古代计时器上课讲义

時間的測量 一天中 有哪些事情是在固定的時間做的 起床 上學 上下課時間 用餐 放學 睡覺 節目播出時間 才藝課程 活動一 時間與生活 P 6 時間測量的故事 根據記載 很早很早以前的人 可能是用陽光下的影子來推斷白天的時間 因為陽光會使影子的長度及方向改變 看影子的人便知道今天的白天過去了多少 古時候沒有發明鐘以前 人們如何量度時間呢 四千年前 巴比倫人居住在兩河流域 一年四季陽光充足 且因農業上的需要 巴比倫人製造了 日晷 日晷構造包括一根晷針 和刻有時刻線的晷面 把晷面放在陽光下 晷針的影子落在晷面上 人們就由影子所在的刻線而得知時間 時間測量的故事 陽光下的影子 在西方 AEEA天文教育資訊網http aeea nmns edu tw index1 html 圭表與日晷 動畫請連結AEEA天文教育資訊網 中國古代利用日光來看時間的 先在圓石盤上刻好了子 丑 寅 卯 辰 巳 午 未 申 酉 戌 亥十二個時辰 每一個時辰等於現在二個小時 圓盤中間 豎立一根中間有細縫的石針 從陽光穿過針縫射在圓盤上光點的位置 就可以看出時間來 時間測量的故事 陽光下的影子 在東方 圖片來源 國立自然博物館天文地學http web2 nmns edu tw Web Title china A 1 htm 沙漏 漏刻 時間測量的故事 利用粒度均勻的物質 以其流出的份量來測時間 北京故宫博物院的銅壺漏刻是公元1745年製造的 資料來源 http zh wikipedia org wiki E6 B2 99 E6 BC 8F 漏刻 是古中國的水鐘 以水量的變化來計量時間 自周朝以來 歷代都設有專職機構負責管理與開發 民間應用也相當普及 是古中國最重要而普遍的計時器 資料來源 小叮噹科學遊樂區 科學小百科 http www ding tw main06 1 8a htm 測量時間的故事 漏刻 是中國創製的 發明的人及發明的年代都無法考證 但在古書典籍上可發現 周禮夏官有 契壼氏 的官制 專司時間 可能就是利用兩個銅或陶製的壼成為一組 穿過微小的孔 使上壼的水流到下壼 從壼邊的刻度來辨認時間 漏 漏壺 刻 刻箭 是利用水量多少來計量時間的儀器 漏刻是全天候計時儀器 能彌補日晷受太陽有沒有露臉 陰晴 或晝夜的局限 是我國古代重要的計時器 古代計時器 漏壺 如上圖是元代的銅壺滴漏 相當於現代的鐘錶 http aeea nmns edu tw 2002 0201 ap020127 html 資料來源 AEEA天文教育資訊網 測量時間的故事 沙漏 的原理和漏刻相像 漏刻有一壞處 在氣候寒冷時壺內水份會變冷甚致結冰 以致流速極慢或不流 但用水銀又過於昂貴 因而改用沙代替水 並將之簡化 稱之為 沙漏 古人斐迪南 麥哲倫的航行中 他就在他的每一艘船上放置18個沙漏 用以計算時間及紀錄日誌 資料來源 http zh wikipedia org wiki E6 B2 99 E6 BC 8F 時間測量的故事 時間測量的故事 計時儀器的發展 日光鐘 水鐘 沙鐘 機械鐘 前三種是古代所用的 機械鐘現已廣泛被人們採用 成為人們生活中不可缺少的一份 1504年 華耳 Walther 發明機械時鐘 上圖左方是加裝24小時羅馬數字裝置的機械時鐘 1583年 伽利略發現單擺周期運動特性 1656年 惠更斯發明具擺錘的天文鐘 1736年 哈利遜發明具經度的航海計時鐘 華耳發明機械時鐘 伽利略是16世紀到17世紀的科學家 現代人熟悉的鐘錶 是運用伽利略所發明的單擺理論而發明的 他在20歲左右進入醫學院求學 學到一個基本概念 就是人的脈搏可以當作計時的單位 有一天 據說他在教堂的時候 注意到教堂的屋頂上垂下來一個擺垂 那個擺垂在很多人面前都一樣的擺動 不過伽利略先生注意到 擺垂來回擺動的時間和他的脈搏跳動次數有某種關連性 測量時間的故事 伽利略的這個發現 物理教科書中稱為 等時性 資料來源 格物致知物理學習網站 第一座擺鐘 是年輕的荷蘭天文學家兼數學家惠更斯 ChristianHuygens 在1656年的耶誕節設計出來的 那已是伽利略死後14年的事了 你知道利用單擺的等時性來製作鐘的是誰嗎 