2026年圭表日晷相关天文竞赛试题附答案

2026年圭表日晷相关天文竞赛试题附答案一、单项选择题（每题只有一个正确选项，每题4分，共40分）1.目前考古发现中国境内最早的圭表测影遗存位于哪一遗址？A.河南安阳殷墟遗址B.山西襄汾陶寺遗址C.河南偃师二里头遗址D.浙江余杭良渚遗址2.对于北半球中纬度地区，利用圭表进行正午日影测量，二十四节气中影子长度最长的节气是A.冬至B.大寒C.夏至D.大暑3.元代天文学家郭守敬通过圭表测影修订历法，最终得到的回归年长度与现代观测值高度接近，郭守敬得出的回归年长度为A.365.2564日B.365.25日C.365.2425日D.365.2422日4.标准赤道式日晷的晷针延长线指向A.地理北极B.北天极C.黄道北极D.月球升交点5.某天文爱好者在北半球某地开展圭表测影实验，测得夏至日正午影长为L，表高为h，若不考虑大气折射影响，计算得到当地纬度的公式为（黄赤交角记为ε，夏至日太阳赤纬为+ε）A.φ=90°-ε-arctan(L/h)B.φ=ε+arctan(L/h)C.φ=90°-ε+arctan(L/h)D.φ=ε-arctan(L/h)6.关于河南登封告成镇元代观星台圭表，下列说法正确的是A.该圭表为汉代天文学家张衡设计建造，是现存最早的国家级测影台B.该圭表表高约4米，圭长约15米，符合《周礼》记载的圭表规制C.郭守敬设计该圭表时采用高表设计，表高约8.8米，石圭长约31.4米D.该圭表仅用于测定节气，无法用于测定恒星位置和回归年长度7.关于赤道式日晷与地平式日晷的日影运动特征，下列说法正确的是A.赤道式日晷的晷针日影角速度不均匀，地平式日晷均匀B.赤道式日晷的晷针日影角速度均匀，地平式日晷不均匀C.两者的晷针日影角速度都是均匀的D.两者的晷针日影角速度都不均匀8.对于北半球中纬度地区的圭表，同一纬度下正午影长相同的一对节气为A.清明与寒露B.小满与大暑C.惊蛰与白露D.小雪与大寒9.利用景符配合高圭表测影，主要解决的问题是A.大气温度变化导致圭尺变形的问题B.表高过高导致影端模糊的问题C.纬度偏差导致影长计算错误的问题D.岁差导致节气偏移的问题10.下列关于日晷和圭表的关系，说法错误的是A.圭表和日晷都是利用日影方位和长度变化测定时间的仪器B.圭表主要功能是测定节气和回归年长度，也可测定方位C.日晷主要功能是测定每日的时刻，也可辅助测定节气D.日晷是从圭表发展而来，本质上圭表就是赤道日晷的一种二、填空题（每空3分，共30分）1.圭表是古代天文测量仪器，整体由两部分组成，直立的标杆称为____，平卧的刻度尺称为____。2.中国古代利用圭表正午测影，除了测定二十四节气，还可以确定____的长度，校正历法，同时还可以测定____方向。3.赤道式日晷的晷面平行于____，晷针垂直于晷面，北半球中纬度地区安装赤道日晷时，晷针与水平面的夹角等于当地的____。4.对于北半球赤道式日晷，春分日到秋分日之间，太阳赤纬为正，位于天赤道以北，晷针的日影投在____；秋分日到次年春分日之间，太阳赤纬为负，位于天赤道以南，晷针的日影投在____。5.元代郭守敬改进圭表测影技术，为了观测月影，提高夜间天体测影精度，发明了辅助仪器____；为了测定正午日影的准确位置，解决表端影子模糊的问题，发明了____。6.真太阳日长度存在周年变化，日晷显示的时间为____，与作为日常民用时间的平太阳时之间的差值称为____。三、作图分析题（共30分）某天文兴趣小组计划在位于北纬30°12′的校园内建造一座赤道式日晷，请结合所学知识回答下列问题：1.分别计算该日晷晷针与水平面的倾角、晷面与水平面的夹角，并说明其原理。（12分）2.请画出赤道式日晷安装结构的侧面示意图，标注出当地纬度、晷针倾角、晷面倾角、北天极方向四个要素。（10分）3.说明为什么赤道式日晷的时刻刻度是均匀分布的，每小时刻度间隔正好对应15°的角度差。（8分）四、综合应用题（共50分）1.某天文团队在北纬31°08′的地区开展圭表测影定节气实验，实验用圭表表高为2.000米，黄赤交角取23°26′，不考虑大气折射和测量误差，请计算冬至日、夏至日正午影长的理论值（结果保留三位有效数字），并列举圭表测影实验中至少5种常见的误差来源。（25分）2.北京故宫太和殿南侧的赤道日晷位于北纬39°55′，东经116°25′，回答下列问题：（25分）（1）当北京时间（东经120°地方平太阳时）为12:00:00时，该日晷的日影是否正好指向午正（12时）刻度？请分两个核心角度说明原因。