教堂里的发现-伽利略发现钟摆
伽利略的钟摆原理是什么来的
伽利略的钟摆原理是什么来的
发现历史
1583年伽利略发现摆的等时性。
在意大利的比萨城里，有一个17岁的大学生伽利略，当时他正在学医。
无意中，他观察到悬在天花板上的挂灯微微晃动。
伽利略发现这个挂灯摆动逐渐平息的过程中，每次摆动所用的时间并不改变。
这一发现引起了伽利略的思考：是不是其他的摆动也跟吊灯相似，摆动一次的时间跟吊灯摆动幅度的大小没关系？吊灯的轻重又是否不影响摆动一次的时间呢？
回家后，他继续研究，发现并提出了单摆的等时性。
扩展资料：
摆的动力学
伽利略和惠更斯的工作使得人们对摆的运动学已有较充分的认识，并基本上确定了实验与理论相结合的研究 *** 。
但当时因数学的准备不充分，致使摆的动力学，即摆的运动与受力之间关系，尚不清楚。
直到自1687年牛顿的《自然哲学的数学原理》问世，才奠定了动力学发展的物理和数学基础，其中也专门论述了摆锤在真空和有阻力介质中的运动问题。
八年级物理摆的故事与启示
例2．做“研究影响摆球摆动周期的因素”实验时现有器材： 质量为10克和30克的摆球各一个，铁架台一套、夹子一个， 计时器和细线。下表是实验的数据记录
实验 次数 1 2 3 4 摆线长度 摆球质量 摆动幅度 (米 ) (克 ) 1 1 1 0.5 10 30 10 10 一拳宽 一拳宽 半拳宽 一拳宽
连续 摆动 次数
30 30 30 30
摆动 时间 (秒 )
60 60 60 42
摆动的 周期 （秒）
2 2 2 1.4
(1)试完成“摆动周期”一栏中空格的填写。 (2)分析比较第1次和第2次实验，可得出的初步结论是： 当 摆线长度 、 摆动幅度 相同时，摆动的周期 与 摆球质量无关 。
实验 次数 1
1.做一个摆，如图所示。
2.将摆球从中央静止的位置向侧面 拉开一拳宽的距离，然后放手， 观察摆球来回摆动一段时间。记 下观察到的现象。
3.怎样来比较摆动的快慢呢？
例：有一摆A每分钟来回摆动30次，周期是 多少？另一摆B 4分钟来回摆动100次,哪个摆 动得快？ 摆的周期越小(短)，摆动得 摆的周期越大(长)，摆动得 快 慢
1 、观察:观察是运用个种器官,并通过思考有目 的、有计划地去感知某个事物和事件的特征.
2、摆的等时性原理：“不论摆动的 幅度大些还是小些、摆球完成一次摆 动的时间是相同的。 3、摆的周期：摆球来回摆动一次的时间 称为周期。
用符号T表示 单位：秒
周期是用来表示摆动快慢的物理量。
4、控制变量法：当所要研究的物理量 可能与多个因素有关时，每次只让一 个因素改变，而保持其他因素不变， 这种科学研究问题的方法称为控制变 量法。
1. 许多科学发现源于 观察 。 2.科学探究必须提出 猜想 3.实验探究要用 科学的方法 。 4. 控制变量法 是伽利略研究摆的运动时 用到的主要的科学方法 。 5.如果所研究的物理量可能受 多个因素 影响时， 保持其他因素不变， 只改变其中一个因素，然后 用 实验 研究所研究的物理量与它之间的关系。 6.摆的周期是指 摆球来回摆动一次的时间 。 摆的周期越小,摆动得 快 。所以说周期是表 示 摆动快慢 的物理量。
伽利略单摆等时性的发现故事
