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1、時(shí) 間 概 念單 位 換 算 方 法測(cè) 量 工 具 (種 類 、 使 用 方 法 ）時(shí) 間幻 燈片 3時(shí) 刻 你 知 道 自 己 的 脈 搏 每 分 鐘 跳動(dòng) 的 次 數(shù) 嗎 ？ 1. 哪 些 東 西 可 以 當(dāng) 作 計(jì) 時(shí) 工 具 ？ (1)我 們 可 以 根 據(jù) 生 活 中 的 哪 些 自 然 現(xiàn) 象 來 確 定 或 感 知 時(shí) 間 ？ (2)我 們 還 可 以 利 用 哪 些 工 具 來 計(jì) 算 或 測(cè) 量 時(shí) 間 ？討 論 日 升 日 落 、 月 形 變 化 、 四 季 變 化 、 電 線 桿 的 影 子 、 楓 葉 紅 了 、 候 鳥 遷 徙 等 ）手 表 、 鬧 鐘 、 沙 漏 、

2、 停 表 等 等 (3)這 些 自 然 現(xiàn) 象 和 計(jì) 時(shí) 工 具 為 什 么 能 夠 用 來 計(jì) 時(shí) 呢 ？ 有 的 自 然 現(xiàn) 象 或 計(jì) 時(shí) 機(jī) 械 都 可 以 當(dāng) 作 計(jì) 時(shí) 工 具 ， 是 因 為 它 們 具有 哪 些 共 同 的 特 征 ？ 它 們 一 直 都 在 作 有 規(guī) 律 的 變 化 。蠟 燭 燃 燒 易 受 外 界 影 響 ， 如 有 風(fēng) 的 時(shí) 候 蠟 燭 燃 燒 更 快 ， 不 適 宜 作 計(jì) 時(shí) 工 具 。 3.時(shí) 間 的 單 位 及 換 算(1)討 論 ： 舉 出 生 活 中 常 用 的 計(jì) 時(shí) 單 位 。 年 、 月 、 天 、 時(shí) 、 分 、 秒 ； 星 期

3、、 季 度 等90 5400(4)練 一 練 ： 1.5時(shí) 分 秒 。(3)各 單 位 之 間 的 換 算 ： 時(shí) 分 秒 ； 1毫 秒 0.001秒一 般 地 ， 年 個(gè) 月 天 時(shí) 。(2) 國(guó) 際 制 主 單 位 是 秒 ， 用 符 號(hào) S 表 示 。 常 用 單 位 還 有 時(shí) (h)、 分 （ min） 、 毫 秒 （ ms) 常用計(jì)時(shí)器 電 子 停 表 古 代 計(jì) 時(shí) 器 -日 晷 漏 刻 計(jì) 時(shí) 的 奧 秘 。 “漏 (漏 壺 ) 刻 (刻箭 )”是 利 用 水 量 多 少 來 計(jì) 量 時(shí) 間 的 儀 器 。漏 刻 是 全 天 候 計(jì) 時(shí) 儀 器 ， 能 彌 補(bǔ) 日 晷 受太 陽

4、 有 沒 有 露 臉 (陰 晴 )、 或 晝 夜 的 局 限 ，是 我 國(guó) 古 代 重 要 的 計(jì) 時(shí) 器 。 古 代 計(jì) 時(shí) 器“漏 壺 ”相 當(dāng) 于 現(xiàn) 代 的 鐘 表 ， 漏 壺 的 結(jié) 構(gòu)不 斷 改 進(jìn) ， 計(jì) 時(shí) 性 能 也 隨 之 更 加 科 學(xué) 。由 原 來 的 單 級(jí) 壺 ， 發(fā) 展 到 東 漢 的 二 級(jí) 漏壺 ， 晉 代 出 現(xiàn) 三 級(jí) 漏 壺 ， 甚 至 唐 代 出 現(xiàn)了 四 級(jí) 漏 壺 等 多 級(jí) 漏 壺 。 例 如 ， 宋 代 沈括 的 浮 漏 就 是 一 組 多 級(jí) 漏 壺 系 統(tǒng) ： 最 上層 擺 設(shè) 的 稱 為 求 壺 ， 是 專 為 下 級(jí) 壺 供 水用 的

