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：

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。

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。

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……

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。

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。