第四单元 · 第 5 课

《机械摆钟》—— 摆的等时性

虚拟实验台:计时 · 探究 · 记录 · 检测
六年级 科学 控制变量法 约 1 课时

①摆动模拟器:数一数,每 10 秒摆几次?

把摆锤拉到一定角度松手,摆就开始摆动。虽然摆幅会慢慢变小,但每摆动一次用的时间几乎不变。

15° 摆绳 25 厘米 摆锤 50 克
来回摆动 1 次 = 1 次 摆幅逐渐减小 = 阻尼 看黄色弧线:当前摆幅
演示速度:
已计时
0.0秒
累计摆动次数
0次
摆的周期(来回一次)
1.00秒
提示:摆每经过最低点、回到起点方向算摆动 1 次。
0 – 10 秒
0
等待开始
10 – 20 秒
0
等待开始
20 – 30 秒
0
等待开始
30 – 40 秒
0
等待开始
点击【开始计时】,分段数一数摆动的次数,看看有什么发现。

②对照:真实的机械摆钟

三百多年前,伽利略发现了摆的等时性;后来惠更斯利用它造出了第一台摆钟。

12 3 6 9 钟 摆(秒摆)
--:--:--当前真实时间(指针匀速走动)
钟摆是一个「秒摆」:来回摆动一次正好 2 秒,每摆过半个来回,秒针就精准地走 1 格。
正因为同一个摆每摆动一次的时间基本相同(等时性),指针才会匀速前进 —— 这就是利用摆的等时性精准计时。

③参数探究:什么决定了摆的快慢?

用控制变量法:每次只改变一个条件,其他条件保持不变,看 30 秒摆动次数怎么变。

条件一摆绳长度

从悬挂点到摆锤中心的距离

25 厘米
10 cm(短)60 cm(长)

条件二摆幅大小

拉开的角度(松手后逐渐减小)

15 度
5°(小)30°(大)

条件三摆锤重量

点击切换不同质量的摆锤

50 克

只换摆锤,摆绳长度保持不变。

摆的周期(来回一次)
1.00 秒
30 秒摆动次数(实时)
30 次
1 分钟摆动次数
60 次

④实验记录表:多组数据求平均

科学实验中,同一个条件要重复测量 3 次取平均值,这样可以减小误差。数据可以直接修改。

序号摆绳长度摆幅摆锤 30 秒次数 ①30 秒次数 ②30 秒次数 ③ 平均次数操作
还没有数据。点击【记录当前设置】添加一行,再点 🎲 模拟测量。

⑤小测验:哪个摆摆得快?

判断摆的快慢,只看摆绳长度:摆绳越短 → 摆得越快;摆绳越长 → 摆得越慢。

安全与误差提示:真实实验中要 small 角度释放、避免摆锤碰到东西;计时用「来回一次算 1 次」。
本页为理想化模型(单摆小角度):周期 T = 2π√(L/g),因此与摆幅、摆锤质量无关;
模型取 g = π² ≈ 9.87 m/s²,故 25 厘米的摆周期正好 1.00 秒(30 秒约 30 次),便于分段计数。