古人观天察地——日晷、骨笛、二十四节气
日晷仪也称日晷，是观测日影记时的仪器，主要是根据日影的位置，以指定当时的时辰或刻数，是我国古代较为普遍使用的计时仪器。但在史籍中却少有记载，现在史料中最早的记载是“汉书·律历志·制汉历”一节：太史令司马迁建议共议“乃定东西，主晷仪，下刻漏”，而“汉书·艺文志”中列有晷书34卷，但仅存书名，而无内容。
地平式日晷，晷面与地平面平行，晷针和晷面之间的夹角就是当地的地理纬度，适合低纬度使用，因其制造容易、安装简单且具有较强的观赏性，适合安放在公园、广场和学校等地。
赤道日晷，它也是日晷家族中最简单、最常见的一种。其晷面平行于赤道面，晷面上的刻度等分，晷针与地轴平行，两端分别指向南北极，晷针的仰角是当地的地理纬度，北半球的晷针高端指向北极星。
地平式日晷，直晷的晷面垂直于地面放置，晷面朝向，南、北、东、西都有，晷针的倾角通常等于当地的地理纬度，适合中纬度地区使用。
日晷题大多与太阳方位、物影方位、纬度、太阳高度角等有关。我们要注意的是：
1.阳光或晷针投影在我国日晷北侧面上应是夏半年，南侧面上应为冬半年；
2.晷针北侧指向北极星;
3.晷针与水平面的夹角即为当地纬度等。
圭表，是度量日影长度的一种天文仪器，由“圭”和“表”两个部件组成。圭表和日晷一样，也是利用日影进行测量的古代天文仪器。所谓高表测影法，通俗的说，就是垂直于地面立一根杆，通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。垂直于地面的直杆叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以测量影长的标尺叫“圭”。
二十四节气歌
春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连，
秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。
命题情景
古人观天察地——日晷、骨笛、二十四节气
一、日晷
中国古人观天察地，了解了日月运行的周期，创造了精度很高的计时工具：日晷。常见的日晷如下图：
原理：日晷是根据一天中太阳方位不同，通过固定的指针产生的阴影来测量时间的。日晷晷针上端指向北极星，由于北极星的仰角等于当地地理纬度，故日晷与地面的倾角θ＝90°－当地纬度。
二、贾湖骨笛
位于河南省贾湖遗址(33.5°N)中发现贾湖先人将骨笛和叉形器组合起来，做成原始“圭表”，观测正午日影。下图示意该原始“圭表”使用原理(图中①②③分别代表二分二至时的日影末端位置)，两根木桩按南北对位，叉形器置于南端。
三、二十四节气
主要适合的地区：黄河流域，因为这里是中华文明的发源地，农耕文明时期人们总结出的规律。
素养探究
视角1：[地理实践力]日晷图的判读方法
(1)由于晷针上端指向北极星，故面向日晷，左侧为东，右侧为西。
(2)春秋分日出正东，晷针影子在正西(如A)，即6时；日落正西，晷针影子在正东(如B)，即18时。
(3)夏半年日出东北，晷针影子在西偏南(如C)，6时之前；日落西北，晷针影子在东偏南(如D)，18时之后。
(4)上午10时，太阳位于东南方向，晷针影子在西偏北(如E)；正午12时，太阳位于正南天空，晷针影子在正下方(如G)，此时影子最短；下午14时，太阳位于西南方向，晷针影子在东偏北(如F)。
视角2：[人地协调观]骨笛图的判读
①处日影最长，应代表冬至日；③处日影最短，应代表夏至日，②位于二者之间，为二分日。5月1日，在春分到夏至之间，即②③之间，且正向③处移动。11月1日，在秋分到冬至期间，即①②之间，且正向①移动。
视角3：[地理实践力]推断日期
一年约365天，24个节气，故每个节气约15天，根据已熟悉的春分、夏至、秋分、冬至的日期，可以推断其他节气的日期，如芒种在夏至(6月22日)之前的一个节气，故约为6月7日；再如清明位于春分(3月21日)之后的一个节气，故约为4月5日；大寒位于冬至(12月22日)之后的第二个节气，故相差约一个月，约为1月21日。
视角4：[综合思维]昼夜长短和正午太阳高度
结合正午太阳高度和昼夜长短的变化规律可知，黄河流域夏至日昼最长、正午太阳高度最大，冬至日昼最短、正午太阳高度最小。
①关于夏至或冬至对称的节气，昼夜长短相同，正午太阳高度相同，日出日落方位相同，如图中小暑与芒种，立夏与立秋，小雪与大寒，寒露与惊蛰等。
②关于春分或秋分对称的节气，昼夜长短相反，直射点纬度数相同，但直射半球不同，如惊蛰与清明，立春与立夏，处暑与霜降等。
试题链接
1. 中华文明博大精深，早年间古人就用十二地支“子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥”来记录时间，每两个小时为一个时辰，以北京时间23时起数，23:00-01:00为子时，01:00-03:00为丑时，以此类推。赤道式日晷是一种计时仪器，其晷盘盘面与赤道平行，晷针与地轴平行，在太阳照射下晷针针影便能指示时间。下图为北京（39°N，16°E）故宫太和殿门前某日某时的日器晷针影图。据此完成下面小题。
