《摆的研究》实验及其理论创新

《摆的研究》实验及其理论创新

任勇

盐亭县两河镇堠溪中心小学

摘要：首先，准备一段细线约90厘米，把环形磁铁栓在摆线的一端，另一端从杆的前端小孔向杆的三分之二处小孔穿出，在再适当的位置栓上调节插销。实验装置做好后，接下来我们来测量最短摆绳在15秒内摆摆动的次数，（实验：向一侧拉摆锤，注意要拉直，摆线角度不宜太大，然后松开摆锤让它自然摆动。）为了减小误差，我们应该反复测量，做好记录，求出平均值。

关键词：摆的研究实验理论创新

《摆的研究》是我从事科学学科教学以来的众多科学实验中的一个，也是我满怀激情地钻研与改进现行实验器材的成功范例。下面，我将该实验在教材中的地位、原有实验及其实验器材存在的先天不足、个人对于该实验的改进与创新、改进后的实验器材、改进后的实验程序等一一陈述如下：

一、实验在教材中的地位与作用

《摆的研究》是五年级下册教材《时间的测量》中的第六课和第七课的内容。该内容对于学生初步掌握钟表的原理，尤其是时间是如何进行测算的，有着至关重要的作用。

摆钟的出现提高了人类对时间的准确认知，研究摆的快慢与什么因素有关，对理解摆钟的原理和设计制作摆钟有着重要的作用。

二、实验原型存在的先天不足

实验一：摆动快慢与摆绳长度的关系。

原型缺点：需要二次系绳，在课堂上会耽误一些时间，可能会误导学生认为不是同一个摆。

实验二：摆动快慢与摆锤重量的关系。

原型缺点：需要二次系绳，难以保证摆绳长度一致，摆绳的长度直接影响实验数据，可能导致学生得出不正确结论。

实验三：调节摆锤重心来调节摆的快慢。

原型缺点：金属原片的固定和移动操作复杂，摆动时不平稳，而且试验材料难找，不便于分组探究。

三、对实验的改进与创新

创新实验一：利用自制设备，不需要二次系绳就可快速轻松增加绳长，不会让学生认为不是同一个摆。提高了学生的认知度，节省了课堂教学时间。

创新实验二：利用环形磁铁代替螺帽做摆锤，增加摆锤重量时直接将第二块环形磁铁轻轻地吸在第一块的侧面，这样不需要二次系绳，就能改变摆锤的重量，保证了摆绳长度的一致，提高了实验的准确率。

创新实验三：用钢锯片、磁铁做摆锤，磁铁可以直接吸在钢锯片上，不需要任何工具就能固定，上下滑动磁铁就能轻松改变摆的重心，操作容易。而且，在钢锯片两面吸上磁铁，摆在摆动时就会更加平稳。

四、实验所需准备的器材

铁架台一个、细线90cm（要求弹性差且较柔软的线比较好）、同型号的环形磁铁3个、带孔钢铁片25cm、自制的管材钻孔设备、调节插销一颗、钓鱼用太空豆一颗。

五、实验过程及其相关说明

实验一：摆的摆动快慢与摆绳长度的关系。

首先，准备一段细线约90厘米，把环形磁铁栓在摆线的一端，另一端从杆的前端小孔向杆的三分之二处小孔穿出，在再适当的位置栓上调节插销。实验装置做好后，接下来我们来测量最短摆绳在15秒内摆摆动的次数，（实验：向一侧拉摆锤，注意要拉直，摆线角度不宜太大，然后松开摆锤让它自然摆动。）为了减小误差，我们应该反复测量，做好记录，求出平均值。

然后，调整摆绳的长度，将杆上的调节插销向杆后端移动两格，摆绳长度就变成原来的两倍，开始试验。

用同样的方法我们可以继续增加到摆绳长度的三倍时进行实验，实验的结果会大不一样。

通过对实验数据的分析，我们可以得出这样的结论，即摆的摆动快慢与摆绳长度成反比例关系。同一个摆，摆绳越长，摆动越慢；摆绳越短，摆动越快。

实验二：摆的快慢与摆锤重量的关系

利用前面的实验装置，任意摆绳长度的摆，我们来测量一个环形磁铁为摆锤在15秒内摆动的次数，为了减小误差，我们应该反复测量，做好记录，求出平均值。

摆锤的重量是原来的两倍时，只要将第二块磁铁轻轻地吸在第一块的侧面，就可以进行实验了。

用同样的方法我们可以继续添加磁铁并测出摆锤3倍重量时摆动的次数。测量的结果会和原来重量、两倍重量时一样。

通过对实验数据的分析，我们可以得出这样的结论，即摆的摆动快慢与摆锤的重量无关。

实验三：用调节摆锤重心来调节摆的快慢

首先，将钢铁片用细线连接在支架上，细线不要太长，然后用磁铁来改变摆锤的重心，固定时直接将磁铁吸在钢铁片上即可，不需要任何工具，而且可以根据需要，在钢铁片内任意点安装摆锤进行实验。

第一次将磁铁吸在钢铁片的最上端处，为了使摆在摆动时更平稳，可以在钢铁片的背面相对应的位置吸上一块同型号的磁铁。测出15秒内摆摆动的次数。

接着改变摆锤的重心，这时只要将磁铁轻轻地向下滑动到钢铁片的中心。再次测量15秒次数

继续向最下端移动磁铁，可以轻松地改变摆锤的重心，继续实验。

通过对测量数据的分析比较，我们可以这样的结论，即摆锤高------重心高-------摆长短------快；摆锤低------重心低------摆长长--------慢

附自制的管材钻孔设备制作说明：管材属铝塑管，长56cm,前端1cm处打通孔，然后每5cm打一个孔，共打8个孔；另一端1cm处打一个通孔。在按每5cm进行红黄染色。一端用90cm长的细线固定在调节插销上，细线通过5cm中间最后的孔向最前端的孔穿去，在向调节孔下方的孔穿出，下端固定上一个环形磁铁，最后调节最短摆绳的长为10cm。另一端用7cm的细线固定在管材上（用两颗钓鱼的太空豆），下端用一颗钓鱼的太空豆固定（便于上课时固定带孔钢铁片）。

附创新实验装置图：

总之，摆的研究是我多年教育教学的结晶，也是我对于现行科学类教学实验器材的改进与深化。通过类似的研究与实验实践，激发了我对于传统实验器材的认知，更激发了我让这些实验器材更加接地气的想法。