圖說 惠更斯他是第一位將鐘擺應用到機械鐘的人 這座彈簧帶動的機械鐘由荷蘭鐘匠科斯特於1657年製作 測量時間的方法 測量時間的方法 都需要以重複性發生現象的週期為基礎 太陽的東升西落 就是過了一天 月的盈虧 由滿月到下一個滿月 就是經過了一個月 天氣季節 四季中的春 夏 秋 冬循環了一次 就是經過了一年 大自然的時鐘 P8 P9 利用生活中的事物 經驗或自然現象 知道經過的時間有多長 自然現象有規律性 可用來計時 但並不精確 只能計算年 月 日 不能精確計算時 分 秒 竿影 日晷 漏刻 水鐘 脈搏 線香 單擺 鐘擺 鐘錶 日晷和竿影 陽光和立竿形成竿影後 以刻度來計算時間 古人常用生活中常見的事物計時 例如 炷香約30分鐘 一頓飯約30 40分鐘 一盞茶約10 15分鐘 但並不精確 也會因情況不同而有不同的時間 活動二 測量時間的工具 P 10 實驗名稱 一炷香的時間實驗目的 藉由測量並比較各組燃燒一炷香的時間 察覺一炷不能精確的表示一段時間實驗器材 線香一支 碼錶一個 長尺 打火機實驗步驟 1 準備一支線香 先量出整支香的長度2 在線香的前段量出一公分的距離3 點燃線香 等燃燒到1公分的起算點時 按下碼錶 開始計時 燃燒到1公分的結算點時 停止計時4 將燃燒1公分的時間 乘以線香總長5 記錄各組一炷香的時間 並作比較 測量時間的工具實驗設計 一 P 10 實驗步驟與紀錄 1 將沙漏到過來 2 測量沙子漏光需要多少時間 3 多測量幾次 紀錄之後再做比較 討論活動 1 沙漏是利用什麼方法來計時 2 用沙漏計時會有什麼優缺點 因為沙子的量是固定的 沙子通過的速率是一定的 所以沙子每次漏完的時間都差不多的特性來計時 方法簡單易於操作 但只適合用來測量一段時間 不能像日 月 年方便累進延續 對現代人而言不夠精確 測量時間的工具實驗設計 二 P 11 測量時間的工具實驗設計 三 實驗名稱 單擺與計時實驗目的 單擺每次擺動的時間具有規律性 等時性 實驗器材 空心鐵片 尺 剪刀 碼錶 紀錄表 棉線實驗步驟與紀錄 1 用棉線綁鐵片 螺帽 硬幣等當單擺 2 記錄擺動次數固定所需要的時間 或固定時間內的擺動次數 P 13 測量時間的工具實驗設計 三 實驗操作注意事項 影響實驗的因素 每次試驗時都不能改變單擺的長度 單擺的繩結一定要用力綁緊 然後在結繩處做記號 若長度改變請隨時調整 棉線可以用其他的繩子代替 可增加鐵片的數量 鐵片越重慣性越大 越不容易停止 固定單擺的支架要避免晃動 P 14 我的發現 擺動次數和擺動時間有什麼關係 用單擺來計時有什麼優點 時間加倍 例如20秒 來回擺動的次數也增加相同倍數 用鐘擺來計時有什麼缺點 測量時間的工具實驗設計 三 體積太大攜帶不便 太重 沒有碼錶的功能 比用線香 沙漏計時多了一些精確性 也減少點線香 頻頻倒置沙漏的不便 擺動次數與擺動時間成正比 P 15 測量時間的工具實驗設計 三 影響實驗的因素 在其他因素不變的狀態下 擺幅的大小和擺錘的重量對擺動的週期是沒有明顯的關係 結論 擺長的長度會影響擺動的時間的長短 伽利略和惠更斯的實驗 擺長的準確度 計時器的正確使用 擺錘擺動與空氣的阻力的影響 支架的穩定性 以上因素都會影響到實驗結果 產生誤差 你使用過哪些計時工具 現代的計時工具 和生活用品結合 例如電腦 手機等用品都有時鐘的功能 P 16 活動三 善用計時工具 手錶 時鐘 鬧鐘 電腦上的計時 手機上的計時 電子錶 咕咕鐘 上發條的老爺鐘 懷錶 這些工具適合用於什麼情況下 鬧鐘碼錶手錶懷錶 起床時 需要特別提醒時間的時候 100公尺跑步 做實驗 需要做精確計時的時候 想要知道時間的時候 裁判 表示身分地位的人 1 放學以後你有哪些事情要做呢 2 你認為做這些事情要花多少時間呢 3 試試看 把你今天放學後要做的事 安排適當的時間 做成一張工作計劃表 4 檢討 這張計畫表的事情你都如期完成了嗎 如果計畫的事情沒有完成 需要如何改進 P 17 習作P 10 活動三 時間的主人 討論一天的生活 結論 擬定適當的計畫表可以提醒我們什麼時候該做什麼事 要按時完成工作養成愛惜光陰的習慣 計時工具幫助我們規劃和管理時間 讓生活更有效率 做時間的主人