初中物理 摆的故事和启示
摆的故事和启示
摆的故事和启示
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一，伽利略发现摆的等时性
伽利略·伽利雷Galileo Galilei 意大利物理学家、天文学家、哲学家，近代实验科学的先驱者。
其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白尼的日心说。
当时，人们争相传颂：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。
今天，史蒂芬·霍金说，“自然科学的诞生要归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及。
”
•摆的周期：摆球来回摆动一次
的时间
摆绳长度摆球质量
摆的周期摆动幅度
1）当摆球质量和摆绳长度不变时，摆动幅度和摆动周期无关
2）当摆动幅度和摆绳长度不变时，摆球质量和摆动周期无关
3）当摆动幅度和摆球质量不变时，摆绳长度和摆动周期有关
单位：秒用符号T表示
有一天，一只老钟对一只小钟说：“你一年里要摆525600下啦。
”
小钟吓坏了，说“哇，这么多，这怎么可能？！我怎么能完成那么多下呢！”
这时候，另一只老钟笑着说：“不用怕，你只需一秒钟摆一下，每一秒坚持下来就可以了。
”
小钟高兴了，想着：一秒钟摆一下好像并不难啊，试试看吧。
果然，很轻松地就摆了一下。
不知不觉一年过去了，小钟已经摆了525600下！
明明终于做了这个决定，勇敢向爸爸坦白自己是gay的事实，“爸爸，你知道同性恋吗，其实…”，
爸爸一眼看穿我的心思，吐出闷在嘴里的烟，
泯灭烟头：“儿子，你妈身体不好，这事就别跟你妈说了，我明天就跟你刘叔断绝关系你替我保密好吗？”。
摆的故事和启示
摆的故事和启示
摆的故事和启示：
摆是一个可以展现种种力学现象的实验仪器，一个钟摆，一会儿朝左，一会儿朝右，周而复始，来回摆动；钟摆总是围绕着一个中心值在一定范围内作有规律的摆动。
伽利略（Galileo Galilei）在1581年，偶然发现教堂的吊灯随风摆动，便用自己的脉搏作为参考来测量摆动的频率。
他发现吊灯摆动的幅度越大，速度越快；幅度越小，速度越慢。
但一来一回的时间固定不变。
他回到家中，用一根绳子绑住一个铁球挂在高处，把铁球拉到一定的高度然后放开，铁球划过一条弧线，到了另一边同样的高度后折回。
拉起的高度不同，铁球的速度也不同，但一去一回的时间总是一样的。
他仔细研究，发现了摆的原理：摆的运动周期T与摆的长度L的平方根成正比。
这个理论还可以从蛇形摆中得到证明：把一系列重量相同但长度不同的摆挂在一起，让这些摆同时运动，运动周期的不同可以很容易地看出来。
上海初二物理讲义(1)长度(1)
嘉定2014暑期八年级物理资料-1序言让我们起航—长度《摆的故事和启示》事情发生在400多年前的意大利比萨，年轻的伽利略当时正在比萨大学学习。
有一天，伽利略在教堂内做弥撒。
教堂穹顶上挂着的吊灯不停地来回摆动，这本是司空见惯的现象却引起了伽利略的注意，他被吊灯摆动的节律性吸引住了。
伽利略看到出了神，尽管吊灯摆动的幅度越来越小，但每摆动一次的时间似乎是相等的。
这个现象令他大为惊奇，于是他决定仔细地观察。
他记得医学老师讲过，脉搏的跳动是有规律的，于是，他一面按住手腕数脉搏跳动的次数，一面注视着灯的摆动。
果然不错，灯每往返一次摆动的时间完全相同。
接着，又一个疑问冒了出来：假如吊灯受到强风吹动，摆得高了些，它每摆动一次的时间还是一样吗？回到宿舍，伽利略模仿吊灯开始了实验，他把铁块固定在绳子的一端后挂起来，将铁块从竖直位置向侧面拉开不同的距离，仍用脉搏测量摆动的时间。
实验结果证明他最初的假设是正确的，即“不论摆动的幅度大些还是小些，完成一次摆动的时间是相同的”。