有效课堂小记（研修点此）>研修总结>测量消失的光阴——单摆等时性的发现上传:涂继龙????更新时间：2012-5-189:13:41人类生活在时间的长河中，一直探索测量时间的方法．古人发明了用沙漏、水钟等测量时间的装置，到了17世纪还在沿用这种计时手段．1656年，惠更斯制造出人类历史上第一个摆钟，使人类对时间的测量进入崭新的时代．摆钟是利用单摆的等时性原理测量时间的．那么，单摆的等时性是如何发现的呢？下面就讲一讲这个故事．最初的发现1564年2月15日，伟大的物理学家伽利略出生于意大利比萨城的一个没落贵族家庭．他出生不久，全家就移居到佛罗伦萨近郊的一个地方．在那里，伽利略的父亲万桑佐开了一个店铺，经营羊毛生意．孩提时的伽利略聪明可爱，活泼矫健，好奇心极强．他从不满足别人告诉的道理，喜欢亲自探索、研究和证明问题．对于儿子的这些表现，万桑佐高兴极了，希望伽利略长大后从事既高雅、报酬又丰厚的医生职业，1581年，万桑佐就把伽利略送到比萨大学学医．可是，伽利略对医学没有兴趣，他却把相当多的时间用于钻研古希腊的哲学着作，学习数学和自然科学．伽利略（1564——1642）是一位虔诚的天主教徒，每周都坚持到教堂做礼拜．1582年的一天，伽利略到教堂作礼拜．礼拜开始不久，一位修理工人不经意触动了教堂中的大吊灯，使它来回摆动．摆动着的大吊灯映入了伽利略的眼帘，引起他的注意．伽利略聚精会神地观察着，脑海里突然闪出测量吊灯摆动时间的念头，凭着学医的经验，伽利略把右手指按到左腕的脉搏上计时，同时数着吊灯的摆动次数．起初，吊灯在一个大圆弧上摆动，摆动速度较大，伽利略测算来回摆动一次的时间．过了一阵子，吊灯摆动的幅度变小了，摆动速度也变慢了，此时，他又测量了来回摆动一次的时间．让他大为吃惊的是，两次测量的时间是相同的．于是伽利略继续测量来回摆动一次的时间，直到吊灯几乎停止摆动时才结束．可是每次测量的结果都表明来回摆动一次需要相同的时间．通过这些测量使伽利略发现：吊灯来回摆动一次需要的时间与摆动幅度的大小无关，无论摆幅大小如何，来回摆动一次所需时间是相同的．即吊灯的摆动具有等时性，这就是伽利略最初的发现．伽利略的脉搏仪伽利略带着初次发现的喜悦回到自己的房间，但是他并没有就此罢休．伽利略是一位十分认真又喜欢研究问题的人，根本不会满足只从一次实验中得到的结果．对于自然现象，他总是反复进行实验研究，通过严密推理探索客观规律，对单摆规律的研究也是如此．伽利略回到房间后，到处寻找实验所需要的东西．他找来丝线、细绳、大小不同的木球、铁球、石块、铜球等实验用品，在他的桌子上堆满了这些“乱七八糟”的东西．伽利略用细绳的一端系上小球，将另一端系在天花板上，这样就做成了一个单摆．用这套装置，伽利略继续测量摆的摆动周期．他先用铜球实验，又分别换用铁球和木球实验．实验使伽利略看到，无论用铜球、铁球，还是木球实验，只要摆长不变，来回摆动一次所用时间就相同．这表明单摆的摆动周期与摆球的质量无关．可是，摆动周期是由什么决定的呢？伽利略继续从实验中寻找答案．伽利略首先做了两个摆长完全相等的单摆测量它们的周期，测量结果使他看到这两个单摆的周期完全相等．他又做了十几个摆长不同的摆，逐个测量它们的周期．实验表明：摆长越长，周期也越长．在实验基础上通过严密的逻辑推理，伽利略证明了单摆的周期与摆长的平方根成正比，与重力加速度的平方根成反比．这样，伽利略不但发现了单摆的等时性，而且发现了决定单摆周期的因素．伽利略是一位善于解决问题的科学家．发现了单摆的等时性，他就提出了应用单摆的等时性测量时间的设想．此时伽利略想到医生治病时经常需要测量病人脉搏跳动的快慢，只凭经验测量往往出现较大误差．能不能用单摆计时测量脉搏呢？于是伽利略亲自制作了一个标准长度的单摆测量脉搏的跳动时间，使用这种装置测量比原来准确得多．于是伽利略建议医生诊脉时使用这种装置，不久这种装置在当时医学界就十分流行了．