5、水 源 壺 ； 第 二 層 擺 了 兩 只 壺 ， 高 的叫 負(fù) 壺 、 低 的 叫 廢 壺 ， 負(fù) 壺 的 作 用 是 保持 水 流 的 穩(wěn) 定 ， 并 保 證 水 位 在 指 定 高 度 ，超 水 位 的 多 余 水 則 流 入 廢 壺 ， 最 下 邊 的 是 建 壺 ， 由 負(fù) 壺 滴 落 的 穩(wěn) 壓 水 ， 滴 入 建壺 ， 并 以 容 納 水 量 的 多 少 ， 來 顯 示 時(shí) 刻 。水 運(yùn) 渾 象 既 然 受 漏 壺 流 水 的 操 作 ， 當(dāng) 然也 能 準(zhǔn) 確 地 反 映 出 時(shí) 間 。 本 館 中 國(guó) 科 學(xué)與 技 術(shù) 廳 所 展 示 的 “水 運(yùn) 儀 象 臺(tái) ”， 就 是一

6、套 運(yùn) 用 水 流 的 穩(wěn) 定 操 作 既 能 計(jì) 時(shí) 且 能報(bào) 時(shí) 的 系 統(tǒng) 。 2、 古 代 的 記 時(shí) 器 鐘 表 計(jì) 時(shí) 的 奧 秘 。 公 元 1504年 ， 華 耳 (Walther) 發(fā) 明 了 機(jī) 械時(shí) 鐘 。 剛 開 始 并 不 準(zhǔn) 確 。 1656 年 惠 更 斯 (C. H uygens) 將 鐘 錘 的 擺 動(dòng) 加 裝在 機(jī) 械 時(shí) 鐘 后 ， 原 本 不 很 可 靠 的 時(shí) 鐘 就 準(zhǔn) 確 了 起 來 了 。 當(dāng) 機(jī) 械 鐘 變 得 較 準(zhǔn)確 后 ， 人 們 就 將 它 們 安 裝 在 教 堂 的 塔 上 或 是 公 共 建 筑 的 高 處 。 這 樣 ， 城 鎮(zhèn)里

7、 所 有 的 人 都 可 由 同 一 個(gè) 時(shí) 鐘 得 知 有 共 識(shí) 的 時(shí) 間 ， 也 養(yǎng) 成 了 他 們 守 時(shí) 的 習(xí)慣 。 至 于 現(xiàn) 在 ， 大 部 分 的 人 都 會(huì) 戴 著 自 己 的 隨 身 計(jì) 時(shí) 器 表 。 你 知 道 為 什 么 有 擺 錘 的 鐘 會(huì) 比 先 前 的 機(jī) 械 時(shí) 鐘 來 得 準(zhǔn) 確 嗎 ?換 句 話 說 ，你 知 道 怎 樣 才 能 讓 機(jī) 械 式 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 時(shí) 鐘 能 周 而 復(fù) 始 且 “規(guī) 律 ”精 準(zhǔn) 地 呈 現(xiàn) 每一 時(shí) 刻 呢 ? 仔 細(xì) 觀 察 :有 一 個(gè) 控 制 機(jī) 械 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 裝 置 ， 我 們 稱 它 為 “卡 子 ”， 它

8、是 控制 機(jī) 械 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 不 會(huì) 太 快 、 也 不 會(huì) 太 慢 的 裝 置 。 相 同 原 理 ， “水 運(yùn) 儀 象 臺(tái) ”，也 有 一 套 控 制 齒 輪 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 操 作 裝 置 ， 我 們 稱 它 為 “擒 縱 器 ”， 其 功 用相 當(dāng) 于 卡 子 。 原子鐘 原 子 鐘 時(shí) 間 的 單 位 是 秒 。 隨 著 科 學(xué) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 秒 的 定 義 曾 作 過 兩 次 重 大 的 修 改 。 最 早 ， 人 們 是 利 用 地 球 自 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 來 計(jì) 量 時(shí) 間 的 ， 基 本 單 位 是 平 太 陽 日 。 19世 紀(jì) 末 ， 將 一 個(gè) 平 太 陽日

9、的 1/86400作 為 一 秒 ， 稱 作 世 界 時(shí) 秒 。 由 于 地 球 的 自 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 存 在 著 不 規(guī) 則 變 化 ， 并 有 長(zhǎng) 期 減 慢 的 趨勢(shì) ， 使 得 世 界 時(shí) 秒 逐 年 變 化 ， 不 能 保 持 恒 定 。 因 此 ， 按 此 定 義 復(fù) 現(xiàn) 秒 的 準(zhǔn) 確 度 只 能 達(dá) 到 一 億 分 之 一秒 。 1960年 國(guó) 際 計(jì) 量 大 會(huì) 決 定 采 用 以 地 球 公 轉(zhuǎn) 的 運(yùn) 動(dòng) 為 基 礎(chǔ) 的 歷 書 時(shí) 秒 作 為 時(shí) 間 單 位 ， 即 將 1900年初 附 近 ， 太 陽 的 幾 何 平 黃 經(jīng) 為 2794148“.04的 瞬 間 作 為

