六、科学原理
重力基准：铅垂线始终指向地心，提供垂直参考。
角度几何：天体高度角=视线与地平线的夹角。
应用场景：
古代航海：通过测量北极星高度确定纬度。
日影计算：结合日晷可推算时间。
七、误差与注意事项
1. 铅垂线摆动：测量时保持仪器稳定，待垂线静止后读数。
2. 大气折射：靠近地平线的天体测量值会略偏高（可忽略）。
3. 材料限制：纸板易变形，建议用木板或塑料板提高精度。
八、教学与拓展
1. 实验对比：用象限仪和手机测角APP同时测量，分析误差原因。
2. 历史联系：讲解哥伦布、麦哲伦等航海家如何使用类似仪器。
3. 数学应用：结合三角函数计算建筑物或树木高度。
除圭表、日晷、浑仪和象限仪外，古代天文观测和测量还有许多有趣的简易仪器可以手工制作。以下是其他几种适合自制的古代科学仪器，附带功能说明和简易制作方法：
1. 简仪（简化版浑仪）
功能：测量天体的赤道坐标（比浑仪结构更简单）
材料：硬纸板、吸管、铁丝、量角器
制作方法：
用铁丝弯成两个垂直的圆环（赤道环+子午环），固定在纸板底座上。
赤道环倾斜角度等于当地纬度（如北京40°）。
安装可旋转的窥管（吸管）瞄准天体，读取环上刻度。
2. 仰仪（测量太阳高度/方位角）
功能：同时测量太阳高度角和方位角
材料：半圆量角器、指南针、垂线、竹签
制作方法：
将量角器垂直固定，中心悬挂铅垂线。
底部安装指南针确定正北。
用竹签在量角器上投影太阳影子，影子末端指向的角度即太阳高度。
3. 正方案（古代测角仪）
功能：测量地面物体的仰角或水平夹角
材料：方形木板、量角器、瞄准器（吸管）
制作方法：
在木板中心固定一个半圆量角器（0°90°）。
量角器圆心处安装可旋转的瞄准器（吸管）。
通过瞄准目标物体，读取吸管所指的角度。
4. 星盘（Astrobe，多功能天文计算器）
功能：计算恒星位置、时间、节气等
简易版材料：硬纸板、圆规、打印星图模板
制作方法：
1. 剪两层圆形纸板：
底层（地盘）：刻地平坐标和节气刻度。
上层（网盘）：镂空显示主要恒星位置。
2. 中心用纽扣或铆钉固定，可旋转对齐日期和时间。
3. 通过旋转网盘模拟夜空，匹配当前日期和时间的星象。
5. 水运仪象台（水力驱动天文钟模型）
功能：演示古代水力驱动的天文钟工作原理
材料：纸盒、滑轮（瓶盖）、细绳、塑料齿轮（玩具）
制作方法：
用纸盒做塔状结构，上层放置简化的星图盘。
下层用滑轮和重物模拟水力驱动（重物下落拉动绳子，带动星图旋转）。
每10重物下落≈1小时星盘转动（需实验调整）。
6. 漏刻（水钟计时器）
功能：利用水流速度计时
材料：塑料瓶、吸管、秒表、标尺
制作方法：
1. 在矿泉水瓶底部钻小孔，插入吸管控制流速。
2. 瓶内装水，记录水位下降固定高度所需时间（如1=10分钟）。
3. 贴刻度条标出时间对应水位。
7. 影表尺（测量日影长度）
功能：通过日影长度推算节气或时间
材料：木棍、卷尺、白纸
制作方法：
垂直固定木棍（圭表），每小时标记影长和方向。
记录夏至（最短影）、冬至（最长影）的数据。
结合三角函数计算太阳高度角。
8. 窥几（简化版望远镜）
功能：放大观测月面或亮星
材料：两个凸透镜（老花镜片）、纸筒
制作方法：
将两个镜片分别固定在纸筒两端（间距=两透镜焦距之和）。
调整镜片距离直到看清远处物体（如月亮环形山）。
9. 候风地动仪（地震预警模型）
功能：模拟检测地震波动
材料：纸杯、牙签、小球、橡皮泥
制作方法：
倒置纸杯作底座，杯口周围立8根牙签代表方向。
每根牙签顶端挂小球（橡皮泥固定）。
晃动底座时，对应方向的小球会掉落（需调整灵敏度）。
10. 晷影仪（日影轨迹记录仪）
功能：记录全天太阳影子轨迹
材料：白纸、竹签、相机三脚架
制作方法：
固定白纸在地面，中央垂直插竹签。
每小时标记影子顶端位置，连接各点得日影曲线。
分析不同季节的曲线差异（如冬至、夏至轨迹）。
选择建议
天文入门：日晷、象限仪、简仪
时间测量：漏刻、水运仪象台