这就是世界上最早的“脉搏仪”，它是伽利略为医学做出的一个重要贡献．单摆的等时性有许多重要应用．譬如，由于地球上不同地区的纬度和海拔高度不同，各地的重力加速度就有差异．用标准长度的单摆，测出它在某地的摆动周期，就能够求出该地区的重力加速度．再如，重力加速度的大小与该地区的地质结构密切相关，地下矿藏分布会引起它的微小变化．因此，通过测量重力加速度可以发现地下矿产资源，这种方法叫重力探矿，在这一领域单摆也发挥着重要作用．摆钟的诞生单摆等时性的发现，奠定了制造摆钟的坚实基础，为人类更加精确地测量时间开辟了道路．伽利略就曾经提出利用单摆的等时性制造钟表，并且让他的儿子维琴佐和维维安尼设计了制造钟表的图纸，但是，他们却没有把钟表制造出来．荷兰物理学家惠更斯继续了伽利略摆的研究工作，终于制造出摆钟，使伽利略制造钟表的设想变为现实．惠更斯是和牛顿同时代的物理学家．1629年4月14日，他出生于海牙的一个政府要员之家．惠更斯年轻时就进入莱顿大学学习，受到了良好的教育．惠更斯具有出众的数学才能，在自然科学领域做出许多重大贡献，其中光的波动学说就是他创立的．惠更斯最出色的物理工作之一是对摆的研究，他建立了摆运动的数学理论．惠更斯在重复伽利略的实验时发现，单摆的等时性只是近似成立，当摆动幅度增大时，摆的周期就会变化．惠更斯通过精心研究从理论上证明，真正等时的摆，摆动轨迹是一条摆线．他通过严密的数学计算得到，要使摆动轨迹成一条摆线，单摆摆动时就必须按照一定的规律改变摆线悬点的位置．于是，惠更斯用实验寻找改变悬点位置的途径．有一次，他用半圆形的两块金属板夹住单摆的悬点时，观察到单摆摆动时悬点的位置可以改变，这时他高兴极了．可是，反复实验之后却又发现，改变悬点位置的规律还不能达到预期要求．于是惠更斯一方面进行计算，一方面改变夹板的形状做实验．大量实验之后他终于发现用两块摆线状金属板，面对面夹住摆线，这样摆就完全保持等时性．惠更斯把这个设计用于制造摆钟，在解决了一系列技术问题之后，1656年他制造出人类有史以来第一个摆钟．惠更斯把制造的“有摆落地大座钟”献给了荷兰政府．1657年，他取得了摆钟的专利权．摆钟的诞生标志着人类对时间的测量进入崭新阶段，从此，人类更加明确地建立起时间观念，社会生活也更加具有节奏．自从摆钟问世以来，人们不断改变钟表的制造技术，使它的精密度越来越高．1929年，马里逊发明了石英钟，使测量时间的准确度提高到每天只差0.001秒．现在人类不仅生产出美观大方、各式各样的机械钟和石英钟，而且还制造出几百万年只差1秒的原子钟．随着科学技术的不断进步，测量时间的精确度还在不断提高．。
科学故事：摆钟的发现
摆钟的发现
摆的等时性的发现，无论是对早期的“摆钟”，还是对现代的机械钟都有着极其重要的意义，它的发现还有一段有趣的故事呢。
意大利科学家伽里略注意到，固定在天花板上同样长度的两个链条下面挂着的两盏巨大的青铜吊灯，被微风吹动以后，来回摆动的时间好像一样长。
伽里略凝视吊灯，几乎忘记了周围的一切。
奇怪，为什么大小和重量都不相同的两盏灯，只有灯链的长度一样，它们来回摆动的时间就一样呢?伽里略抓住这个现象不放，他反复地研究和实验。
最后，终于得出了一个结论，即伽里略单摆定律：摆的快慢与摆锤的大小和重量无关，主要取决子摆长。
世界上第一个做出摆钟的人，是天才的荷兰科学家惠更斯（荷兰物理学家、天文学家和数学家）。
在惠更斯制造的摆钟里，单摆的摆动不需要其他装置驱动，而主要靠重力驱动。
这样就可以大大提高时钟的精确度。
当然，摆钟里的摆杆是金属制品，它的热胀冷缩将影响摆的周期。