10、 1900年 1月 O 日 12時(shí) 整 ， 從 該 時(shí) 刻 起 算 的 回 歸年 的 1/31556925.9747作 為 一 秒 。 按 此 定 義 復(fù) 現(xiàn) 秒 的 準(zhǔn) 確 度 提 高 到 十 億 分 之 一 秒 。 1967年 ， 國(guó) 際 計(jì) 量 大 會(huì) 決 定 采 用 原 子 秒 定 義 取 代 歷 書 時(shí) 秒 定 義 。 即 將 銫 -133原 子 基 態(tài) 的 兩 個(gè) 超 精細(xì) 能 級(jí) 之 間 躍 遷 相 對(duì) 應(yīng) 輻 射 的 9192631770個(gè) 周 期 所 持 續(xù) 的 時(shí) 間 定 義 為 一 秒 。 按 此 定 義 復(fù) 現(xiàn) 秒 的 準(zhǔn) 確度 已 優(yōu) 于 十 萬 億 分 之 一 秒

11、。 原 子 在 發(fā) 生 能 級(jí) 躍 遷 時(shí) 以 電 磁 波 形 式 輻 射 或 吸 收 能 量 ， 該 電 磁 波 的 頻 率和 周 期 精 確 地 與 原 子 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) 相 對(duì) 應(yīng) ， 所 以 極 為 穩(wěn) 定 。 人 們 利 用 這 一 特 性 制 成 了 各 種 各 樣 性 能 優(yōu)異 的 原 子 鐘 。 實(shí) 驗(yàn) 室 型 的 銫 束 原 子 鐘 是 復(fù) 現(xiàn) 原 子 秒 定 義 的 時(shí) 間 頻 率 基 準(zhǔn) 器 ， 具 有 最 高 的 準(zhǔn) 確 度 和 長(zhǎng)期 穩(wěn) 定 度 。 氫 原 子 鐘 是 激 射 器 型 的 ， 它 的 短 期 穩(wěn) 定 度 優(yōu) 于 銫 原 子 鐘 ， 但 因 受 到

12、 貯 存 泡 “壁 移 效 應(yīng) ”的限 制 ， 準(zhǔn) 確 度 比 銫 原 子 鐘 低 一 個(gè) 數(shù) 量 級(jí) 。 銣 原 子 鐘 是 氣 泡 型 的 ， 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 輕 便 價(jià) 廉 雖 然 準(zhǔn) 確 度 不 高 ， 但 短 期 穩(wěn) 定 度 尚 好 ， 作 為 工 作 標(biāo) 準(zhǔn) 是 很 適 宜 的 。 此 外 ， 人 們 正 在 研 究 利 用 離 子 貯 存 技 術(shù) 和 激 光穩(wěn) 頻 技 術(shù) 制 造 性 能 更 好 的 原 子 鐘 。 用 選 定 的 某 一 瞬 間 作 為 原 點(diǎn) ， 用 選 定 的 時(shí) 間 單 位 “秒 ”進(jìn) 行 連 續(xù) 不斷 的 積 累 ， 就 構(gòu) 成 一 個(gè) 時(shí) 間 參

13、照 坐 標(biāo) 系 ， 叫 做 時(shí) 標(biāo) ， 或 時(shí) 間 尺 度 。 時(shí) 標(biāo) 的 原 點(diǎn) 稱 做 時(shí) 刻 起 點(diǎn) 或 起 始?xì)v 元 。 某 一 事 件 發(fā) 生 的 瞬 間 與 時(shí) 標(biāo) 上 某 點(diǎn) 相 對(duì) 應(yīng) ， 此 瞬 間 稱 做 時(shí) 刻 。 兩 個(gè) 時(shí) 刻 之 間 的 持 續(xù) 時(shí) 間 稱 做時(shí) 間 間 隔 。 到 目 前 為 止 ， 時(shí) 標(biāo) 不 外 是 基 于 天 文 觀 測(cè) 或 對(duì) 某 些 周 期 性 重 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 的 測(cè) 量 而 獲 得 。 原 子 時(shí) 標(biāo) 是 由 連 續(xù) 不 斷 工 作 著 的 原 子 鐘 得 到 的 。 對(duì) 各 自 獨(dú) 立 的 原 子 時(shí) 標(biāo) 加 以 平 均 ， 可 以

