关于日晷的一些思考和疑惑（1）

昨天给学生上了《太阳钟》这一课，文章中有制作简易太阳钟（日晷仪）的内容，其中一个是制作地平日晷（水平型日晷仪），课本中只有简单的说明，完全不能照着操作，教学参考书中倒是有简单的图纸，但是图太小了，不实用，后来我在网上搜索简易日晷仪的制作，发现多数语焉不详，最后搜到对岸某小学的一些文档，才获得了满意的答案。

原文中介绍了两种日晷仪的制作方法，一种是陀螺型日晷仪（我们的教材上称之为“赤道日晷”），还有一种是水平型日晷，也就是课本上所说的“地平日晷”。下面引用原文档中的部分内容：

1.日晷的原理：

日晷古代称日晷仪，是依照日影测定时间的一种仪器。古代用日影测时的方法，是利用一块白玉平版，在版中央竖一倾斜的铜柱，铜柱连接平版处为南，铜柱上端指向北。地球不停地转动，阳光普照在大地，把铜柱渐次移动的影痕，刻在白玉平版上，就可以做为记时的标准了。

2.简易日晷仪制作

（1）材料及工具：厚纸板(卡纸)，铁丝(或竹纤)、量角器、圆规、笔、剪刀、胶水。

（2）作法：

(一)陀螺型日晷仪：利用竿影原理，随太阳周日运行，竿影位置跟着变化。

1.在厚纸板上绘一圆盘，在圆盘上将圆分成24等分，每一等分再分成三个小等分，则每一等分的角度为5度，代表20分钟。如下图：

2.将铁丝(或竹纤)穿过圆心，并与水平面夹24.5度角(即金门当地纬度)，凸出圆盘外的铁丝(或竹纤)，以成影的长度适宜观测来决定。

3.设一底座(如下图)，以稳定日晷仪。

(二)水平型日晷仪：利用平面成影而随时间变化之原理。

1.制作圭板：基本形状为一直角三角形，其中一角为当地纬度。如下图

2.制作刻度盘：根据表一绘制如下图之刻度盘。并在刻度盘下方，绘制时刻修正表。

3.将圭板垂直固定于刻度盘上十二时之位置即完成。

（3）测时：陀螺型日晷仪凸出之铁丝(竹签)指向正北方，水平型日晷仪之圭板指向正北方。

文章写的很清楚，但是我有几点不明白：

1、为什么陀螺型日晷仪的竹签与地面的夹角要等于当地的纬度？直接垂直于地面不行吗？

2、地平日晷的圭板其中的一个角也是当地的纬度值，这么做有什么目的？

3、还是地平日晷，其刻度盘是不均匀的？其中有什么规律？如果自己动手来画的话，应该怎么画？如何计算？

由于我以前没接触过此类问题，所以这些东西都不明白，老师都不明白，给学生肯定更加讲不明白，这对学生也是很不负责的。可惜上述问题我搜索了很久，都没发现解释很清楚的网站，维基百科算是比较详细了，可是没有解释细节问题，其他一些解释比较好的，也多是繁体网页，鲜有简体的，郁闷的很啊。