做个水钟

六年级科学 · 第四单元 第 3 课 · 虚拟实验
① 设计→② 制作→③ 测试→④ 改进→⑤ 拓展

选择水钟类型点按钮看动画

水 观察刻度（0–10 分钟） 计时游标

它们是怎么计时的？

两种水钟对比相同点 / 不同点

比较项泄水型受水型
看哪里上瓶（出水瓶）下瓶（接水瓶）
水位变化由高到低（下降）由低到高（上升）
0 分钟刻度画在上面（装满水处）画在下面（空瓶处）
10 分钟刻度画在下面（水快滴完）画在上面（水快接满）
共同点都是利用 水滴的等时性——水流动有时间规律，可以用来计量时间

想一想下一步的关键

水钟要准，最重要的是什么？
→ 必须让水均匀地、速度不变地往下滴。

可是一个瓶子里，水越多（水位越高），水压越大，滴得越快；水越少，滴得越慢。
这样做出来的水钟，计时会前快后慢。

怎么解决？ 去第 ② 步看看"稳水装置"吧！

组装台装 / 拆 实时对比

水 吸管（进气管） 恒定水位差 h

加装吸管稳水装置

未加装吸管 点一下，把吸管插进瓶盖

为什么吸管能让水滴均匀？马略特瓶原理

✗ 没装吸管

  • 瓶口小孔出水，瓶内水面不断下降
  • 出水口受到的水压 = 水面到出水口的高度 → 越来越小
  • 刚开始水多，水压大，滴得飞快
  • 后来水少，水压小，越滴越慢
  • 瓶内还会形成负压，水流一阵快一阵慢

✓ 装上吸管

  • 吸管下端插到水里，空气从这里源源不断进入瓶内
  • 吸管下端那一层水，压强始终等于大气压
  • 出水口受到的水压只由 h = 吸管下端到出水口的固定高度差 决定
  • 水面下降，但 h 不变 → 压强恒定
  • 所以水滴速度始终一样
关键词：恒定水位差。水面虽然在降，但"决定滴速的那段高度差"被吸管固定住了，这就是稳水的秘密。

装 / 拆 实时对比滴速变化

刚开始（0 分）
—
滴 / 分钟
第 3 分钟
—
滴 / 分钟
第 6 分钟
—
滴 / 分钟
第 10 分钟
—
滴 / 分钟
每分钟刻度间距对比（同样代表 1 分钟，长度越一致越准）

10 分钟计时测试待机

实际水位 理想水位（滴速均匀时应到） 水钟读数

实时数据

真实时间（秒表）
0.0
分钟
水钟读数
0.0
分钟
当前滴速
—
滴 / 分钟
此刻误差
0
秒（+快 / −慢）
点"开始测试"，让水钟走 10 分钟，看看它准不准。

水位变化曲线 & 滴速曲线

测试结果

指标结果评价
10 分钟计时——
最终计时误差——
刻度均匀程度——
滴速范围——
实测刻度间距（每一格 = 1 分钟，看疏密）
滴得快 → 这一分钟水位走得多 → 格子就宽（疏）。所以先快后慢的刻度是 前疏后密：泄水型看容器是上疏下密，受水型是下疏上密。
还没有测试数据。

任务目标三项全部达标才算成功

1
能计时 10 分钟水钟走完 0–10 分钟全部刻度
未达成
2
计时误差 < 10 秒10 分钟内偏差不超过 10 秒
未达成
3
刻度均匀每一格代表的真实时间基本相同
未达成
🏅
达标
完成三项任务后点亮

改进方案

✗ 问题：滴速不匀

  • 前 3 分钟：滴得太快，水钟走快了
  • 后面几分钟：越滴越慢，水钟又走慢了
  • 同样的 1 分钟，刚开始水位变化 大，后来变化 小
  • 所以等间距刻度根本对不上 → 刻度应该 前疏后密

✓ 改进：加稳水装置

  • 瓶盖插一根吸管当进气管
  • 固定住"决定滴速的水位差 h"
  • 滴速恒定 → 每格刻度一样长
  • 还可以：换更细的孔、用更粗的瓶子
  • 再测一次，误差就能降到 10 秒以内

测试记录对比自动记录

指标无稳水装置有稳水装置
走完刻度——
最终误差——
刻度间距——
滴速范围——
结论未测未测
两种配置各测一次，这里会自动对比。

科学记录单可以抄进作业本

我的水钟实验记录
水钟类型：—
稳水装置：—
10 分钟测试误差：—
刻度是否均匀：—

我的发现：—

小孔沉水碗古人的另一种水钟

它怎么计时？

已用时间
0.0
分钟
碗内进水量
0
%
下沉深度
0
%

碗底有个小孔，水会慢慢渗进碗里。碗里的水越多就越重，碗就一点一点往下沉。 等到碗口沉到水面以下，水一下子涌进碗里，碗就"咕咚"沉到底 —— 从放下到沉没，就是一段固定长的时间。

原理分析两个关键因素

① 浮力

  • 碗里有空气 → 整体比水轻 → 浮在水面
  • 水渗进来，空气被赶走，碗变重
  • 变重就要多排开水才能浮住 → 吃水变深
  • 碗越沉，排水体积越大，浮力跟着变大

② 渗水速度

  • 小孔越小 → 水渗得越慢 → 沉得越慢，计时越长
  • 孔的大小 = 水钟的"齿轮转速"
  • 孔固定、碗固定 → 沉没时间就固定
  • 和水钟一样：靠稳定的水流速度计量时间
我国古书里记载的"漏碗"就是这个原理。它也属于泄水型吗？ 其实它更像受水型 —— 我们看的是碗里"水越积越多"这个变化过程。

思考题

1. 如果给同一个碗换个更小的孔，沉没时间会怎么变？为什么？
2. 碗壁做更厚更重，沉没时间会变长还是变短？
3. 水面如果蒸发掉一些，计时还准吗？
4. 沉水碗和吸管稳水装置，都是想办法让什么保持稳定？

提示：1→更长（渗水慢）；2→变短（更容易超过浮力）；3→不准（水位变了，条件变了）； 4→让"水的变化速度"保持稳定。
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