小學(xué)科學(xué)《鐘擺的秘密》

擺的秘密

秋千是生活中一個(gè)典型的擺，秋千的底座就是擺的擺錘，秋千的繩子就是擺的擺線。

一個(gè)擺由擺錘和擺線兩部分組成。擺線擺錘擺的組成什么叫擺動(dòng)一次？

擺在擺動(dòng)時(shí)，擺出去，再回來(lái)，叫擺動(dòng)一次。

制作一個(gè)擺怎樣制作一個(gè)擺？（討論交流）給出材料:

鐵架臺(tái),細(xì)線,鉤碼學(xué)生演示:

把蕩秋千畫(huà)面表現(xiàn)出來(lái)（注意：在一個(gè)豎直面上擺動(dòng)）探究實(shí)驗(yàn)，自主學(xué)習(xí)30秒鐘內(nèi)擺擺動(dòng)了幾次？重復(fù)實(shí)驗(yàn)（三次）師生討論結(jié)論：同一個(gè)擺，在相同的時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)相同。我們的擺一分鐘擺動(dòng)的次數(shù)我們的擺在30秒內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)第一次（）次第二次（）次第三次（）次測(cè)擺擺動(dòng)10秒擺動(dòng)的次數(shù)。不改變其他條件，將擺幅增加，測(cè)10秒擺動(dòng)次數(shù)。你發(fā)現(xiàn)了什么？擺的等時(shí)性原理：同一個(gè)擺，擺動(dòng)的快慢是一定的，即每擺動(dòng)一次所需時(shí)間相同。討論:擺動(dòng)的快慢與哪些因素有關(guān)?與擺線的長(zhǎng)度有關(guān)與擺錘重量有關(guān)與兩者都有關(guān)分工合作老師：計(jì)時(shí)。學(xué)生1：讓擺擺動(dòng)起來(lái)。其余學(xué)生：數(shù)擺動(dòng)的次數(shù)（默數(shù)）。記錄數(shù)據(jù)。驗(yàn)證猜想。與擺線長(zhǎng)度有關(guān)擺線長(zhǎng)擺錘重30秒擺動(dòng)次數(shù)15厘米50克20厘米50克30厘米50克我的發(fā)現(xiàn):與擺錘重量有關(guān)擺錘重?cái)[線長(zhǎng)30秒鐘擺動(dòng)次數(shù)50克10厘米60克10厘米70克10厘米我的發(fā)現(xiàn):表達(dá)交流，得出結(jié)論:擺的擺動(dòng)快慢與擺線長(zhǎng)度有關(guān)，與擺錘重量無(wú)關(guān)小結(jié)2、不同的擺，擺線越長(zhǎng)，擺動(dòng)越慢；擺線越短，擺動(dòng)越快。擺的快慢與擺線長(zhǎng)短有關(guān)，擺的快慢與擺錘重量無(wú)關(guān)。同一個(gè)擺在相同的時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)相同。每擺動(dòng)一次所需時(shí)間相同。<一>、怎樣使你的擺擺動(dòng)的慢一些？

考考你：加長(zhǎng)擺線<二>、小朋友玩同一個(gè)秋千1、力氣大的蕩得快，對(duì)嗎？2、體重小的蕩得快，對(duì)嗎？3、體重大的蕩得快，對(duì)嗎？4、誰(shuí)蕩得快呢？為什么？1、擺為什么能長(zhǎng)時(shí)間不停的擺動(dòng)？2、過(guò)一段時(shí)間為什么會(huì)慢慢停下來(lái)？思考：靜止的擺在外力的作用下開(kāi)始擺動(dòng)，在擺動(dòng)過(guò)程中能量不斷轉(zhuǎn)化；一段時(shí)間后，擺又在外力的作用下慢慢停下來(lái)。用物理學(xué)知識(shí)來(lái)解釋?zhuān)哼\(yùn)動(dòng)的單擺儲(chǔ)存有機(jī)械能。有機(jī)械能就要?jiǎng)?。于是，單擺就在動(dòng)能和重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化中運(yùn)動(dòng)起來(lái)。