地理实验：影表尺、仰仪
物理拓展：窥几（光学）、候风地动仪（力学）
这些项目均可用废旧材料制作，适合中小学科学课或家庭亲子实验。通过动手实践，能直观理解古人的智慧与现代科学的联系！
总结四种简易天文仪器的 详细制作步骤，包含材料选择、精准校准方法及使用技巧，动手实践：
一、圭表（测量节气与正午太阳高度）
材料与工具
底座：30×10木板或硬纸板（需厚重防翻倒）
立杆（表）：竹签/木棍（高度1520，直径≤0.5）
刻度尺（圭）：钢尺或打印刻度纸（精确到1）
其他：直角尺、双面胶、铅垂线（验证垂直）
制作步骤
1. 固定立杆：
在底座一端垂直固定立杆，用直角尺确保两者夹角为90°。
验证方法：悬挂铅垂线贴近立杆，检查是否完全重合。
2. 贴刻度尺：
从立杆底部开始，沿底座粘贴刻度尺（建议最小刻度1）。
3. 校准水平：
在底座下垫纸片调整，用气泡水平仪确保圭面完全水平。
使用技巧
最佳测量时间：当地真太阳时12:00（可通过时区换算或天文APP确定）。
数据记录：连续记录一周正午影长，最短日即为夏至，最长日为冬至。
误差修正：若立杆倾斜1°，影长误差约1.7%（需严格垂直）。
二、日晷（赤道式，精准计时）
材料与工具
晷盘：硬纸板/薄木板（直径20）
晷针：钢钉/粗针（长度10）
角度辅助：量角器、当地纬度数据（如北京40°）
其他：指南针、丙烯颜料（防雨）
制作步骤
1. 制作晷盘：
将圆盘分为24等份（每15°对应1小时），标记数字（6:0018:00）。
注意：赤道式日晷两面均需刻度（夏半年用上盘，冬半年用下盘）。
2. 固定晷针：
穿过圆心安装晷针，倾斜角度=当地纬度（如上海31.2°）。
3. 校准方位：
用指南针将晷针指向正北（地磁偏角需修正，如北京偏西5.5°）。
使用技巧
误差来源：
未考虑时差（真太阳时与平太阳时相差±15分钟）。
解决方案：制作“时差校正表”（可查天文年历）。
耐用性：刷防水涂料可户外长期使用。
三、浑仪（简化版三环结构）
材料与工具
支架：3铁丝（总长1.5）或PVC管
环体：4个直径不同的圆环（赤道、子午、地平、黄道环）
工具：尖嘴钳、热熔胶、量角器
附件：激光笔（替代窥管）
制作步骤
1. 弯曲圆环：
赤道环（最大）：直径30，标0°360°（间隔10°）。
子午环：与赤道环垂直，标90°至+90°（两极方向）。
2. 组装支架：
用铁丝搭建三脚架，顶部用热熔胶固定环体。
3. 窥管替代：
激光笔固定在赤道环上，可旋转对准天体。
使用技巧
校准北极星：
1. 调整子午环倾角=当地纬度。
2. 旋转赤道环，使激光指向北极星，此时赤道环0°对应春分点方向。
教学应用：演示太阳周年视运动（黄道环倾角23.5°）。
四、象限仪（测星体高度角）
材料与工具
主体：透明量角器（直径15以上）
瞄准器：吸管+渔线（十字准星）
铅垂线：小螺母+细棉线
其他：手机夹（固定到三脚架）
制作步骤
1. 强化量角器：
将量角器粘在硬纸板上，剪去多余部分。
2. 制作瞄准器：
在量角器直边粘两根交叉吸管，形成简易“觇孔”。
3. 悬挂铅垂线：
在量角器圆心钻孔，穿棉线并挂螺母（确保自由摆动）。
使用技巧
测量示例（北极星）：
1. 通过吸管瞄准北极星。
2. 待铅垂线静止后，读取角度（≈当地纬度）。
误差控制：
避免风力干扰（可用挡风板）。
夜间测量时用红光手电照明刻度（保护夜视能力）。
通用注意事项
1. 材料替代：
金属部件可用PVC管+热风枪弯曲替代。
纸质结构可涂白胶+纸巾加固（类似纸雕工艺）。
2. 数字化升级：
用手机APP（如“SkyView”）辅助校准方位角或验证数据。
3. 教学扩展：
对比古代仪器与现代GPS/星图软件，讨论精度差异原因。
动手提示：首次制作建议用快递纸箱试做，成本低于5元！ 完成后可尝试用手机测角APP（如Theodolite）交叉验证数据精度。
建议去网上看视频制作，可能会更详细一些，这些更多的是给你们增加一种兴趣