小学科学 · 六年级上册 · 第四单元 第 6 课

制作钟摆・控制变量实验

用控制变量法，先研究摆绳长度和摆锤质量对摆动快慢的影响，再亲手做出一个"每分钟正好摆动 60 次"的摆。

单摆周期 T = 2π√(L/g)，g 取 9.8 m/s²
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探究一：摆绳长度会影响摆动快慢吗？

改变的条件：摆绳长度
每组实验自动重复 3 次，取平均值，尽量减少误差。
保持不变： 摆锤 1 个（50 克） 摆角 15° 计时 30 秒 改变： 摆绳长度 长 / 中 / 短
探究一 实验装置
① 选择摆绳长度
② 开始计时（30 秒 × 3 次）
提示：高倍率下摆的动画会适当放慢，便于看清摆动；计时严格按所选倍率进行。
已摆动
0
次
剩余时间
30.0
秒
本组平均
—
次 / 30 秒
请选择摆绳长度，然后点击"开始本组实验"。
三次测量记录
第 1 次 — 第 2 次 — 第 3 次 — 平均 —
③ 三组平均值对比（单位：次 / 30 秒）
✓
实验结论：摆绳越短，摆动越快。 摆绳越短，摆完成一次往返摆动用的时间越少，30 秒内摆动的次数就越多；摆绳越长，摆动越慢。所以——摆动快慢与摆绳长度有关。
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探究二：摆锤质量会影响摆动快慢吗？

改变的条件：摆锤质量
摆绳长度固定为 25 厘米（中绳），只改变挂几个摆锤。
保持不变： 摆绳 25 厘米 摆角 15° 计时 30 秒 改变： 摆锤个数 1 / 2 / 3 个
探究二 实验装置
① 选择摆锤个数
② 开始计时（30 秒 × 3 次）
提示：高倍率下摆的动画会适当放慢，便于看清摆动；计时严格按所选倍率进行。
已摆动
0
次
剩余时间
30.0
秒
本组平均
—
次 / 30 秒
请选择摆锤个数，然后点击"开始本组实验"。
三次测量记录
第 1 次 — 第 2 次 — 第 3 次 — 平均 —
③ 三组平均值对比（单位：次 / 30 秒）
✓
实验结论：摆锤质量不影响摆动快慢。 挂 1 个、2 个还是 3 个摆锤，30 秒内的摆动次数几乎相同（差异只是测量误差）。摆的快慢只与摆绳长度有关，与摆锤轻重无关。
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制作任务：做一个每分钟摆动 60 次的摆

工程挑战
利用探究一的结论，通过"加长 / 缩短摆绳"反复微调，让摆每分钟正好摆动 60 次（也就是 1 秒摆 1 次）。
你的作品
55
次 / 分钟　（目标 60 次）
当前摆绳长度：30 厘米　·　周期 1.10 秒
太慢了 —— 需要缩短摆绳
调整次数
0
与目标差
-5
状态
调试中
每次点击调整 1 厘米。摆绳越短摆动越快，越长摆动越慢。摆绳可调范围 10～60 厘米。
次数摆绳长度每分钟摆动与目标差结果
还没有调整记录，点击上方按钮开始调试吧。
💡 工程师的小窍门 不要一次调太多！先大幅接近目标，再用 1 厘米逐步微调，每调一次就测一次——这叫"迭代调试"，真正的工程师也是这么做的。
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实验数据记录表

自动记录
所有实验数据都会自动填写到这里，平均值自动计算。
摆绳长度第 1 次第 2 次第 3 次平均值（次/30秒）换算：次/分钟
暂无数据，先去完成探究一吧。
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科学史与生活里的摆

拓展阅读
摆的发现与应用
约 1583 年 · 意大利比萨

伽利略发现摆的等时性

传说年轻的伽利略在比萨大教堂做礼拜时，注意到被风吹动的吊灯来回摆动。他用自己的脉搏计时，发现：吊灯摆动的幅度越来越小，但往返一次所用的时间却几乎不变。这就是摆的等时性。

1602 年前后

伽利略用实验验证规律

他反复做实验后发现：摆的周期只与摆绳长度有关，与摆锤轻重、摆动幅度（角度较小时）无关——正是同学们刚刚"重新发现"的两条结论。

1656 年 · 荷兰

惠更斯发明机械摆钟

科学家惠更斯把摆的等时性用在了计时上，造出世界上第一台实用的机械摆钟，把一天的误差从十几分钟缩小到十几秒，人类从此有了精准的时钟。

今天

从钟摆到石英钟、原子钟

虽然现在的钟表大多不用摆了（用石英晶体或原子振动计时），但"用稳定的周期性运动来计时"这个思路，仍然来自几百年前那只摆动的吊灯。

生活里的摆
秋千
坐板就是摆锤，绳子越长荡得越慢
节拍器
上下移动摆锤上的砝码，就能改变速度
摆钟
下面的摆左右摆动，控制齿轮匀速转动
摇篮
弧形底座像一个大摆，轻轻一推就摇很久
🔬 什么是控制变量法？ 每次只改变一个条件，其他条件全部保持不变，才能确定结果是不是由它引起的。 探究一只改摆绳长度，探究二只改摆锤质量——这就是控制变量法。
🤔 想一想 秋千上坐一个大人或坐一个小孩，荡一个来回用的时间会明显不同吗？为什么荡得高一点也不会快很多？ （提示：答案就在探究二和"等时性"里。）