二〇一一年五月二十七日
活动名称：2011夏至日测量日影活动
活动时间：2011年6月22日(如遇阴雨可提前或滞后一周)
活动策划：中国动手天文教学组织(China HOU)
“夸父追日”活动组委会
活动对象：全国各地(含港、澳、台)在校大、中、小学生
活动地点：参加者所在地
活动立意：
太阳照射到地球上的物体产生了投影。太阳的运动和影子的变化，是日复一日，年复一年的重复现象，我们都司空见惯了。然而我们的祖先曾经利用测量太阳影子得出了非常了不起的科学结果，中国的圭表和日晷就是这方面的杰出范例。而成语“立竿见影”就源于最早的圭表。
成语“立竿见影”就源于最早的圭表
在中学的地理课本中，我们都学过相关知识，但留下的印象可能并不太深。今天人们仍然可以参考我国古代圭表测影法来测量日影。我们希望通过本次测量日影活动，同学们能够亲自获得观测的第一手资料，经过适当的计算与处理来验证真理，从而加深我们对书本知识的理解和对自然的感悟。参考文章：“夏至日正午日影测量”(中国科技教育2010年第6期)。本活动适于离北回归线适当角度(即能观测到夏至日正午太阳影子)地区的学生参加。http://www.chinahou.org/News/ShowArticle.asp?ArticleID=569
活动细则
准备工作
工具：尺、线、指南针、计时表、记录用纸笔、打印记录表(附件)、照相机等。
立竿：在空旷的地平面上竖直立一个竿子(也可以用窗户楞、栏杆、旗杆、单杠等固定物代替)。
重垂线：如果是栏杆、单杠等横杆，可以用细线吊重物垂于地面，等价于从地面立竿，也可以利用重垂线来校正竖立竿子的垂直度(图一)。
(图一)
测量竿子高度：从竿底(与地面垂直那点)到竿顶的长度(厘米)。
获取当地经纬度：可以查地图、GPS、Iphone或用Google Earth等网上搜索得到。
测量方法步骤
2011夏至日测量日影活动记录表 | ||||||||||||||||||||||||||||
姓名 | 年龄 | 年级(文化程度) | ||||||||||||||||||||||||||
学校\单位(全称) | 通讯地址(邮编) | |||||||||||||||||||||||||||
联系电话 | ||||||||||||||||||||||||||||
测量日期 | 年 月 日 | 测量地点(例如学校操场) | ||||||||||||||||||||||||||
当地纬度 | 当地经度 | 获得经纬度方法 | 竿高(厘米) | |||||||||||||||||||||||||
测量序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |||||||||||||||
测量时间(北京时间)(时：分) |
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影长(厘米) | ||||||||||||||||||||||||||||
验证当地纬度值(°)(可选做) | 当地纬度实测验证值= | |||||||||||||||||||||||||||
验证当地正午(时：分)(可选做) | 当天正午时刻实测值= | |||||||||||||||||||||||||||
从北京时间11点30分起到12点30分止，每隔5分钟(或更短间隔)测量一次太阳照射竿子在地面上投影的长度，并在地面上画出对应竿影直线和影子的端点，同时把每次测量的影长(厘米数)和
对应的时间(时：分)按测量序号填入下表。
画出每一次测量的竿影。可看到从最初较长(方向偏西)逐渐缩短再逐渐增长(方向偏东)的过程。将各竿影端点连成一条曲线。
找出正午影长和正午时刻：量出竿影曲线与竿底连线最短值，就是当天正午的竿影长度；对应的时间就是当天当地的正午时刻(有日晷的同学可以跟日晷时间对比)；此时竿影的方向(从竿底到竿顶的日影)就是南北方向(可与指南针或Iphone上的指南针比较)。
拍摄全部测量场景照片。详细拍摄测量全过程(测量时划在地面上的点、线、竿子、竿影、现场记录表等)，照片尺寸1MB以内，另附各照片的word文档说明(或直接把照片说明信息写到文件名里，不再另附word文档)。
拍摄全部测量场景视频片(可选)。
活动小论文(限字数1000～2000字，图片10幅以下)
每位参加活动的学生可以附交一篇科技小论文，由活动组委会组织专家指导和评议。
论文内容
可将活动的准备工作、提前演练过程、实际测量步骤、遇到的问题、解决的方法、结果的讨论、改进测量工具、提高精度的想法、整个过程中所学、所想、所感受到的点点滴滴(体会、经验、感悟等)，写出来供大家分享，也作为本次活动评比的依据。
论文讨论提示
测量精度：由于竿子顶端有虚影，所以竿高的位置并不容易测准。在栏杆、单杠等平坦物体上垂吊重物来代替竿子，此时测量横杆和竖竿交叉处的影子要容易些(图二)。
思考：为什么登封古观星台的圭表要做得很高很长？
(图二)
测量时间：夏至日(6月22日)当天如遇阴雨等特殊情况，可在前后一周内进行测量，分析这里将要产生的误差(原因和大小)，并讨论在多少天之内的误差是可以接受的(不会特别影响计算结果)？
测量地点：测量地与北回归线的纬度差会导致竿影长度不同，测量的结果会受到哪些影响？你对测量地(纬度)的选择有什么想法？
验证当地正午时刻：
下表给出的是2011年夏至前后的真太阳时与平太阳时的时差表。你能用计算的方法得出夏至日当地正午时刻真太阳时所对应的北京时间吗？用此时间来验证你测出的正午时刻。
2011年真平太阳时差
6月16日-32秒
6月17日-44秒
6月18日-57秒
6月19日-1分10秒
6月20日-1分23秒
6月21日-1分36秒
6月22日(夏至)-1分49秒
6月23日-2分2秒
6月24日-2分15秒
6月25日-2分28秒
6月26日-2分41秒
6月27日-2分54秒
6月28日-3分6秒
6月29日-3分19秒
6月30日-3分30秒
验证当地纬度：由于夏至日的正午时刻太阳直射北回归线(北纬23.5°)，可知太阳光线与竿所成夹角为当地所在纬度与北回归线纬度的差(图三)(图四)。算出的所在地纬度(验证值)。
请将计算公式和结果填到“2011夏至日测量日影活动记录表”的最后一行(选做)。
(图三)
验证地球周长：参照图四使用两千年前埃拉托色尼同样的方法，用你的测量数据算出地球的周长，比较教科书上给出的地球周长数据，分析误差原因。
(图四)
住在北回归线以南的同学，建议在夏至日前后数月，连续进行多次测量。这样不仅可以测出夏至日的结果，还能观测到太阳影子偏向(南北)的转变以及太阳直射当地的日期。
有兴趣者可以设计更好的测量工具和方法，画出草图，写出说明，附加在论文中。
活动评奖
活动将设立两个奖项：优秀测量奖与优秀论文奖，每个奖项分三个等级，一等奖各一名，二等奖各三名，三等奖各六名，对活动中表现突出者予以奖励。
测量数据提交
请将测量结果(填写的“2011夏至日测量日影活动记录表”)、现场拍摄的照片(3-5幅)、视频(可选)，发送至邮箱：chinahou@yahoo.cn，截止时间2011年6月30日。小论文也发送至邮箱：chinahou@yahoo.cn，截稿时间2011年8月31日。
中国动手天文教育组织(China HOU)
“夸父追日”活动组委会
