.冬半年上午 B.夏半年上午
C.冬半年下午 D.夏半年下午
答案 7.D 8.B
解析 第7题,太阳在空中转过的角度、晷影在晷盘上转过的角度大小均与昼长呈正相关,结合所学可知,夏至日是北京一年中白昼最长的一天,故晷影在夏至日转过的角度最大,A正确;读图并结合所学可知,北极星仰角等于当地纬度,图中北极星仰角和晷盘与地平面之间的夹角a互余,故晷盘与地平面的夹角a等于当地地理纬度的余角,B正确;日晷的影子与太阳运动的方向相反,太阳自东向西运动,则日晷影子自西向东运动,C正确;结合图1可知,一天中太阳视运动轨迹与晷面平行,故一天中晷针投影的长度不变,D错误。题目要求选择错误的选项,故选D。第8题,结合日晷原理可知,夏半年时,晷针的影子出现在晷盘的正面(面向北极星的一面),冬半年时,晷针的影子出现在晷盘的反面,故可判断图示时间为夏半年,排除A、C;读图可知,晷盘上表示的时间尚未到达12时,故应为当地上午,B正确,D错误。故选B。
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专题突破
专题一 地球的运动
日晷
微专题2
“晷”即日影,“日晷”是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器,其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻。由于日晷必须依赖日照,因此不能用于阴雨天和黑夜。
日晷有地平式、赤道式等多种类型,赤道式日晷是最常见、最精准和传统的天文观测仪器(不特别说明,一般指的就是赤道式日晷)。
精讲点拨
1.组成
赤道式日晷通常由金属指针“晷针”和石制的圆盘“晷面”组成,晷针垂直于晷面,上端指向北极星,晷针与水平面的夹角即为当地纬度。由于北极星的仰角等于当地地理纬度,故晷面与地面的倾角θ=90°-当地纬度。
2.计时原理
在晷面的正反两面刻画出12个大格,每个大格代表两个小时,子时在上,午时在下。太阳每天东升西落,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。
3.应用
(1)与地面上的日影规律不同,一天之中,晷针的影子等长,匀速转动,每小时转动15°;一年之中,不同日期的影长在变化,夏至日和冬至日晷针的影子最短。
注:地面上的日影一天中正午最短,前后对称;日影的移动角速度不匀速;一年中正午的影长取决于每天的正午太阳高度大小,北回归线以北地区夏至日最短、冬至日最长。
(2)夏半年,太阳光照在晷盘北面,晷针日影顺时针转动;冬半年相反,太阳光照在晷盘南面,晷针日影逆时针转动。二分日太阳光线与晷面平行,不能使用。
(2024·山东潍坊模拟)星轨是拍摄设备在长时间曝光的图片中,由恒星产生的持续移动轨道。下图示意黑龙江某地拍摄的星轨,图中日晷为赤道式日晷(晷面平行于赤道面),有人指出该日晷存在明显错误。据此完成1~2题。
1.图中星轨
A.表示恒星真实轨迹
B.亮度白天强夜晚弱
C.沿逆时针方向形成
D.曝光时间为24小时
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对点强化
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星轨是固定拍摄设备长时间曝光的图片中,由恒星产生的持续移动轨道,该轨道是由于地球自转形成的,光线暗时易于拍摄,白天受太阳辐射影响,星轨亮度相对较弱,适宜在夜间拍摄,极夜地
区才可连续曝光24小时。地球自转方向是自西向东,因此该星轨沿逆时针方向形成,选C。
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(2024·山东潍坊模拟)星轨是拍摄设备在长时间曝光的图片中,由恒星产生的持续移动轨道。下图示意黑龙江某地拍摄的星轨,图中日晷为赤道式日晷(晷面平行于赤道面),有人指出该日晷存在明显错误。据此完成1~2题。
2.该日晷的错误在于
A.晷针指向 B.晷针长度
C.晷盘倾角 D.晷盘大小
√
北半球的星轨中心为北极星,赤道式日晷的晷针指向北极星,因此晷针应指向星轨的圆心所在方向,图中显示晷针指向错误,选A。
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日晷是我国古代利用日影测定时刻的一种计时仪器,主要由晷盘、晷针和底座组成。图1为“赤道式日晷示意图”,图2为“清华大学日晷景观和某日某时刻晷影(晷针的影子)位置图”。完成3~4题。
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3.某地晷盘与底座的夹角α=50°,
则该地夏至日正午太阳高度为
A.53°26′ B.63°26′
C.73°26′ D.83°26′
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根据图示信息可知,α的度数与当地纬度的度数互余,所以当α=50°时,当地的纬度为40°,日晷的晷针要指向北极星,由于南半球无法观测北极星,所以日晷应位于北半球,该地的纬度应为40°N。
夏至日太阳直射北回归线(23°26′N),所以该地夏至日的正午太阳高度H=90°-(40°-23°26′),即为73°26′,故选C。
