摆来回摆动一次的时间是稳定的,可以用来计时。实验发现:摆的快慢只跟摆长有关——摆越长,摆得越慢;摆越短,摆得越快。跟摆锤的重量、摆动的幅度都没有关系。
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摆的实验是小学科学里最经典的控制变量实验。这一课真正要学的不是「摆」,而是怎么科学地找原因。
然后猜想:摆的快慢可能跟什么有关?孩子通常会说摆锤重量、摆线长度、拉开的角度。这三个猜想都要一个一个验证。
只有改变摆线长度时,快慢明显变了:摆线越长,摆动越慢。这就是最终结论。整个过程演示了什么叫「控制变量」——这个方法比结论本身更重要。
1. 摆的快慢由什么决定?
由摆线长度决定。摆线越长,摆动越慢;越短,摆动越快。摆锤重量和摆动角度都不影响。
2. 要验证「重量是否影响摆的快慢」,实验该怎么做?
只改变摆锤重量,摆线长度和摆角保持完全一致,分别数相同时间内的摆动次数再对比。
3. 什么是「控制变量」?为什么重要?
指每次只改变一个条件,其他保持不变。这样才能确定结果是由这个条件引起的,否则无法判断原因。
4. 摆钟为什么能计时?
因为在摆长固定时,摆动周期是稳定的。调节摆锤位置改变摆长,就能校准钟走得快慢。
| 学科年级 | 小学科学 · 五年级(各版本略有差异) |
|---|---|
| 单元 | 运动和力 / 摆的研究 |
| 主要教材 | 教科版五年级下册「时间的测量」;苏教版、粤教版在四至五年级安排 |
| 学完要会 | 知道摆的快慢只由摆长决定;掌握控制变量法;能设计对比实验并规范计数 |
| 后面会学到 | 初中物理的单摆周期公式——小学这一步用实验先得出定性结论 |
只跟摆长有关。摆越长摆得越慢,摆越短摆得越快。摆锤的轻重、摆动的大小都不影响摆的快慢。
把摆调长一些。摆长增加,摆动变慢,相同时间里摆动次数变少,钟就走慢了。
只跟摆线的长度有关:摆线越长摆得越慢,越短越快。摆锤的重量和拉开的角度都不影响——这个结论和大多数人的直觉相反,所以一定要亲手做实验验证。
指在实验中每次只改变一个条件,其他条件全部保持一致。比如验证重量的影响时,就只换摆锤,线长和角度都不动。这样才能确定变化是由这个条件引起的。这是小学科学最重要的方法,比结论本身更值得学。
一根细线拴个螺母或橡皮就行。固定在桌边,拉开一个小角度松手,数 30 秒内摆动的次数(来回算一次)。然后分别改变线长、换更重的摆锤、改变角度,各测三次取平均。半小时就能得出结论。