由实验知道，100米长的不锈钢金属杆，在温度变化
5．6℃时，会使一天的时间减慢2．5秒钟。
不同的金属还有不同的膨胀系数。
随着这些问题的发现和逐步解决，大约到17世纪，摆钟就已经相当完善了，它在一个星期里的计时误差只有几秒钟。
摆钟开辟了精确计时的新时代。
伽利略对摆动的研究的过程
伽利略对摆动的研究的过程哎，今天咱们聊聊伽利略和他的摆动研究。
说起伽利略，大家脑海里是不是浮现出一个穿着长袍，手里拿着望远镜的老头儿？对，没错！这个老家伙可是科学史上的大咖，简直就是“牛人”中的“牛人”。
他可不光是搞天文学的，还是物理学的开创者之一呢。
话说回来，伽利略的摆动研究真是个有趣的话题，今天就来唠唠。
伽利略可是在16世纪末、17世纪初那个年代里的摇滚明星，大家都在瞧他呢。
他在意大利的比萨城，一开始可是在教堂里当小助手，嘿，结果发现了一个有意思的事情。
有一天，他看到教堂里的吊灯在摆动，心里想着，这玩意儿怎么老是摆来摆去的呢？你说奇怪不奇怪？就这样，他就开始琢磨这个吊灯的“秘密”。
想想看，一个吊灯居然能引发这么大的科学革命，真是有点儿匪夷所思。
于是伽利略开始了他的实验，他用心算了算，结果发现这个摆动的周期跟摆动的幅度没啥关系。
简直就是“哎呀，我的天”，这可让他兴奋得不行。
他觉得，时间只和摆动的长度有关。
就像咱们说的，“只问自由，不问出路”，伽利略在这个问题上越陷越深，最后简直像个孩子一样，兴致勃勃地实验个不停。
你看，他用简单的钟摆实验，竟然发现了“等时性”这个概念。
也就是说，不管你摆得多大，时间都差不多，这可不是随便说说的。
想象一下，那时候的科学家们个个都是呆萌，伽利略就像个打破常规的小伙伴，把大家的认知都刷新了。
他甚至用自己的脉搏来测量时间，真是个奇才，咱们现代人都得甘拜下风。
伽利略不仅仅停留在吊灯上，他的思维可真是“千里之行，始于足下”。
他还用球体和斜面做了很多实验，尝试找出重力对摆动的影响。
你知道吗，伽利略居然用简单的坡道和球体，搞出了许多令人惊叹的结论。
他用科学的态度，反复实验，终于明白了运动的规律，真的是“不怕慢，就怕站”。
不过，伽利略的研究路上可不是一帆风顺，像极了“风雨兼程”的感觉。
他的理论和当时的教会可谓是针尖对麦芒。
教会可不乐意，觉得他在挑战上帝的权威，真是让他受尽了压力。
善于反思的例子 伽利略发现钟摆原理牛顿发现万有引力
善于反思的例子伽利略发现钟摆原理牛顿发现万有引力
善于反思的例子：伽利略发现钟摆原理与牛顿发现万有引力
在我们的生活中，善于反思是一种非常重要的品质。
对于科学家来说，反思更是推动他们探索未知、发现真理的关键因素。
在这里，我们以伽利略和牛顿为例，看看他们如何通过反思取得了重要的科学成果。
首先，我们来了解伽利略发现钟摆原理的过程。
伽利略是一位意大利物理学家和数学家，他对科学的贡献是无法估量的。
在他的研究过程中，他始终保持着善于反思的品质。
有一次，伽利略在教堂里看到吊灯摇摆，他产生了浓厚的兴趣。
通过观察和反思，他发现钟摆的摆动速度与摆长有关，这一发现成为了钟摆原理。
这一原理在当时引起了极大的轰动，为后来的物理学研究奠定了基础。
另一位善于反思的科学家是英国著名物理学家牛顿。
他在物理学领域取得了举世瞩目的成就，其中最著名的便是发现了万有引力定律。
牛顿在研究行星运动规律时，反思了开普勒等人的理论，并结合自己的研究成果，提出了这一伟大定律。
万有引力定律揭示了物体间引力的普遍规律，对科学的发展产生了深远的影响。
从伽利略和牛顿的例子中，我们可以看到反思在科学发展中的重要作用。