14、提 高 它 們的 均 勻 性 國(guó) 際 時(shí) 間 局 根 據(jù) 國(guó) 際 單 位 制 時(shí) 間 單 位 秒 的 定 義 ， 以 各 國(guó) 有 關(guān) 研 究 所 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 原 子 鐘 的 讀 數(shù) 為依 據(jù) ， 進(jìn) 行 加 權(quán) 平 均 得 到 的 時(shí) 間 參 考 坐 標(biāo) 叫 做 國(guó) 際 原 子 時(shí) (TAl)， 它 的 起 點(diǎn) 是 1958年 1月 O 日 O 時(shí) O 分 O秒 (UT2)。 高 度 準(zhǔn) 確 的 標(biāo) 準(zhǔn) 頻 率 和 時(shí) 間 信 號(hào) 主 要 通 過 無 線 電 波 的 發(fā) 射 和 傳 播 提 供 給 使 用 部 門 。 按 其 載波 頻 率 可 分 為 超 高 頻 、 高 頻 、 低 頻 和 甚

15、 低 頻 發(fā) 播 ， 分 別 由 專 用 授 時(shí) 臺(tái) 發(fā) 播 或 由 導(dǎo) 航 臺(tái) 、 電 視 臺(tái) 、 通信 衛(wèi) 星 等 兼 任 。 由 于 傳 輸 特 性 不 同 ， 所 以 接 收 精 度 、 接 收 范 圍 、 接 收 時(shí) 間 以 及 校 準(zhǔn) 設(shè) 備 操 縱 的 難 易和 經(jīng) 濟(jì) 性 各 有 不 同 ， 不 同 的 用 戶 可 以 根 據(jù) 需 要 和 可 能 選 擇 使 用 。 電子停表 機(jī) 械 停 表 車 次 區(qū) 間 發(fā) 站 開 到 杭 州 站 杭 州 站 停 杭 州 站 開 上 海 杭 州 ： ： ： 北 京 杭 州 ： ： 從 上 表 中 獲 得 了 哪 些 信 息 ？ 并 將 該

16、列 車 時(shí) 刻 表中 的 空 缺 填 完 整 。 列 車 時(shí) 刻 表 13 8:10 我 國(guó) 計(jì) 時(shí) 儀 器 史 的 討 論 十 四 世 紀(jì) 六 十 年 代 ， 我 國(guó) 的 機(jī) 械 時(shí) 鐘 已 經(jīng) 脫 離 了 天 文 儀 器 而 獨(dú) 立 了 ， 不 僅 有 復(fù) 雜 的 傳 動(dòng) 系 統(tǒng)棗 齒 輪 系 ， 還 有 擒 縱 調(diào) 速 部 件 棗 天 關(guān) 、 天 鎖 和 軸 葉 等 ， 鐘 面 和 指 針 代 替 了 懷 抱 時(shí) 辰 牌 或 漏 箭 的 木偶 人 。 倘 能 繼 續(xù) 努 力 ， 就 可 以 把 利 用 水 的 恒 定 流 量 或 沙 的 力 量 為 動(dòng) 力 的 狀 態(tài) 改 變 為 重 錘

17、 、 發(fā) 條 之類 ， 很 快 就 可 以 敲 開 現(xiàn) 代 鐘 表 的 大 門 ， 使 我 國(guó) 鐘 表 技 術(shù) 有 更 大 的 飛 躍 ， 使 我 國(guó) 在 計(jì) 時(shí) 儀 器 制 造 史上 居 于 前 列 ， 十 分 令 人 惋 惜 的 是 ， 沒 有 做 到 這 一 點(diǎn) 。 主 要 原 因 有 ： 3.1我 國(guó) 數(shù) 千 年 來 的 封 建 統(tǒng) 治 束 縛 了 生 產(chǎn) 力 的 發(fā) 展 ， 作 為 生 產(chǎn) 力 中 最 重 要 的 科 學(xué) 技 術(shù) 不 僅 不 受重 視 ， 還 被 視 為 異 端 邪 說 。 “ 禮 記 五 制 ” 中 就 曾 規(guī) 定 ： “ （ 以 ） 奇 技 奇 器 以 疑 眾 ，