在物理学中这叫做摆的等时性原理。
直到今天仍在使用的各种机械摆钟，都是根据这个原理制成的。
发现摆的等时性后，伽利略决定继续研究下去。
他换用不同质量的铁块系在绳端作为摆锤，结果发现，只要绳子的长度一样，摆动一次的时间并不受摆锤质量的影响。
随后伽利略又猜测：如果将摆绳缩短，摆是否会摆动得快些？于是他固定摆锤的质量，改变摆绳的长度进行实验，结果也证实了他的猜测：摆绳越短，摆动一次的时间就越短。
多年之后，荷兰物理学家惠更斯找到了摆的周期与摆长之间的定量关系。
又过了100多年，牛顿发现了万有引力定律，摆的等时性终于从理论上得到了圆满的解释。
根据以上的原理，人们制造出了摆钟，之后又制成了各种各样的钟表。
思考：1．研究物体等时性运动现象的著名科学家是2．伽利略在研究单摆的运动中先后提出个假设或猜想，分别是________________________________ 3. 探究物理规律可以有很多方法。
摆的故事和启示
• 1656 年惠更斯利用摆的等时 性制成摆式钟。
摆的故事和启示
你知道伽利略吗？
生平简介：(1564～1642) ----意大利天文学家、力学家、哲学家。 近代物理学之父 ①力学 伽利略是第一个把实验引 进力学的科学家，例如公开进行的 比萨斜塔实验上。
②天文学 他是利用望远镜观测天 体取得大量成果 的第一位科学家。 这些成果包括：发现月球表面凹凸 不 平，木星有四个卫星（现称伽利 略卫星），太阳黑子和 太阳的自转， 金星、木星的盈亏现象以及银河由 无数恒 星组成等。他用实验证实了 哥白尼的“地动说”，彻底 否定了 统治千余年的亚里士多德和托勒密 的“天动说”。
D 、摆幅和摆球的质量，摆长不变，改变摆球 的形状
4、为了研究摆动的快慢与摆球质量的关系，应 选用（A ）
A、摆球的摆动幅度和摆线长度相同而摆球质量 不同的摆球 B、摆球的质量和摆线长度相同而摆动幅度不同 的摆球 C、摆球的质量和摆动幅度相同而摆线长度不同 的摆球 D、摆球的质量，摆动的幅度和摆线的长度都相 同而体积不同的摆球
2、同一摆球摆动的快慢与摆动的幅度的关系是 （D ）
A 摆动幅度越大，摆动越快
B 摆动幅度越大，摆动越慢 C 摆动幅度越小，摆动越快 D 摆动幅度不影响摆动快慢
3 、为了探究摆动的周期与摆线长度的关系， 应保持（ C ） A、摆长和摆球质量不变，改变摆动的幅度 B、摆长和摆幅不变，改变摆球的质量 C、摆幅和摆球质量不变，改变摆线的长度
摆动周期与哪些因素有关
探究了摆动幅度 、 摆球质量、摆线长 度对摆动快慢（周期）的影响。 控制变量法：把多因素的问题变成多个单因素 的问题，只改变其中的一个因素，从而研究这 个因素对事物的影响，分别加以研究，最后在 综合解决，这种方法就叫做控制变量法（物理 实验中比较常用的科学研究方法）。
摆的故事
摆锤质量 连续摆动10 连续摆动 次的时间(秒) 次的时间 周期T（秒）
很大
较大
较小
不论摆锤质量大些还是小些， 摆锤质量大些还是小些 不论摆锤质量大些还是小些， 结论： 结论： 完成一次摆动的时间是相同 完成一次摆动的时间是相同 的。
研究问题： 研究问题： 研究摆的周期与摆线长 度的关系： 度的关系： 研究方法： 控制变量法： 研究方法： 控制变量法： 控制量： 控制量： 摆锤质量, 摆幅 摆锤质量
1 1 1 1.5
1 2 3 4
0.1 0.2 0.1 0.1
0.2 0.2 0.4 0.4
1.0 1.0 1.0 1.5
20 20 20 30
分析序号1与 可得出初步结论 可得出初步结论: 分析序号 与2,可得出初步结论 无关 在摆的质量与摆线长相同时,摆球摆动的快慢与摆幅 在摆的质量与摆线长相同时 摆球摆动的快慢与摆幅 分析序号1与 可得出初步结论 可得出初步结论: 分析序号 与3,可得出初步结论 摆锤质量 在摆幅与摆线长相同时,摆球摆动的快慢与 在摆幅与摆线长相同时 摆球摆动的快慢与 无关 在 摆幅与摆锤质量 相同时,摆球摆动的快慢与摆线长度 相同时 摆球摆动的快慢与摆线长度 有关,摆线越长 摆线越长,摆动周期越长 有关 摆线越长 摆动周期越长