善于反思使他们在研究过程中能够发现问题、解决问题，最终取得突破性的成果。
同时，他们的例子也启示我们在学习和工作中，要养成反思的习惯。
只有通过不断地反思，我们才能在错误中成长，找到问题的症结，不断提高自己的能力。
总之，善于反思是一种难能可贵的品质。
无论是在科学研究还是日常生活中，我们都应该学会反思，以此来推动自己的成长和进步。
伽利略对摆的研究
伽利略对摆的研究 据说在1583年，年轻的伽利略在比萨教堂祈祷时，被那盏从教堂顶上悬挂下来的大油灯〔长命灯〕的来回摆动所吸引。
他发现油灯的摆动很规那么，那时还没有能准确计量时间的钟表，于是伽利略以他自己的〝表〞——即他的脉搏的跳动——来计算油灯摆动的时间。
他发现，不论油灯的摆幅是大是小，摆动一个来回所需时间几乎相同。
发现单摆的摆动周期与振幅无关，这是伽利略对物理学的一个贡献。
后来他又通过更精确的实验得出，摆的振动周期与摆长的平方根成正比。
荷兰的惠更斯〔C、Huygens，1629—1695〕对摆的研究取得了最突出的成果，他的研究是与当时要解决精密钟表的结构问题相联系的。
随着航海事业的迅速发展，如何精确测定船舶位置成为一个极其重要的问题。
除了用天文观测的方法外，精确计时的方法也是一种常用的方法。
长时间以来，人们知道要解决这个问题必需有两只钟，一只记录本地时间，另一只那么记录零度子午线时间，且两钟都必须精确计时。
当时，走时较准确的是摆钟，为了设计更精确的摆钟，首先要求制造一种摆动准确等时的摆，而不是像单摆那样近似等时的摆。
惠更斯找到的解决办法是：摆动点的轨迹应是一段摆弧而不是一段圆弧。
他发现可以通过悬丝在两片摆线夹板之间运动来实现。
由于真正的摆并不是一个数学摆〔一个质点悬挂在一条数学线上〕，而是一个绕着水平轴旋转的物理摆。
于是惠更斯着手研究如何用给定的物理摆去确定等时摆动的数学摆的长度。
为此，他引进了惯性矩概念。
他还发现了物理摆的悬挂点与摆动点的可互换性。
1658年，出版了«钟表论»一书。
1673年，惠更斯的«摆钟»出版。
书中，既研究了摆钟本身，又进一步系统地研究了以摆钟为基础的各种各样的理论。
相关信息：爱因斯坦谈伽利略的贡献伽利略科学研究方法探究实验与观察的针锋相对---亚里士多德与伽利略的论战。
钟摆的秘密解析
答案： 1.齿轮 2.摆动次数相同 3. 摆臂 摆捶 4.摆长越短 5.相同 6.荷兰天文学家、数学家、物理学家。 7.惠更斯 8. 伽俐略 9.摆的摆动具有规律 问答题 1.摆线的长度 2.调整摆长稍短一些
次(分钟)
100 90 80 70 60
10
15
20
25 摆长(厘米)
活动：做个“钟摆” 这个活动中要让学生制作一个每分钟能够摆动
60次的摆。在制作前学生要进行思考，每分钟 摆动60次的摆估计金属片应该调整在哪个位置。
这个活动与前面测量金属圆片放置在10厘米、 20厘米、30厘米处的摆动周期的活动联系起来。 对这三组数据进行比较，引导学生确定一个预测 的数值，经过调试，制作成每分钟摆60次的摆。
钟摆的秘密
究究为什么 迟到了？
探探家 的钟表
究究家 的钟表
摆钟的内部结构：
想想摆在摆钟里起 到什么样的作用？
摆钟发明于1657年，用摆锤 控制其它机件，使钟走的快慢均 匀，一般能报点。它是以伽利略 发现的摆的摆动具有规则性这个 原理为基础而发明的。
钟摆可以永远摆下去,但由于 阻力存在,它的摆动会逐渐减小, 最后停止.所以要用发条来提供能 量使其摆动。
摆的组成 摆线
摆锤
什么叫摆动一次？