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4.清华大学日晷的晷影
A.长短在一年中基本不变
B.夏至日呈逆时针方向转动
C.夏至日转过的角度一年中最大
D.图示时刻约为北京时间16时
√
由于太阳直射点的回归运动,清华大学当地的正午太阳高度不断变化,所以其日晷的晷影长短在一年中也在不断变化,A错。
夏至日,当地日出东北,正午太阳在正南方
天空,日落西北。图2中晷针指向为正北方
向,由此可确定图中晷面的方向,如右图:
日出时,晷影在图中的西南方向,正午时,
晷影在图中的正北方向,日落时晷影在图中的东南方向,所以夏至日晷影呈顺时针方向转动。同时,当地夏至日昼长最长,晷影转动的角度在一年中最大,B错误,C正确。
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图示时刻,晷影在盘面的西北方向,表明太阳在东南方向,而北京时间16:00时太阳在西南方向,D错误。
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赤道式日晷的晷面和赤道面平行,晷盘上的刻度是等分分布的,正反两面都有刻度。下图为某日故宫的赤道式日晷照片。完成5~6题。
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5.2月9日该日晷晷针投影的移动方向正确的是
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结合所学可知,日晷的晷针朝向北极星(正北方向),且该日晷位于北京,因此图中日晷正面朝向北方,其背面为南方,图片中偏左侧为东方,偏右侧为西方。结合所学可知,2月9日属于北半球冬半
年,应该观察日晷的反面来显示时间。北半球冬半年,太阳直射点位于南半球,北京日出东南,日落西南,正午时刻太阳位于正南方。结合判断出的方向和日出、日落、正午太阳方位可知,日出时晷针的投影在晷面的左下方,正午时位于正下方,日落时位于右下方,移动方向为逆时针,D正确。
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6.当北京故宫(116°E)晷针投影指向晷盘正下方的刻度时,与故宫处于同一天的日期范围约占全球的
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结合上题分析可知,当晷针投影指向晷盘正下方的刻度时,太阳位于正南方,应为当地正午12时,可算出此时64°W地方时为0时,由64°W向东至180°经线为新的一天,约占全球的2/3,D正确。
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(2024·陕西商洛模拟)日晷由晷盘和晷针组成,一般可分为赤道式日晷、地平式日晷等。赤道式日晷主要由一根指向北极星并用于投射太阳阴影的指针(晷针)、承受指针投影的投影面(即晷面,器面上有刻度线)组成,晷针和晷面是垂直的关系。
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下面图1示意赤道式日晷的放置及部分节气的太阳视运动轨迹,图2为“安放在北京故宫太和殿前的日晷示意图”。据此完成7~8题。
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7.关于安放在北京故宫的赤道式日晷,叙述错误的是
A.一年中晷影在夏至日转过的角度
最大
B.晷盘与地平面的夹角a等于当地地
理纬度的余角
C.晷针投影的运动方向在晷盘正反
面均为自西向东
D.一天中,当地正午时晷针投影的长度最短
√
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读图并结合所学可知,北极星仰角等于当地纬度,图中北极星仰角和晷盘与地平面之间的夹角a互余,故晷盘与地平面的夹角a等于当地地理纬度的余角,B正确;
太阳在空中转过的角度、晷影在晷盘上转过的角度大小均与昼长呈正相关,结合所学可知,夏至日是北京一年中白昼最长的一天,故晷影在夏至日转过的角度最大,A正确;
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日晷的影子与太阳运动的方向相反,太阳自东向西运动,则日晷影子自西向东运动,C正确;
结合图1可知,一天中太阳视运动轨迹与晷面平行,故一天中晷针投影的长度不变,D错误。题目要求选择错误的选项,故选D。
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8.根据图2日晷晷影位置,可推测当地此时为
A.冬半年上午
B.夏半年上午
C.冬半年下午
D.夏半年下午
√
结合日晷原理可知,夏半年时,晷针的影子出现在晷盘的正面(面向北极星的一面),冬半年时,晷针的影子出现在晷盘的反面,故可判断图示时间为夏半年,排除A、C;
读图可知,晷盘上表示的时间尚未到达12时,故应为当地上午,B正确,D错误。故选B。
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