活动: 多高
做这个活动,你需要:
- 一块纸壳或薄的木板,大约 一张纸的大小。
- 一根绳子,大约 30cm 或 1英尺长:
- 一个图钉或小钉子:
- 一小块石头 (要可以绑到绳子上):
- 卷尺:
- 剪刀
- 胶
目的
这活动的目的是测量一幢高楼或一棵树。我会用树来讲解说明,但测量一幢高楼的方法是一样的。
假设你想测量高度。
就用 卷尺量不就行了吗?
那可不容易。
你可能要爬树。 危险!
有更容易的方法!
在 地上量一个长度 ,并测量 向着树顶的角度 θ :
勘测员和工程测量员用特殊的设备来准确测量这些距离和角度。 他们用来测量角度的仪器叫经纬仪。 在这个活动中,你将会制造一个简单的经纬仪。 你不会得到准确的答案,但你会了解勘测员怎样工作。
这活动有三部分:
- 制造一个简单的经纬仪。
- 测量角度和地上的距离。
- 用测量结果来计算树的高度。
制造一个简单的经纬仪
一:在
A4 纸上 打印 这 量角器 的图像。
你需要 横向打印。
二: 你不需要把量角器剪下来,但你需要尽量贴着上面的边缘剪,只留下一点空间来插图钉或钉子。
三: 把量角器的图片粘在纸壳或木板上,将直的边缘顶到
纸壳或木板顶部的边缘:
四: 把绳子绑在石头上:
五: 将绳子的另外一端用
图钉或钉子钉在测量器顶部的中间:
地心引力会把绳子拉成铅垂线。就算你把纸壳或木板斜放,绳子还是垂直的:
你留意到 30° 的角度与绳子在量角器上显示的角度有什么关系吗?
测量角度和地上的距离
首先,站在离树大约 100英尺或 30 米 的地方。确保你是站在水平和安全的地面上。用木棍在地上做个标记。 现在你可以测量了。
要测量角度,把你的「经纬仪」指着树顶。把眼睛尽量贴近量角器的边缘;然后沿着直的边缘望,对准树顶:
把石头和绳子的位置固定后方可放下经纬仪。 记下经纬仪上的角度,即是垂直的绳子和量角器形成的角度。用你的结果去计算从你眼睛到树顶的仰角,θ 。
要计算距离, d,用卷尺去测量从木棍到树干的距离,要量到树干中间 - 你怎样可以把这个也算进你的答案?
用测量的结果去找树的高度
你可以在纸上画一个比例图来计算树的高度.
步骤是:
- 画一条水平线:
- 在线上靠右找一点 C, 量一个等于 你实验得到的角度, θ:
- 选一个合适的比例,测量距离 x 来代表 你在实验 量到的距离 d。在 B 点做个标记:
- 从 B 画一条垂直线到斜线,两线的交差点是 A:
- 测量从 B 到 A 的 垂直高度, y:
- 用第三步的比例,把 y 转换回树的高度, h。
慢着!
- 有什么不对?
- 你测量 θ 这个角度时眼睛在哪里?
- 有补偿这误差的方法吗?
另外一个方法
还有另外一个方法用 三角法来计算树的高度。
若你懂得这个方法,你可以试试。
- 你的答案会有多准确?
你可以列出一些令到你的答案不太准确的理由吗?
还有吗?
尝试去了解真的经纬仪是怎样造的,以及为什么它测量的结果比你的准确很多。