“做一个钟摆”实验改进

浙江省绍兴市上虞区长塘镇中心小学(312352) 许水勇

1 原实验不足

在做“摆长怎样影响摆动次数”的实验中,教材的设计是用金属圆片在木条(或塑料棒)上固定的位置不同,研究其对摆动的快慢是否有影响(见图1)。提供给学生的木条要直,粗细大小也要一样。固定的金属片可以用易拉罐底部的金属圆片制成,要做到学生能够自由移动,比较容易控制摆长。

教材中的实验设计主要有以下问题。

(1)易拉罐底部的金属圆片质量较轻,对木条重心的影响不大,导致得出的实验数据差别有限。

(2)实验中要求金属圆片分别挂在10cm、20cm、30cm 处,但由于木条上没有刻度,因此操作起来不是很方便。

(3)金属圆片的固定有一定的难度。

(4)金属圆片边缘比较锋利,容易刮伤学生。

2 实验改进

针对以上实验设计暴露出的一些问题,笔者进行了一些改进,将木条改成了30cm 长的钢尺,金属圆片换成了2个约45g的环形磁铁,分别对齐吸附在钢尺的正反两面(因为钢尺本身较重,所以要用2 个磁铁来改变钢尺的重心),如图2 所示。此改进的主要优势是钢条有刻度,长度计量方便;磁铁能吸在钢条上面,且能自由移动不掉下来。

图1 教材实验装置

图2 改进后的实验装置

3 实验器材

铁架台1个、30cm 的钢尺1把、约45g的环形磁铁2个、棉线、秒表、夹子(固定棉绳用)等。

4 实验步骤

(1)不挂磁铁,记录15s内钢尺摆动的次数,实验重复3次。

(2)把磁铁吸附在钢尺0cm 处(环形磁铁的圆心对准0cm 刻度处),记录15s内钢尺摆动的次数,实验重复3次。

(3)把磁铁吸附在钢尺10cm 处(环形磁铁的圆心对准10cm 刻度处),记录15s内钢尺摆动的次数,实验重复3次。

(4)把磁铁吸附在钢尺20cm 处(环形磁铁的圆心对准20cm 刻度处),记录15s内钢尺摆动的次数,实验重复3次。

5 实验效果

实验改进后,数据呈现的规律很明显：重物越靠下,摆速就越慢,重物越靠上,摆速就越快。引导学生分析,把磁铁吸在钢尺的上面,钢尺的重心发生了变化,摆长也随之改变。磁铁往上移,摆长变短,摆速变快;磁铁往下移,摆长变长,摆速变慢。由此理解摆长对摆动快慢的影响。

教材的第二个活动是做一个每分钟正好摆动60次的摆。根据上面的经验,学生猜测,把磁铁挂在20cm刻度处,60s正好摆动60次,真的是这样吗?学生测试后,发现有不同程度的偏差,那么磁铁的位置该怎么调整呢? 引导学生根据实际情况移动磁铁,如摆动大于60次,则磁铁往下移,如摆动小于60次,则磁铁往上移。反复测试,最后确定位置。

总之,此实验改进材料简单,操作方便,数据呈现明显。