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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。如图甲所示，表是垂直立于水平地面的标杆，圭是沿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。古人把日影最长的那天称为冬至，日影最短的那天称为夏至，两个冬至之间则定为一个回归年，一年分24个节气，每个节气15天。
【制作装置】小明在薄木板上垂直固定一支长20 cm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 h，在薄木板上画出铅笔的影子，在11:00～13:00之间，每隔20 min，在铅笔影子的顶端做一个记号，测量影长并记录在下表中。
【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为$1.5×10^{11}\ \mathrm{m}$，光从太阳射到地球的时间约为s。如图甲所示，“表的日影”说明了，2024年“秋分”是9月22日，国庆节的正午，表的日影顶端在圭上的刻度“秋分”的(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(填“东”“西”“南”或“北”)侧，OA是(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：、。
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。如图甲所示，表是垂直立于水平地面的标杆，圭是沿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。古人把日影最长的那天称为冬至，日影最短的那天称为夏至，两个冬至之间则定为一个回归年，一年分24个节气，每个节气15天。
【制作装置】小明在薄木板上垂直固定一支长20 cm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 h，在薄木板上画出铅笔的影子，在11:00～13:00之间，每隔20 min，在铅笔影子的顶端做一个记号，测量影长并记录在下表中。
【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为$1.5×10^{11}\ \mathrm{m}$，光从太阳射到地球的时间约为s。如图甲所示，“表的日影”说明了，2024年“秋分”是9月22日，国庆节的正午，表的日影顶端在圭上的刻度“秋分”的(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(填“东”“西”“南”或“北”)侧，OA是(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：、。
答案
【分析】
本题围绕简易圭表的制作与应用，结合光的直线传播、速度公式、一天中影子变化规律等知识解题。需分别处理光传播时间计算、影子原理、影长变化及误差分析等问题，核心是运用物理规律结合实际场景推导。
【解析】
(1) 光在真空中的速度为$v=3×10^8\ \mathrm{m/s}$，根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，可得光从太阳到地球的时间$t=\frac{s}{v}=\frac{1.5×10^{11}\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}}=500\ \mathrm{s}$；“表的日影”是光遇到不透明的表后，在地面形成的暗区，说明光在同种均匀介质中沿直线传播；秋分后到冬至日影逐渐变长，圭沿正南正北放置，国庆节在秋分之后，正午影长更长，故表的日影顶端在圭上“秋分”刻度的左端。
(2) 北半球正午太阳位于正南方向，影子朝向正北，因此B点在O点的北侧；一天中，12:00时影子最短，上午影子朝西北，下午影子朝东北，结合OA的方向，可知OA是16:00时铅笔的影子。
(3) 由图丙可知，11:40影长约16.1 cm，12:00影长约11.5 cm，11:50在两者中间，时间间隔为10 min，影长变化量为$\frac{16.1\ \mathrm{cm}-11.5\ \mathrm{cm}}{2}=2.3\ \mathrm{cm}$，故11:50影长约为$16.1\ \mathrm{cm}-2.3\ \mathrm{cm}=13.8\ \mathrm{cm}$，接近13.9 cm或14.0 cm。
(4) 正午影长偏小的可能原因：①铅笔长度太短，导致影长测量值偏小；②铅笔没有垂直于水平面，影子长度会比实际值短（或测量时未准确标记影子顶端等，合理即可）。
【答案】
500
光在同种均匀介质中沿直线传播
左
北
16:00
13.9（或14.0）
铅笔长度太短
铅笔没有垂直于水平面
【知识点】
光的直线传播、速度计算、影子变化规律
【点评】
本题结合古代计时工具圭表，将物理知识与实际应用结合，考查学生对光的直线传播、速度公式的理解，以及分析实际问题的能力，注重理论联系生活。
【难度系数】
0.5
500
光在
同种均匀介质中沿直线传播
左
北
16:00
13.9（
或14.0）
铅笔长度太
短
铅笔没有垂直于水平面
【分析】
本题围绕简易圭表的制作与应用，结合光的直线传播、速度公式、一天中影子变化规律等知识解题。需分别处理光传播时间计算、影子原理、影长变化及误差分析等问题，核心是运用物理规律结合实际场景推导。
【解析】
(1) 光在真空中的速度为$v=3×10^8\ \mathrm{m/s}$，根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，可得光从太阳到地球的时间$t=\frac{s}{v}=\frac{1.5×10^{11}\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}}=500\ \mathrm{s}$；“表的日影”是光遇到不透明的表后，在地面形成的暗区，说明光在同种均匀介质中沿直线传播；秋分后到冬至日影逐渐变长，圭沿正南正北放置，国庆节在秋分之后，正午影长更长，故表的日影顶端在圭上“秋分”刻度的左端。