［数据表格］ 数据表格］
摆动幅度 很大 连续摆动10次的 连续摆动 次的 时间(秒 时间 秒) 周期T 周期T（秒） 较大 较小
［实验结论］ 实验结论］
不论摆动的幅度大些还是小些， 不论摆动的幅度大些还是小些，完成一 次摆动的时间是相同的。 次摆动的时间是相同的。——摆的等时 摆的等时 性原理 。（摆动快慢是相同的；即摆动 摆动快慢是相同的； 周期相同。） 周期相同。）
傅科摆的故事50字
《傅科摆的故事》小朋友们，今天我要给你们讲一个特别有趣的故事，是关于傅科摆的。
很久很久以前，有一个叫傅科的人。
他特别聪明，总是喜欢思考一些别人想不到的问题。
那时候，很多人都在争论地球到底会不会转。
有人说会转，有人说不会转。
傅科就想啊，我得想个办法来证明地球到底转不转。
于是，傅科就做了一个大大的摆。
这个摆可神奇啦！它下面有一个很重很重的球，上面挂着一根长长的线。
傅科把这个摆挂在了一个高高的天花板上。
一开始，摆就静静地在那里晃呀晃。
过了一会儿，神奇的事情发生啦！小朋友们猜猜怎么着？这个摆摆动的方向居然慢慢改变啦！大家都觉得太不可思议啦！傅科就说：“看呀，这就证明了地球在转呢！”小朋友们，你们想想，如果地球不转，这个摆的方向怎么会变呢？就是因为地球在转，所以摆的方向才会变哟。
傅科的这个发现可了不起啦，让更多的人知道了地球是会转的。
《傅科摆的故事》小朋友们，咱们接着来讲傅科摆的故事。
傅科呀，他为了做这个能证明地球会转的摆，可费了不少心思呢。
他到处找材料，要找又结实又长的线，还要找很重很重的球。
好不容易把东西都找齐了，他就开始动手做。
做好了之后，他把摆挂起来，眼睛一眨不眨地盯着看。
一开始，周围的人都不太相信这个摆能证明什么。
可是当他们看到摆的方向真的变了的时候，都惊讶得张大了嘴巴。
有个小朋友也来看，他问傅科：“叔叔，为什么摆会变方向呀？”傅科笑着说：“因为地球在带着我们一起转呀，就像我们坐在一个大大的旋转木马上。
”小朋友似懂非懂地点点头，心里觉得傅科叔叔太厉害了。
傅科的这个摆，让大家对地球有了新的认识。
《傅科摆的故事》小朋友们，我再给你们讲讲傅科摆的故事。
傅科做好了那个神奇的摆之后，消息一下子就传开了。
很多人都跑来看，大家都围在那里，眼睛紧紧地盯着摆。
有个老爷爷看了半天，摸着胡子说：“哎呀，真没想到，地球还真会转。
”还有个阿姨，拉着自己的孩子说：“宝贝，你要好好学习，像傅科叔叔一样聪明。
”傅科看着大家惊讶又好奇的样子，心里可高兴了。
摆的故事与启示
摆动快慢与摆球的质量无关
研究摆动快慢与摆线之间的关系
• 现象：摆线短的摆球摆动的快
结论：当摆球质量一定时，摆动 快慢与摆线长度有关，摆线越长，摆 动越慢，摆线越短，摆动越快。
控制变量法
每次只让一个因素变化，而保持 其他因素不变，这种方法叫做控制 变量法，是最常见的探究物理规律 的方法
1.摆动的快慢和摆动的幅度有关吗？
实验器材：
铁架台，细线，2个相同的小铁球。
实验结果
• 摆动些，完成一次摆动的时间是相同的”
• 在物理学中这个叫做“摆的等时性原理”
那么摆动的快慢到底与哪 些因素有关呢？？
质量
摆线的长度
实验论证影响摆动快慢的因素 器材：两个铁架台，一个铁球，一个 木球，一根短线，一根长线
哪个更快一点？？
• 那么到底是摆球的质量影响了摆动的快慢 还是摆线的长度影响了摆动的快慢呢？
那到底怎么去研究这些因素对摆动 快慢的影响呢？
• 你的方案是什么？？？
• 4个人一小组讨论，设计一下你的研究方案。
研究摆动快慢与质量之间的关系
• 现象：两球摆动的快慢一样。
初步结论：摆动的快慢与摆球质量 无关。
