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科学四下第三单元《摆》参考资料

科学四下第三单元《摆》参考资料

【单摆】

在不可伸长的轻绳端,悬挂体积很小的小球,当小球偏离平衡位置后,小球就在竖直平面内做往复运动的振动系统。单摆的振动周期:单摆的振动周期公式

在同一地点,摆长越长,周期越大。摆长约为1米的单摆,振动周期约为2秒,通常称为“秒摆”。摆长约为0.25米的单摆,振动周期约为1秒。在振幅很小时,单摆的振动周期与振幅无关,与摆球的质量无关。1583年伽利略在比萨寺院祈祷时看到了吊在天棚上的吊灯的摆动,通过比较每一次摆动的时间,发现不管吊灯摆动幅度大小,其时间都相同,进一步思考后,提出了摆的等时性原理。后来,根据这个原理,才制造出世界上第一只摆钟。

摆钟

让我们来做一个单摆振动实验:找一根细长的线,大约1米长,在线的一端系一个小铁锁,再把另一端悬挂在一个支架上(可拴到门框上),小铁锁便能自由摆起来,这就是单摆。

单摆静止时是竖直的,这个位置就是它的平衡位置。

单摆从平衡位置向左(或向右)摆动,又返回来经过平衡位置向右(或向左)摆动,最后返回平衡位置所用的一段时间,叫单摆的周期。也就是说,周期是单摆完成一次振动所用的时间。

【伽利略与摆】

从古老的挂钟到小巧的快摆手表,尽管花样繁多,却都有个摆。

摆是钟表的心脏。只有不停摆的钟才能指示时间,只有合适的摆,才能使钟表走得准确。在人类计量史和物理学史中,摆的发明是个重大的历史事件。

这件事发生在1583年。那时的欧洲被教会统治着,每个礼拜日教堂都跪着虔诚的教徒,迷信笼罩着科学。

在意大利的比萨城里有一个19岁的大学生,名叫伽利略,当时他正在学医。这天,教堂的钟声又响了,他随着人群跪拜到神像之下。忽然,一阵风吹来,头上发出轻轻的响声。什么在响呢?伽利略不顾低头祈祷的规定,抬头一看,原来是悬在天花板上的吊灯微微晃动了。这本来是人们常见的,而伽利略却细心地观察起来。

“呵,多么平稳,多么均匀呵!”自幼爱好机械的伽利略好像发现了一个秘密,竞忘了祈祷。

当时没有钟表。怎样比较一下这吊灯摆动一次的时间呢?伽利略思考着,不再去听神甫

的讲道。

在第二天的课堂上,他听到老师讲课:“……一般地说,脉搏跳动的次数是稳定的……”呵!能不能用脉搏来测定那摆动着的吊灯呢?再次做礼拜时,伽利略按着手腕,看着吊灯,暗暗计算着摆动的时间。在教堂的祈祷声中他发现了一个科学原理:在吊灯的摆动逐渐平息的过程中,也就是摆动的幅度变得越来越小时,每次摆动所用的时间并不改变!

回家以后,这个贫寒的大学生就用简陋的材料做了一个机械摆,深入地研究了摆的运动,发现了摆的规律。

伽利略与摆

单摆摆动一次所用的时间叫做周期。摆的周期和它的质量无关,和它的摆动幅度也没有多大关系,只和摆长有关,这就是单摆的等时性。伽利略的摆首先被医生用来量度脉搏,叫做脉搏计。

伽利略很想用摆来指示时间,但是迷信窒息了科学,他由于从事科学活动遭到了教会的迫害。直到1636年,他已经双目失明,还向荷兰政府建议试制摆钟,却没有如愿。

1656年,荷兰科学家惠更斯完成了伽利略的遗愿,造出了一座摆钟,以后,摆钟就逐渐取代了日晷、火钟和水钟。直到现代,摆钟及其变形的各种摆仍然是钟表的心脏。

【能看到地球自转的实验——傅科的钟摆实验】

2003年,科学家们在南极安置了一个钟摆,并观察它的摆动。他们是在重复1851年的一个著名实验——傅科的钟摆实验。

1851年,法国科学家傅科在公众面前做了一个实验:将一根长67米的钢丝从巴黎国葬院的穹顶上悬挂下来,下面吊着一个重28千克、带有铁笔的铁球。周围的观众面对这个巨型的钟摆无不惊讶。钟摆的下方有一个巨大的沙盘,它的直径达6米。随着钟摆的每一次摆动,经过沙盘的上方时,钟摆上的铁笔会在沙盘上留下运动的轨迹。令观众们惊讶的是,这个钟摆始终不是按一条直线来回摆动的,在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹。如果在沙盘上刻上360度,一段时间后,钟摆的摆动方向会偏转一定的度数。开始,这个巨型钟摆在沙盘正中的直线上来回摆动,也就是0度和180度之间摆动。但是不久,它就会在1度和181度之间摆动,继而又在2度和182度之间摆动,3度和183度之间摆动……

傅科

这就是著名的“傅科的钟摆实验”,这个钟摆也叫“傅科摆”。傅科告诉在场的观众:“我们看到了地球的转动。”实际上,这是因为房屋跟着地球的自转在缓缓地移动。在巴黎所在的纬度上,钟摆的轨迹是顺时针转动;在赤道上,钟摆将不会发生偏转。我们的地球就像一只陀螺,自转一周需要23时56分4秒,于是,我们便有了白天黑夜的轮番交替、日月星辰的东升西落。

傅科摆实验

实验极为成功,傅科用非常简单的办法,使我们“看”到了地球的自转,为此他获得了法国荣誉骑士五级勋章。

这项实验虽然已经过去了100多年,但是,由于傅科使用了简单的方法,证明了最根本的科学概念,它就像一座丰碑一样矗立在科学史上。直到如今,许多科学家还对它称赞有加,称它为十项最美丽的实验之一。

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