(2) 北半球正午太阳位于正南方向，影子朝向正北，因此B点在O点的北侧；一天中，12:00时影子最短，上午影子朝西北，下午影子朝东北，结合OA的方向，可知OA是16:00时铅笔的影子。
(3) 由图丙可知，11:40影长约16.1 cm，12:00影长约11.5 cm，11:50在两者中间，时间间隔为10 min，影长变化量为$\frac{16.1\ \mathrm{cm}-11.5\ \mathrm{cm}}{2}=2.3\ \mathrm{cm}$，故11:50影长约为$16.1\ \mathrm{cm}-2.3\ \mathrm{cm}=13.8\ \mathrm{cm}$，接近13.9 cm或14.0 cm。
(4) 正午影长偏小的可能原因：①铅笔长度太短，导致影长测量值偏小；②铅笔没有垂直于水平面，影子长度会比实际值短（或测量时未准确标记影子顶端等，合理即可）。
【答案】
500
光在同种均匀介质中沿直线传播
左
北
16:00
13.9（或14.0）
铅笔长度太短
铅笔没有垂直于水平面
【知识点】
光的直线传播、速度计算、影子变化规律
【点评】
本题结合古代计时工具圭表，将物理知识与实际应用结合，考查学生对光的直线传播、速度公式的理解，以及分析实际问题的能力，注重理论联系生活。
【难度系数】
0.5
解析
【分析】
本题围绕简易圭表的制作与应用，结合光的直线传播、速度公式、一天中影子变化规律等知识解题，需分别处理光传播时间计算、影子原理、影长变化及误差分析等问题，核心是运用物理规律结合实际场景推导。
【解析】
(1) 光在真空中的速度为$v=3×10^8\ \mathrm{m/s}$，根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，可得光从太阳到地球的时间$t=\frac{s}{v}=\frac{1.5×10^{11}\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}}=500\ \mathrm{s}$；“表的日影”是光遇到不透明的表后，在地面形成的暗区，说明光在同种均匀介质中沿直线传播；秋分后到冬至日影逐渐变长，圭沿正南正北放置，国庆节在秋分之后，正午影长更长，故表的日影顶端在圭上“秋分”刻度的左端。
(2) 北半球正午太阳位于正南方向，影子朝向正北，因此B点在O点的北侧；一天中，12:00时影子最短，上午影子朝西北，下午影子朝东北，结合OA的方向，可知OA是16:00时铅笔的影子。
(3) 由图丙可知，11:40影长约16.1 cm，12:00影长约11.5 cm，11:50在两者中间，时间间隔为10 min，影长变化量为$\frac{16.1\ \mathrm{cm}-11.5\ \mathrm{cm}}{2}=2.3\ \mathrm{cm}$，故11:50影长约为$16.1\ \mathrm{cm}-2.3\ \mathrm{cm}=13.8\ \mathrm{cm}$，接近13.9 cm或14.0 cm。
(4) 正午影长偏小的可能原因：①铅笔长度太短，导致影长测量值偏小；②铅笔没有垂直于水平面，影子长度会比实际值短（或测量时未准确标记影子顶端等，合理即可）。
【答案】
500；光在同种均匀介质中沿直线传播；左；北；16:00；13.9（或14.0）；铅笔长度太短；铅笔没有垂直于水平面
【知识点】
光的直线传播、速度计算、影子变化规律
【点评】
本题结合古代计时工具圭表，将物理知识与实际应用结合，考查学生对光的直线传播、速度公式的理解，以及分析实际问题的能力，注重理论联系生活。
【难度系数】
0.5
本题围绕简易圭表的制作与应用，结合光的直线传播、速度公式、一天中影子变化规律等知识解题，需分别处理光传播时间计算、影子原理、影长变化及误差分析等问题，核心是运用物理规律结合实际场景推导。
【解析】
(1) 光在真空中的速度为$v=3×10^8\ \mathrm{m/s}$，根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，可得光从太阳到地球的时间$t=\frac{s}{v}=\frac{1.5×10^{11}\ \mathrm{m}}{3×10^8\ \mathrm{m/s}}=500\ \mathrm{s}$；“表的日影”是光遇到不透明的表后，在地面形成的暗区，说明光在同种均匀介质中沿直线传播；秋分后到冬至日影逐渐变长，圭沿正南正北放置，国庆节在秋分之后，正午影长更长，故表的日影顶端在圭上“秋分”刻度的左端。
(2) 北半球正午太阳位于正南方向，影子朝向正北，因此B点在O点的北侧；一天中，12:00时影子最短，上午影子朝西北，下午影子朝东北，结合OA的方向，可知OA是16:00时铅笔的影子。
(3) 由图丙可知，11:40影长约16.1 cm，12:00影长约11.5 cm，11:50在两者中间，时间间隔为10 min，影长变化量为$\frac{16.1\ \mathrm{cm}-11.5\ \mathrm{cm}}{2}=2.3\ \mathrm{cm}$，故11:50影长约为$16.1\ \mathrm{cm}-2.3\ \mathrm{cm}=13.8\ \mathrm{cm}$，接近13.9 cm或14.0 cm。
(4) 正午影长偏小的可能原因：①铅笔长度太短，导致影长测量值偏小；②铅笔没有垂直于水平面，影子长度会比实际值短（或测量时未准确标记影子顶端等，合理即可）。
【答案】
500；光在同种均匀介质中沿直线传播；左；北；16:00；13.9（或14.0）；铅笔长度太短；铅笔没有垂直于水平面【知识点】
光的直线传播、速度计算、影子变化规律
【点评】
本题结合古代计时工具圭表，将物理知识与实际应用结合，考查学生对光的直线传播、速度公式的理解，以及分析实际问题的能力，注重理论联系生活。
【难度系数】
0.5