（1）若图所示晷针针影在当日图示时刻之后消失，以下说法正确的是（ ）
A. 针影消失时伦敦可能朝霞满天
B. 当日之后，北京的正午太阳高度角逐渐变小
C. 当日，北京的日出时间比重庆早
D. 从上海港经苏伊士运河到荷兰鹿特丹港的货船一路顺风顺水
（2）巴蜀中学地理研究小组的同学想在重庆（29°N，106°E）大礼堂前人民广场摆放一个自制赤道式日晷，晷盘盘面朝向以及馨针与地面的夹角大约是（ ）
A. 朝南和北30°
B. 朝南和北40°
C. 朝东和西30°
D. 朝东和西40°
【答案】
1. C 2. A
【解析】
（1）读图，图示时刻为19:00，针影消失时，伦敦地方时约为11:00，接近正午，不可能朝霞满天，A项错误；当日晷针针影在19:00之后消失，说明日落时间晚于19:00，北京昼长夜短，太阳直射北半球，当日之后，太阳直射点可能向北也可能向南移动，B项错误；北京纬度比重庆高，当日北京昼长长于重庆，日出时间比重庆早，C项正确；图示季节为北半球夏半年，北印度洋受西南季风影响，洋流顺时针流动，向西航行的货船不会一路顺风顺水，D项错误。
故本题正确选项为C。
（2）结合材料，晷针与地轴平行，在太阳照射下晷针针影便能指示时间，因此晷盘盘面应分别朝向南和北，晷针与地面的夹角正式当地地理纬度，约为30°，A项正确，BCD项错误。
故本题正确选项为A。
2. 暑期热播网络剧《长安十二时辰》，在每集电视剧开头通过日晷来显示时间的变化。日晷是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，一般由晷针和晷盘组成。晷针垂直于太阳视运动的轨道平面，上端指向北极星方向。在晷盘面上刻画出12个大格，每个大格代表两个小时，当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷盘面，以此来显示时刻。
读图，完成下面小题。
（1）《长安十二时辰》提到：“圣人诏令，至此刻起，直至次日巳时，长安城暂停宵禁，汝等无论来自何方何国，只需一次勘验人市，此后十二时辰内，皆可于坊间自由来往”。“十二时辰”开始的时刻为（ ）
A. 9:00 B. 9:30 C. 10:00 D. 10:30
（2）夏至日晴天，长安城内日晷仪晷针的影子移动的方向应是（ ）
A. 由西北逆时针转向东北
B. 由西北顺时针转向东北
C. 由西南逆时针转向东南
D. 由西南顺时针转向东南
（3）若图示日晷仪由西安移至上海使用时，晷盘与地面的夹角应该（ ）
A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 按日期做调整
【答案】
1. A 2. D 3. A
【解析】
（1）巳时指的是9:00，一个时辰，对应2个小时（120分钟），学生也可以通过午正指示12:00，以此来推理。故选A。
（2）夏至日，太阳直射北半球，日出于东北方、正午在正南方、日落与西北方，影子朝向与太阳方位相反，则影子由西南顺时针转向东南，故D项正确。
（3）北半球各地仰望北极星的仰角等于当地的地理纬度，又因为晷针指向北极星、垂直于晷盘，故晷盘与地面的夹角与当地地理纬度互余；西安纬度高于上海，则移到上海后，该夹角应该增大。故选A。
3. 日晷是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，通常由铜制的指针、与指针垂直的石盘组成。其工作的原理是，将指针朝向北极星固定，通过观察指针投影在石盘上的刻度来判断时间。下图为我国某地某日日晷影像照片及其工作原理图。
（1）根据照片中指针投影位置，判断此刻当地物影朝向_____方向。
（2）若将该日晷正确置于盐城某校园内（119.5°E，33.5°N），则日晷指针与地平面的夹角α应为____。图中P点的纬度是_____。
（3）当置于盐城的日晷指针阴影与图中虚线完全重合（当地正午）时，北京时间为______。
（4）用石盘背面刻度计时的时间始于____（节气），止于______（节气）。此段时间内，盐城的昼夜长短及其变化状况是_______。
【答案】
（1）东北
（2）33.5° 0°（赤道）
（3）12时02分
（4）秋分 春分 昼短夜长；先昼渐短夜渐长，后转为昼渐长夜渐短
【解析】
（1）根据照片中指针投影位置，可知此时为7点左右，太阳位于东南方位，因而此刻当地物影朝向东北方向。
（2）日晷是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器，通常由铜制的指针、与指针垂直的石盘组成。其工作的原理是，将指针朝向北极星固定，若将该日晷正确置于盐城某校园内（119.5°E，33.5°N），则日晷指针与地平面的夹角α应为33.5°。
（3）盐城的日晷指针阴影与图中虚线完全重合（当地正午）时，北京时间为12时02分。
（4）用石盘背面刻度计时的时间始于秋分，止于春分，此段时间内，盐城先昼渐短夜渐长，后转为昼渐长夜渐短。