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计时工具的发展史——《时间》单元科学史储备 [复制链接]

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银光图片

人类计时仪器的发展史是人类文明进步的一个重要组成部分,它伴随着人类对时间认知的不断深化而逐步演变。以下是对人类计时仪器发展史的详细阐述:

一、早期计时工具

  • 日晷


    • 起源:日晷是人类历史上最早的计时工具之一,最早出现在古埃及和古巴比伦,中国则在3000多年前的周朝开始使用。
    • 原理:利用太阳光的投影方向来测定并划分时刻,通常由晷针(表)和晷面(带刻度的表座)组成。
    • 特点:日晷虽然简单,但只能在有阳光的白天使用,且受季节和地理位置的影响,显示的时间不一致,也不能显示分钟和秒,只能显示大致的时辰。



  • 水漏(刻漏、漏壶)



    • 起源:据埃及朝官阿门内姆哈特的墓志铭记载,此人曾于公元前1500年前后发明了水钟,即漏壶。水漏在中国古代也被广泛使用。
    • 原理:根据等时性原理滴水记时,有两种方法,一种是利用特殊容器记录把水漏完的时间(泄水型),另一种是底部不开口的容器,记录它用多少时间把水装满(受水型)。
    • 特点:水漏可以在任何天气和时间使用,不受太阳光的影响,且可以显示更细致的时间单位,如小时、分钟甚至秒。此外,还可以通过调节水流速度来校准时间。


    • 各壶下端中心处设龙嘴将上一级漏壶之水向下一级漏壶流送。收水壶为圆柱形,壶顶部设双龙抱扶箭尺,可随壶中水位缓升,每14分24秒即古代的一刻时间上升一刻度。漏壶前立一铙神,张臂双手执铙做欲击状,待到壶水流尽,也就是每14分24秒,双铙击响八下
    • 关于这个铙神,我找到了相关的图片:


    • 铙神”底部有一个类似于“戒淫杯”的器具,一旦这个器具水满了,就会向下溢水,在溢水的那一刻,便会拉动“铙神”击铙一下。
    • 2012年福建师范大学有一批师生在福州鼓楼前公园的仿宋代水钟“铜壶滴漏”面前用湿身换来铙神击铙,换的水钟再响。
    • 具体的报道可以看这个链接https://news.sina.com.cn/o/2012-10-31/053925475850.shtml
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二、中期计时工具
沙漏
起源:西方发现最早的沙漏大约在公元1100年,中国的沙漏出现时间更早,但具体年代不详。
原理:沙漏的制造原理与水漏大体相同,它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的时间来计量时间。
特点:沙漏的优点在于它不受水结冰的影响,因此在寒冷地区更为适用。但沙漏的计时精度可能受到沙子流动速度变化的影响。

最著名的沙漏是1360年詹希元创制的"五轮沙漏"。流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里,驱动初轮,从而带动各级机械齿轮旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮,中轮的轴心上有一根指针,指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动,以此显示时刻,这种显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同。此外,詹希元还巧妙地在中轮上添加了一个机械拨动装置,以提醒两个站在五轮沙漏上击鼓报时的木人。每到整点或一刻,两个木人便会自行出来,击鼓报告时刻。这种沙漏脱离了辅助的天文仪器,已经独立成为一种机械性的时钟结构。由于无水压限制,沙漏比漏刻更精确。


水运仪象台
起源:水运仪象台是北宋时期苏颂、韩公廉等人发明制造的以漏刻水力驱动的,集天文观测、天文演示和报时系统为一体的大型自动化天文仪器。
原理:水运仪象台通过漏刻水力驱动,实现天文观测、演示和报时的功能。
特点:水运仪象台标志着中国古代天文仪器制造史上的高峰,被誉为是世界上最早的天文钟。它的设计体现了中国古代力学知识的应用水平,并对后世钟表的发展产生了重要影响。


机械钟表
起源:西方最早的机械钟十三世纪出现在欧洲的修道院之中,最初是英格兰的修道院出现以砝码带动的机械钟。中国宋朝的苏颂也发明了机械钟,并由欧洲人改进和发展。
原理:机械钟表利用齿轮、弹簧、发条等机械部件来驱动指针或数字来显示时间。
特点:机械钟表相比之前的计时工具更为小巧和便携,可以制成手表、挂钟、闹钟等形式。此外,机械钟表还可以加入音乐、灯光、装饰等元素,使其更多样化和个性化。