回家作业
预习第8第9页内容
思考问题：你是怎么测量生活中一些物体的 长度的。 下节课提问
为什么伽利略是在“观 察”，不仅仅是“看”？
观察是仔细的观看，而“看”只是随意的， 粗浅的认识，研究物理现象首先要进行细 微的观察。
通过观察，伽利略提出了什么假设？
摆动一次的时间会不会随着摆幅变化 而变化呢？
伽利略认为有哪几个因素可能会影 响摆动的快慢？他又怎样研究每个 因素对快慢的影响的？
实验论证
初二物理上学期摆的故事与启示
摆的周期与哪些因素有关 ? 科学方法： 科学方法： 控制变量法 2.探究摆的周期和摆球质量的关系 探究摆的周期和摆球质量的关系 控制: 摆动幅度 , 摆线长度 不变; 摆球质量 只改变 。 摆球质量 连续摆动10次 连续摆动10次 10 的时间( 的时间(秒) 摆的周期(秒 摆的周期 秒) 很大 较大 较小
你知道伽利略吗？
生平简介：伽利略伽利雷 （Galileo Galilei，1564-1642）
近代物理学之父
首先提出用实验的方法研究物理
学习物理的方法： 观察 提出疑问和假设 实验探究 分析得出结论
伽利略研究摆的故事：
他被吊灯摆动的节律性吸引住了 ——— 观察 每摆动一次的时间相等吗？ 摆幅大些，每摆动一次的时间还相等吗？—— 提出疑问和假设 伽利略模仿吊灯进行实验，研究摆的特点 —— 实验探究 不论摆动的幅度大些还是小些， 完成一次摆动的时间是相同的。—— 分析得出结论
摆的故事和启示
13-13
做一回小小伽利略：
教材P8 启示 以上探究过程跟400年前伽利略对摆动的探究过程 十分相似，这种探究方法叫做 控制变量法 。
摆的周期与哪些因素有关 ? 科学方法： 科学方法： 控制变量法 1.探究摆的周期和摆动幅度的关系 探究摆的周期和摆动幅度的关系 控制: 摆球质量 ， 摆线长度 不变; 只改变 摆动幅度 。 摆动幅度 很大 较大 较小 连续摆动10次 连续摆动10次 10 的时间( 的时间(秒) 摆的周期(秒 摆的周期 秒) 摆球质量摆线长度不变时 摆球质量摆线长度不变时,摆的周期与摆 结论: 当摆球质量摆线长度不变时 摆的周期与摆 动幅度无关。 动幅度无关。
摆的故事和启示
13-பைடு நூலகம்1
做一回小小伽利略：
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因素Ｃ
控制Ｃ、Ｂ不变，消除 它们对研究对象的影响
因素Ｂ
三、摆 １．摆的等时性原理：不论摆的摆动幅度 是大些还是小些，完成一次摆动的时间是 相同的。 ２．摆的周期：摆往复摆动一次的时间。 摆的周期越短，摆动越快。周期是表示摆 动快慢的物理量。 ３．摆的周期与摆长有关，与摆的质量和 摆动幅度无关。
序章 让我们起航
科学探究中的几个基本要素
观察 。 1.许多科学发现源于_______ 疑问 和_______ 假设 。 2.科学探究必须提出_______ 控制变量法 3.实验探究常用的科学方法:______________
在研究某一对象受哪些因素影响时，如 果该研究对象可能受多个因素的影响， 则要逐一改变其中一个因素，而保持其 他因素不变，然后用实验来研究该研究 对象与改变的因素之间的关系。这一方法 叫控制变量法。
摆的周期与哪些因素有关 ? 3.探究摆的周期和摆线长度的关系 控制: 摆动幅度 , 摆球质量 不变; 摆线长度 只改变 。
摆线长度 连续摆动10次 的时间(秒) 摆的周期(秒) 很长 较长 较短
摆动幅度和摆球质量 不变时， 结论： 当摆球的___________________ 摆线的长度 长度越长， 摆的周期与＿＿＿＿＿＿有关，且 __________ 周期越长。（长度越短，周期越短。） ________________________________________