18、 殺 。 ” 如 李 時(shí)珍 寫 “ 本 草 綱 目 ” ， 寶 貴 資 料 被 毀 ， 幾 乎 被 置 于 死 地 。 明 太 祖 平 元 年 間 ， 司 天 監(jiān) 進(jìn) 水 晶 刻 漏 ， 中 設(shè) 二 木 偶 人 ， 按 時(shí) 自 擊 鉦 鼓 ， 太 祖 以 其 無 益 而 碎 之 。十 五 世 紀(jì) 初 ， 偉 大 航 海 家 鄭 和 本 可 以 早 一 百 年 就 完 成 哥 倫 布 征 服 非 洲 的 功 業(yè) 。 誠(chéng) 然 遭 到 當(dāng) 局 的 阻止 。 那 時(shí) 的 中 國(guó) 人 缺 少 動(dòng) 機(jī) ， 中 國(guó) 的 經(jīng) 濟(jì) 不 需 要 國(guó) 外 貿(mào) 易 。 3.2我 國(guó) 十 五 世 紀(jì) 以 前 的 時(shí) 鐘

19、 ， 原 意 不 是 為 公 眾 計(jì) 時(shí) 用 ， 而 是 要 向 君 王 表 演 天 文 學(xué) 原 理 ， 如 譙樓 大 鐘 。 具 有 若 干 個(gè) 齒 輪 和 一 種 擒 縱 調(diào) 節(jié) 器 速 機(jī) 構(gòu) ， 而 這 種 的 當(dāng) 初 設(shè) 計(jì) 是 來 調(diào) 節(jié) 皇 帝 詔 書 的 頒 發(fā) ， 以 應(yīng) 天 體 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 制 造 “ 君 權(quán) 神 授 ” 的 輿 論 。 3.3官 僚 階 級(jí) 的 出 現(xiàn) 以 及 他 們 只 受 文 學(xué) 教 育 ， 無 意 于 技 術(shù) 進(jìn) 步 ， 注 重 壓 制 商 人 ， 豈 不 知 只 有 靠商 人 開 拓 新 的 市 場(chǎng) ， 才 能 促 進(jìn) 各 項(xiàng) 技 術(shù) 的 進(jìn) 步

20、。 3.4利 瑪 竇 在 北 京 住 宅 開 設(shè) 私 人 鐘 表 展 覽 會(huì) ， 轟 動(dòng) 了 在 朝 的 翰 林 學(xué) 士 ， 高 官 顯 宦 ， 督 撫 司 道 ，一 時(shí) 門 庭 若 市 ， 爭(zhēng) 相 觀 瞻 ， 花 巨 資 購(gòu) 買 西 方 自 鳴 鐘 ， 于 是 西 洋 鐘 表 逐 漸 占 領(lǐng) 中 國(guó) 市 場(chǎng) ， 中 國(guó) 傳 統(tǒng)的 機(jī) 械 鐘 的 發(fā) 展 更 加 緩 慢 了 。 3.5十 七 世 紀(jì) 初 至 鴉 片 戰(zhàn) 爭(zhēng) 前 后 二 百 多 年 中 ， 我 國(guó) 鐘 表 的 發(fā) 展 可 稱 是 第 二 個(gè) 極 盛 時(shí) 期 ， 其 戰(zhàn) 略是 “ 學(xué) 洋 仿 制 ， 中 西 結(jié) 合 ， 自 成 體 系 ” 。 可 惜 由 于 封 建 統(tǒng) 治 制 度 的 衰 落 及 帝 國(guó) 主 義 列 強(qiáng) 的 侵 略 ，這 個(gè) 大 好 時(shí) 期 很 快 結(jié) 束 了 。 又 過 了 一 個(gè) 世 紀(jì) ， 隨 著 新 中 國(guó) 的 誕 生 ， 我 國(guó) 的 鐘 表 業(yè) 才 進(jìn) 入 了 第 三 個(gè)興 盛 時(shí) 期 。 鐘 表 技 術(shù) 獲 得 迅 速 發(fā) 展 。 作 業(yè) .動(dòng) 手 做 一 做 ： 回 家 自 己 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 良 好 的 計(jì) 時(shí) 工 具 。 .完 成 作 業(yè) 本 上 相 應(yīng) 練 習(xí) 。