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三、近代及现代计时工具电子钟
起源:电子钟最早由美国物理学家沃伦·韦弗发明,并由日本人完善和普及。
原理:电子钟利用电子技术来测量和显示时间。
特点:电子钟可以达到纳秒甚至皮秒级的精确度,是目前最准确的时钟之一。此外,电子钟还可以制成数字表、手机、电脑等形式,具有更多功能和智能性。电子钟的出现极大地满足了人类对时间精确性和便捷性的需求。



原子钟
起源:原子钟是一种利用原子共振频率来计时的计时器,是现代最精确的计时工具之一。
原理:原子钟利用原子内部的电子在特定能级之间跃迁时释放或吸收的电磁波频率来计时。
特点:原子钟具有极高的精确度和稳定性,其误差极小,甚至可以忽略不计。因此,原子钟被广泛应用于科学实验、导航、通信等领域。






综上所述,人类计时仪器的发展史是一部不断追求精确度和便捷性的历史。从早期的日晷、水漏到中期的沙漏、水运仪象台、机械钟表再到近代及现代的摆钟、电子钟和原子钟,人类计时仪器的精确度不断提高,对人类社会的影响也越来越大。这些计时仪器的出现不仅满足了人类对时间的需求,也促进了人类对时间的认识和探索。
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确实需要知识储备
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很详细 谢谢分享
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好资料
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介绍的很详细 谢谢分享
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作为课外知识拓展一下
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这个介绍超级详细,可以直接用到课堂上
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感谢科普,学习了
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好详细啊,还出现了水运仪象台
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人类计时仪器的发展史是人类文明进步的一个重要组成部分,它伴随着人类对时间认知的不断深化而逐步演变。以下是对人类计时仪器发展史的详细阐述:一、早期计时工具
日晷
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周涵潇 发表于 2024/12/3 10:05:17
实证:四大古国 中国年轻
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计时工具与时俱进,紧跟时代需要,越来越精密,越来越先进
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了解历史,为我国古代文明,世界领先技术自豪
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了解历史,为我国古代文明,世界领先技术自豪
王如祥 发表于 2024/12/3 15:34:51
二哥 早期计时工具 中国都慢一拍嘞
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了解历史,为我国古代文明,世界领先技术自豪
王如祥 发表于 2024/12/3 15:34:51 http://......
稻草堆里的鱼 发表于 2024/12/3 15:36:32
很多都无法考证,但至少水运仪象台“被誉为是世界上最早的天文钟”。三皇五帝时期是中国古代传说中的一个重要阶段,这一时期的历史记载较为模糊,但根据现有的考古发现和文献资料,我们可以推测当时人们可能使用的一些计时方法。虽然三皇五帝时期的具体计时方法没有明确的史料记载,但根据后来的考古发现和文献资料,我们可以合理推测,当时的古人可能已经开始使用日晷、圭表、漏壶和沙漏等工具来进行时间的测量。这些方法体现了古代中国人在天文观测和机械设计方面的智慧。现代人把我国古代使用日晷的时间确立为西周时期,只是现代人有直接证据的一个说法而已
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了解历史,为我国古代文明,世界领先技术自豪
王如祥 发表于 2024/12/3 15:34:51 http://......
稻草堆里的鱼 发表于 2024/12/3 15:36:32 [url=http://lt.zjxxkx.com/showtopic.aspx?topicid
王如祥 发表于 2024/12/3 15:55:25
有一份证据说一份话,如果现在没实证,就不先说自己第一咯【当然前几名可以说领先哈】。
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感谢收集整理,这些知识储备确实需要。
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很详细的计时工具发展史。
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感谢分享,五年级时间单元的教学刚好用上。
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感谢分享!
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已经阅读,感谢分享,增加自己得知识储备才能给予学生更多
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日晷只能白天使用,那他夜晚的刻度是如何划分的呢?
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起始课的好素材,感谢分享
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的确有些知识点需要有意识的收集和积累。
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确实是科学老师必要的科学知识储备
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储备知识,收集素材,给孩子们科普
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感谢分享,非常齐全,这样心里就有底了
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从时间线角度看科学有很多意想不到的收获
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资料很详细,感叹于古人的智慧
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