摆在摆动时，摆出 去，再回来，叫摆 动一次。
注：在幻灯片 的效果下，摆
可以摆动
摆臂
摆锤
观察摆钟，认识摆。
你发现了什么？ 两个摆在一定的时间内摆动 的次数一个多一个少，说明 摆的速度不一样，那么摆的 快慢与什么有关呢？
同一个摆每分钟摆动的次数是相同 的——摆的等时性。摆幅对摆每分 钟摆动次数的影响不大。
该如何调整究 究家的摆钟？
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教堂里的发现——伽利略发现单摆
1582年的一个礼拜天,18岁的伽利略漫不经心地走进比萨的一座圆顶天主教堂。
这位充满奇异想法的年轻人,随时都在用他锐利的目光,搜寻着大自然中的“?”。
教堂里响起和谐悦耳的管风琴乐曲,开始做礼拜了。
男男女女整齐地跪满一地,祈祷和唱赞美诗的声音轻轻飘荡……挤在教徒中间的伽利略却被悬挂在教堂半空的一盏吊灯吸引住了。
微风一吹,吊灯来回摆动,随着时间的流逝,摆动的幅度也逐渐减小。
只见伽利略右手按着左手的脉搏,嘴唇不时微微开启。
别人以为他在虔诚地默祷,谁会想到摆动的吊灯此时已经成了他头脑中的“上帝”。
他惊异地发现,无论吊灯摆动的幅度或大或小,摆动一次所用的时间总是相等的。
教堂里的吊灯不知道摇摆了多少年,看见的人成千上万,大家除了赞赏它的华丽以外,谁也没有看出它有什么奇特的地方。
才智过人的伽利略,却从吊灯摆动中发现了新的奥秘。
回家后,伽利略找了一根绳子和一块大铁片。
他把铁片绑在绳子末端,再把绳子的上端挂在屋子的横梁上,让它摆动。
然后,他计数着铁片摆动的次数,发现它摆动得比他的脉搏慢。
“我的脉搏每分钟跳72次,”他自言自语道,“如果我用一根短一点的绳子,铁片也许会摆动得快一点。
”于是,他又做了试验。
这一回挂着铁片的绳子每分钟正好摆动72次,不多也不少。
“这会有助于医生的诊断的。
”伽利略想道。
于是,伽利略就想做一架测脉搏的仪器。
他经过反复地试验,不断地改进,几天之后,测脉搏的小仪器便做成了。
伽利略拿着这个小仪器去给医学院的老师看。
“这是什么?”老师问道。
“这是一架帮你测定病人脉搏的仪器。
”伽利略边回答,边示范。
你把这根细绳绕在仪器的顶端,把铁片固定在绳的下端,把它斜拉过来,然后放手让它摆动。
绳子上有个标记,当它对准贴在仪器的刻盘上的某个数字时,就表示绳子每分钟摆动几次。
比如,当标记对准数字72时,绳子就每分钟摆动72次;如果绳上的标记对准数字80时,绳子就摆动80次。
你要让绳子摆动得快一些,就让它缩短一些,这只要把绳子在顶端多绕几圈就行了;相反,你要绳子摆得慢,就让它放长一些,这只要把绕在顶端的绳子放出几圈就行了。
不过,要注意,绳子必须不碰到它背后那刻盘以及其他东西,否则就不准了。
还有,当绳子摆动时不能挪动仪器。
听了伽利略一番介绍,老师感到很高兴。
因为利用这种仪器,医生就能迅速、正确地测定病人的脉搏。
当然,这玩艺儿虽然能测脉搏却不能计时,因为一则它的精度不够,二则它没有一套传动进位机构,使得60秒能进为1分,60分能进为1小时。
尽管有种种不足,伽利略的发现还是有重大意义的。
因为在地球引力作用下,摆的这种来回往复的运动具有等时性,是制造精密的摆钟的基础。
制造精密的摆钟的难题,后来由荷兰物理学家惠更斯解决了。
1667年,惠更斯利用伽利略发现的摆的等时性原理,制造了一座带有钟摆的时钟。
从那时以来,人们不断改进钟表的制造技术,到1758年,英国天文学家布莱德雷制造的钟一天24小时只相差0.1秒。
今天,最精确的原子钟几百万年只相差1秒。