学着经历伽利略的研究过程 一、安装一个摆（如图所示）。 夹子 摆角
铁架台
摆线 摆幅 摆球
θθ
摆长
摆动1次
二、将摆球从中央静止位置向侧面拉开约一拳宽的 距离，然后放手，利用脉搏跳动进行计时，记录观 察到的现象。 来回 现象1.摆球__________ 摆动。
现象2.摆球的摆动幅度 越来越小 ________________ 现象3.摆球摆动一次的时间 相同 _________ ，即摆球的摆动 相同 快慢是__________ 的。
一、观察
小结
观察是人们认识客观世界的第一道工序。 科学家迈克尔· 法拉第说，没有观察就没有科 学，科学发现诞生于仔细的观察之中。 观察是一种手段，通过观察去认识事物变动 的规律和事物内部的秘密。这才是观察的目的。 科学的观察还需做一个有心人，要有明察秋 毫的洞察力。 我们要培养一双善于观察的眼睛，用大脑去 思考、发现问题，改造世界
二、控制变量法 “控制变量”法是在研究多个因素（多个变 量）对研究对象产生影响的问题时常用的一种基 本的科学方法。 因素Ａ
控制Ｃ、Ａ不 变，消除它们对 研究对象的影响 改变Ｃ，探究研 究对象与Ｃ的关系
研究对象
改变Ａ，探究研 控制Ａ、Ｂ不 究对象与Ａ的关系 变，消除它们对 研究对象的影响 改变Ｂ，探究研 究对象与Ｂ的关系
摆的周期与哪些因素有关 ? 科学方法： 控制变量法 1.探究摆的周期和摆动幅度的关系 控制: 摆球质量 ， 摆线长度 不变; 摆动幅度 只改变 。
摆动幅度 很大 较大
较小
连续摆动10次 的时间(秒)
摆的周期(秒)
结论:
摆球质量和摆线长度 不变时, 当____________________ 摆动幅度 摆的周期与_____________ 无关。
A
B
C
思考：怎样来比较摆球摆动 的快慢呢？ 周期 ：摆球来回摆动一次的时间。
用符号 T 表示 单位：秒 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？
周期是用来表示摆动快慢的物理量。
快 摆的周期越小(短)，摆动得________
慢 摆的周期越大(长)，摆动得________
摆的周期与哪些因素有关 ? 2.探究摆的周期和摆球质量的关系 控制: 摆动幅度 , 摆线长度 不变; 摆球质量 只改变 。
摆球质量 连续摆动10次 的时间(秒) 摆的周期(秒) 很大 较大 较小
摆动幅度和摆线长度 不 结论：当摆球的______________________ 摆球的质量 无关。 变时，摆的周期与_____________
30 30 60 60
2 2 2 1.4
3
41Βιβλιοθήκη 0.51010
半拳宽
一拳宽
30
30
60
42
(3)分析比较第1次和第3次实验,可得出的初步结论是: 当 摆线长度 、 摆球质量 相同时,摆动的周期 摆动幅度无关 。 与 摆球质量 和＿＿＿ 摆动 (4)在第1次和第4次的实验中是控制_________ 幅度 不变,研究摆球摆动周期与＿＿＿＿＿＿的关系。 摆线长度 (5)从上述实验分析,可得出的初步结论是:摆动周期 与 摆线长度 有关,且 摆线长度越长 ，周期越 大, 摆线长度越短 ，周期越小。
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 2
摆线长度 (米)
1 1
摆球质量 (克)
10 30
摆动幅度
一拳宽 一拳宽
连续摆 摆动时 摆动的周 动次数 间(秒) 期（秒）
【例题】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 (米) 1 1 1 0.5 摆球质量 (克) 10 30 10 10 摆动幅度 一拳宽 一拳宽 半拳宽 一拳宽 连续摆 摆动时 摆动的周 动次数 间(秒) 期（秒） 30 30 30 30 60 60 60 42