（2）计算不考虑均时差的情况下，日影偏离午正刻度的角度，换算为时间差，说明日影偏向午正刻度的哪个方向。参考答案一、单项选择题（每题4分，共40分）1.B解析：山西襄汾陶寺遗址出土了距今约4100年的圭表测影遗存，是目前中国发现最早的圭表测影实物，印证了中国上古时期“历象日月星辰，敬授民时”的记载，因此B选项正确。2.A解析：北半球冬至日太阳直射南回归线，北半球正午太阳高度角达到一年中最小值，太阳斜射程度最大，因此圭表表影长度达到一年中最大值，因此A选项正确。3.C解析：郭守敬在《授时历》中明确给出回归年长度为365.2425日，与当今通用的格里高利历回归年长度一致，与现代观测值365.2422日仅差26秒，精度达到当时世界领先水平，因此C选项正确；A选项365.2564日是恒星年长度，B是儒略历的回归年长度，D是现代高精度观测值，因此排除。4.B解析：赤道式日晷的设计原理是利用太阳绕天轴的周日均匀运动，因此晷针需要沿天轴方向放置，延长线指向北天极，因此B选项正确；地理北极是地面点，黄道北极是黄道坐标系的北极，和赤道日晷设计逻辑无关，因此排除。7.B解析：赤道式日晷的晷针沿天轴放置，太阳周日运动是沿天赤道绕天轴均匀转动，角速度为15°/小时，因此日影沿晷面均匀运动，角速度恒定；地平式日晷晷面平行地面，晷针垂直地面，太阳周日运动的投影到水平面的角速度不均匀，因此日影角速度不均匀，B选项正确。8.B解析：太阳赤纬满足公式δ=εsinλ，λ为太阳黄经，当两个节气的黄经关于夏至（黄经90°）对称时，sin(90°-Δλ)=sin(90°+Δλ)，因此赤纬相等，正午太阳高度相等，影长相等。小满黄经为60°，Δλ=30°，对称的黄经为90°+30°=120°，120°黄经对应大暑，因此小满和大暑正午影长相同，B选项正确。9.B解析：元代之前圭表多为八尺高表，表高较低，测量误差大，郭守敬改进为三十六尺高表，但是表高增加后，表端的影子因为阳光漫射变得模糊，景符是一个带小孔的可移动铜片，利用小孔成像的原理，可以得到清晰的太阳中心像，精准测定影长，因此解决了表高影虚的问题，B选项正确。10.D解析：圭表的核心功能是测影长定季节定回归年，日晷核心功能是测日影方位定时辰，虽然两者同源，但是结构和核心功能不同，圭表不属于日晷的类别，更不是赤道日晷，因此D选项错误，符合题意。二、填空题（每空3分，共30分）1.表；圭2.回归年；南北（正南北）3.天赤道；纬度4.晷盘正面（北盘面）；晷盘背面（南盘面）5.窥几；景符6.真太阳时；均时差三、作图分析题（共30分）1.（12分）晷针与水平面的倾角等于30°12′（2分），晷面与水平面的夹角等于59°48′（即90°-30°12′）（2分）。原理：赤道式日晷的设计基于天球周日运动，地球自转导致天体每天绕天轴转动一周，天轴是地球自转轴延伸到天球的轴线，与地面的夹角正好等于当地纬度（4分）；赤道式日晷晷针需要沿天轴放置，因此晷针与水平面的倾角等于当地纬度（2分）；晷面平行于天赤道，天赤道与天轴垂直，因此晷面与晷针垂直，晷面与水平面的夹角等于90°减去当地纬度，即59°48′（2分）。2.（10分）评分标准：侧面图需画出水平面，画出倾斜的晷针指向左上方（对应观测者面向南方时的北天极方向），晷面垂直于晷针倾斜放置；标注北天极方向正确得2分，标注当地纬度数值对应晷针倾角得3分，标注晷针倾角对应关系正确得3分，标注晷面倾角为90°减当地纬度正确得2分。3.（8分）太阳的周日运动本质是地球自转导致的视运动，地球自转角速度均匀，约为15°每小时，太阳沿天赤道绕天轴转动的角速度均匀（3分）；赤道式日晷的晷针沿天轴放置，晷面平行天赤道，因此太阳相对晷针的转动角速度均匀，单位时间内转过的角度一致（3分），因此每小时转过15°，对应的时刻刻度均匀分布，每小时间隔正好为15°（2分）。四、综合应用题（共50分）2.（25分）（1）日影不会正好指向午正刻度（2分），原因分为两个核心角度：第一，经度差异导致的地方时差异：北京时间是东经120°的地方时，该日晷位于东经116°25′，经度小于120°，因此当地地方时比北京时间晚（5分），因此北京时间12点整时，当地地方时还不到12点，日影不在午正位置。第二，真太阳时和平太阳时的本质差异：日晷通过太阳方位测定时间，显示的是真太阳时，而北京时间是平太阳时，真太阳的运行速度存在周年变化，真太阳时和平太阳时之间存在均时差，差值随日期变化，范围在-16分钟到+14分钟之间，因此即使经度相同，日影也不会总是正好指向午正