“做一個鐘擺”實驗改進(jìn)

浙江省紹興市上虞區(qū)長塘鎮(zhèn)中心小學(xué)(312352) 許水勇

1 原實驗不足

在做“擺長怎樣影響擺動次數(shù)”的實驗中,教材的設(shè)計是用金屬圓片在木條(或塑料棒)上固定的位置不同,研究其對擺動的快慢是否有影響(見圖1)。提供給學(xué)生的木條要直,粗細(xì)大小也要一樣。固定的金屬片可以用易拉罐底部的金屬圓片制成,要做到學(xué)生能夠自由移動,比較容易控制擺長。

教材中的實驗設(shè)計主要有以下問題。

(1)易拉罐底部的金屬圓片質(zhì)量較輕,對木條重心的影響不大,導(dǎo)致得出的實驗數(shù)據(jù)差別有限。

(2)實驗中要求金屬圓片分別掛在10cm、20cm、30cm 處,但由于木條上沒有刻度,因此操作起來不是很方便。

(3)金屬圓片的固定有一定的難度。

(4)金屬圓片邊緣比較鋒利,容易刮傷學(xué)生。

2 實驗改進(jìn)

針對以上實驗設(shè)計暴露出的一些問題,筆者進(jìn)行了一些改進(jìn),將木條改成了30cm 長的鋼尺,金屬圓片換成了2個約45g的環(huán)形磁鐵,分別對齊吸附在鋼尺的正反兩面(因為鋼尺本身較重,所以要用2 個磁鐵來改變鋼尺的重心),如圖2 所示。此改進(jìn)的主要優(yōu)勢是鋼條有刻度,長度計量方便;磁鐵能吸在鋼條上面,且能自由移動不掉下來。

圖1 教材實驗裝置

圖2 改進(jìn)后的實驗裝置

3 實驗器材

鐵架臺1個、30cm 的鋼尺1把、約45g的環(huán)形磁鐵2個、棉線、秒表、夾子(固定棉繩用)等。

4 實驗步驟

(1)不掛磁鐵,記錄15s內(nèi)鋼尺擺動的次數(shù),實驗重復(fù)3次。

(2)把磁鐵吸附在鋼尺0cm 處(環(huán)形磁鐵的圓心對準(zhǔn)0cm 刻度處),記錄15s內(nèi)鋼尺擺動的次數(shù),實驗重復(fù)3次。

(3)把磁鐵吸附在鋼尺10cm 處(環(huán)形磁鐵的圓心對準(zhǔn)10cm 刻度處),記錄15s內(nèi)鋼尺擺動的次數(shù),實驗重復(fù)3次。

(4)把磁鐵吸附在鋼尺20cm 處(環(huán)形磁鐵的圓心對準(zhǔn)20cm 刻度處),記錄15s內(nèi)鋼尺擺動的次數(shù),實驗重復(fù)3次。

5 實驗效果

實驗改進(jìn)后,數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的規(guī)律很明顯：重物越靠下,擺速就越慢,重物越靠上,擺速就越快。引導(dǎo)學(xué)生分析,把磁鐵吸在鋼尺的上面,鋼尺的重心發(fā)生了變化,擺長也隨之改變。磁鐵往上移,擺長變短,擺速變快;磁鐵往下移,擺長變長,擺速變慢。由此理解擺長對擺動快慢的影響。

教材的第二個活動是做一個每分鐘正好擺動60次的擺。根據(jù)上面的經(jīng)驗,學(xué)生猜測,把磁鐵掛在20cm刻度處,60s正好擺動60次,真的是這樣嗎?學(xué)生測試后,發(fā)現(xiàn)有不同程度的偏差,那么磁鐵的位置該怎么調(diào)整呢? 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際情況移動磁鐵,如擺動大于60次,則磁鐵往下移,如擺動小于60次,則磁鐵往上移。反復(fù)測試,最后確定位置。

總之,此實驗改進(jìn)材料簡單,操作方便,數(shù)據(jù)呈現(xiàn)明顯。