停下來(lái)，是因?yàn)橹c(diǎn)和空氣的阻力和摩擦，使單擺的機(jī)械能耗散的結(jié)果。一般以熱能的形式耗散。鞏固練習(xí)，拓展延伸用自己所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)60秒擺動(dòng)20次的擺，看誰(shuí)做的又快又準(zhǔn)確。伽利略與擺人類(lèi)生活在時(shí)間的長(zhǎng)河中，一直探索測(cè)量時(shí)間的方法。古人發(fā)明了用沙漏、水鐘等測(cè)量時(shí)間的裝置，到了17世紀(jì)還在沿用這種計(jì)時(shí)手段。1656年，惠更斯制造出人類(lèi)歷史上第一個(gè)擺鐘，使人類(lèi)對(duì)時(shí)間的測(cè)量進(jìn)入嶄新的時(shí)代。擺鐘是利用單擺的等時(shí)性原理測(cè)量時(shí)間的。那么，單擺的等時(shí)性是如何發(fā)現(xiàn)的呢？下面就講一講這個(gè)故事?？茖W(xué)小故事——伽利略的脈搏儀伽利略帶著初次發(fā)現(xiàn)的喜悅回到自己的房間，但是他并沒(méi)有就此罷休。伽利略是一位十分認(rèn)真又喜歡研究問(wèn)題的人，根本不會(huì)滿(mǎn)足只從一次實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果。對(duì)于自然現(xiàn)象，他總是反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)嚴(yán)密推理探索客觀規(guī)律，對(duì)單擺規(guī)律的研究也是如此。伽利略回到房間后，到處尋找實(shí)驗(yàn)所需要的東西。他找來(lái)絲線、細(xì)繩、大小不同的木球、鐵球、石塊、銅球等實(shí)驗(yàn)用品，在他的桌子上堆滿(mǎn)了這些“亂七八糟”的東西。伽利略用細(xì)繩的一端系上小球，將另一端系在天花板上，這樣就做成了一個(gè)單擺。用這套裝置，伽利略繼續(xù)測(cè)量擺的擺動(dòng)周期。他先用銅球?qū)嶒?yàn)，又分別換用鐵球和木球?qū)嶒?yàn)。實(shí)驗(yàn)使伽利略看到，無(wú)論用銅球、鐵球，還是木球?qū)嶒?yàn)，只要擺長(zhǎng)不變，來(lái)回?cái)[動(dòng)一次所用時(shí)間就相同。這表明單擺的擺動(dòng)周期與擺球的質(zhì)量無(wú)關(guān)。可是，擺動(dòng)周期是由什么決定的呢？伽利略繼續(xù)從實(shí)驗(yàn)中尋找答案。伽利略首先做了兩個(gè)擺長(zhǎng)完全相等的單擺測(cè)量它們的周期，測(cè)量結(jié)果使他看到這兩個(gè)單擺的周期完全相等。他又做了十幾個(gè)擺長(zhǎng)不同的擺，逐個(gè)測(cè)量它們的周期。實(shí)驗(yàn)表明：擺長(zhǎng)越長(zhǎng)，周期也越長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上通過(guò)嚴(yán)密的邏輯推理，伽利略證明了單擺的周期與擺長(zhǎng)的平方根成正比，與重力加速度的平方根成反比。這樣，伽利略不但發(fā)現(xiàn)了單擺的等時(shí)性，而且發(fā)現(xiàn)了決定單擺周期的因素。

最初的發(fā)現(xiàn)

1564年2月15日，偉大的物理學(xué)家伽利略出生于意大利比薩城的一個(gè)沒(méi)落貴族家庭。他出生不久，全家就移居到佛羅倫薩近郊的一個(gè)地方。在那里，伽利略的父親萬(wàn)桑佐開(kāi)了一個(gè)店鋪，經(jīng)營(yíng)羊毛生意。孩提時(shí)的伽利略聰明可愛(ài)，活潑矯健，好奇心極強(qiáng)。他從不滿(mǎn)足別人告訴的道理，喜歡親自探索、研究和證明問(wèn)題。對(duì)于兒子的這些表現(xiàn)，萬(wàn)桑佐高興極了，希望伽利略長(zhǎng)大后從事既高雅、報(bào)酬又豐厚的醫(yī)生職業(yè)，1581年，萬(wàn)桑佐就把伽利略送到比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)。可是，伽利略對(duì)醫(yī)學(xué)沒(méi)有興趣，他卻把相當(dāng)多的時(shí)間用于鉆研古希臘的哲學(xué)著作，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)。伽利略是一位虔誠(chéng)的天主教徒，每周都堅(jiān)持到教堂做禮拜。1582年的一天，伽利略到教堂作禮拜。禮拜開(kāi)始不久，一位修理工人不經(jīng)意觸動(dòng)了教堂中的大吊燈，使它來(lái)回?cái)[動(dòng)。擺動(dòng)著的大吊燈映入了伽利略的眼簾，引起他的注意。伽利略聚精會(huì)神地觀察著，腦海里突然閃出測(cè)量吊燈擺動(dòng)時(shí)間的念頭，憑著學(xué)醫(yī)的經(jīng)驗(yàn)，伽利略把右手指按到左腕的脈搏上計(jì)時(shí)，同時(shí)數(shù)著吊燈的擺動(dòng)次數(shù)。起初，吊燈在一個(gè)大圓弧上擺動(dòng)，擺動(dòng)速度較大，伽利略測(cè)算來(lái)回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間。過(guò)了一陣子，吊燈擺動(dòng)的幅度變小了，擺動(dòng)速度也變慢了，此時(shí)，他又測(cè)量了來(lái)回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間。讓他大為吃驚的是，兩次測(cè)量的時(shí)間是相同的。于是伽利略繼續(xù)測(cè)量來(lái)回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間，直到吊燈幾乎