《机械摆钟》习题
基础过关
填空
（1）同一个单摆每摆动一次所需的时间是（ ）。
（2）根据（ ），人们制成了摆钟，使时间的计量误差更小。
（3）虽然像（ ）、（ ）以及（ ）、（ ）等一些简易的时钟，已经可以让我们知道大概的时间，但是人们总希望有更精确的时间。（ ）的出现大大提高了时钟的精确度。
（4）（ ）是17世纪荷兰伟大的物理学家、天文学家和数学家。1656年，他将单摆运动引入时钟，发明了著名的（ ）。
（5）在人类发展的长河中，（ ）经历了几代的变迁。
综合训练
1．选择题
（1）计时精确度最高的计时工具是（ ）
A.原子钟 B.日晷 C.石英钟
（2）( )的出现大大提高了时钟的精确度。
A.水钟 B.摆钟 C.沙漏
（3）摆的发现是意大利的科学家（ ）
A.牛顿 B.伽利略 C.哥白尼
（4）下列说法不正确是的（ ）
A.单摆的摆动具有等时性
B.摆的摆动快慢与摆绳的长度无关
C.摆钟的发明大大提高了时钟的精确度
（ ）是利用摆锤的周期性振动过程来计量时间的。
A.摆钟 B.水钟 C.太阳钟
2．判断题
（1）随着计时工具越来越先进，计时的精确度也越来越高。 （ ）
（2）计时工具准确性的提高要靠设计、材料等的改进。 （ ）
（3）摆具有保持摆动方向不变的特点。 （ ）
（4）摆钟是机械钟，现在，有的石英电子钟虽然也装有摆锤或扭摆，但只起装饰作用。（ ）
（5）以摆作为振动系统的钟。通常都带有报时功能，所以又称自鸣钟。 （ ）
拓展应用
简答题
（1）简述计时工具的发展历程？
（2）摆钟制成的原理是什么？
参考答案
一、基础过关
填空题
（1）相同的
（2）等时性
（3）日晷 水钟 燃油钟 沙漏 摆钟
（4）惠更斯 摆钟
（5）钟表
二、综合训练
1．选择题
（1）C
（2）B
（3）B
（4）B
（5）A
2．判断题
（1）√
（2）√
（3）√
（4）√
（5）√
三、拓展应用
简答题
（1）时钟的发明，使得人类的生活节奏更加规律和精确。它也使人们对效率引起了重视。钟表的发展史是有趣的，漫长的。古时候，有很多种确定时间的方法，凝聚了人类的智慧。
公元1300年以前，人类主要是利用天文现象和流动物质的连续运动来计时。不管是罗马、埃及、巴比伦、印度还是中国，人们都是用太阳影子的长短来计量时间的。日晷又称“日规”，是最早报“标准时”的仪器。“日”指太阳，“晷”表示影子，“日晷”的意思是“太阳的影子”。在太阳照射下垂直于日晷圆盘上的杆在圆盘上形成影，随太阳升降运动，不同时刻在日晷上影子的位置不同，在日晷上对应位置标上对应的时刻，就可以用来计时了。
用日影测时受气象限制，很不方便。于是人们发明了漏沙计时的“沙漏”，滴水计时的“水漏”。沙漏又称“沙钟”，是我国古代一种计量时间的仪器。它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的数量来计量时间。
上面的这些计时装置都只能粗略计时。16世纪后，欧洲出现了有重锤的摆钟，近代机械式钟表就是在它的基础上发展起来的。但是机械钟怕震，一次小地震就可能使它停摆或产生较大的误差，而且它的精度不能再提高了。后来，人们发现某些物质的分子或原子有更为稳定的计时功能，于是出现了原子钟。原子钟走时更准，运行3000多年才产生1秒的误差。名为“NIST F—1”的原子钟是世界上最精确的钟，在2000万年内的误差不超过1秒。
（2）摆钟的原理是利用单摆的等时性。正是这种性质可以用来计时。 而单摆的周期公式是：时间=圆周率的2倍乘以（根号下摆长除以重力加速度） 通过公式以及其推导可以看出来，单摆运动靠的是重力，和绳子的拉力。 而摆动的周期仅仅取决于绳子的摆长和重力加速度。地球重力加速度固定，控制摆长可以调整周期来计时。
《机械摆钟》学案
一、学习目标
同一个单摆每摆动一次所需的时间是相同的；根据单摆的等时性，人么制成了摆钟，使时间的计量误差更小。
重点难点
1．动手制作一个单摆并观察和测量单摆在相同时间内摆动的次数。
2．通过观测理解摆的等时性。
三、导学问题
1．摆钟计时为什么可以这么精确呢？
2.观察讨论：摆钟是怎样来计量时间的？
3.测量：用秒表测一测：摆钟的摆每分钟摆动几次？
4.集体测量一次后反馈，问：钟摆每分钟摆动的次数相同吗？
5.讨论：课本中的记录表为什么要让我们测三次或更多次呢？
6.是不是所有的单摆每分钟摆动的次数都是一样的呢？
四、参考资料
1．摆
一是汉字，一是回族中的姓氏，另一个是实验仪器。
能够产生摆动的一种机械装置。摆的发展和研究，同钟表计时器的发展有密切的关系。意大利著名力学家伽利略首先研究了单摆，后来荷兰科学家C.惠更斯研究了复摆，他们为摆的力学理论奠定了基础。
拼音：bǎi
注音：ㄅㄞˇ
简体部首:扌,部外笔画:10,总笔画:13
繁体部首:手
五笔：RLFC
仓颉:QWLI
郑码:DLBZ
摆 <动>
(形声。繁体从手，从罢，罢亦声。“罢”意为“用罗网困住冬眠中的熊”、“被用罗网罩住的冬眠之熊”。“手”与“罢”联合起来表示“把被用罗网罩住的冬眠之熊一个个有序排列起来，放置妥当”。本义：排列、放置。说明：本字造字法同“摊”，后者是指把翅膀和爪子被捆住的鸟一个个有序排列起来，放置妥当，以便于贩卖，所以叫做“摊贩”)
何当摆俗累,浩荡乘沧溟?――杜甫《桥陵》
又如:摆落(摆脱)
排列;放置 [arrange;place;set in order]
说话时,已摆了茶果子来。――《红楼梦》
又如:摆正(摆放端正);摆八卦阵;摆酒席
挥手,左右摇动手 [shake]
…把手一摆,意思是请兄弟在阶沿上坐下。――鲁迅《故事新编》
又如:摆手(挥手)
来回或上下地摇动
旋见鸡伸颈摆扑。――《聊斋志异·促织》
天坼地裂,宫殿摆簸。――唐·李朝威《柳毅传》
又如:摆尾巴;摆簸(
又如：（划船）把船摆过来；摆渡。
当一个人作出自己所不能，或超出次热能力范围的事业可以说‘摆 ’。
不过这是极为口语化的说法表示厉害，赞美用，不宜用于书面。
【摆动数列】一个实数列从第二项起，有些项大于它的前一项，有些项却小于它的前一项。这样的实数列叫做摆动数列。
【摆门面】讲究排场，装饰外表。
【摆平】
公平对待。<港台>将人打伤；被打伤。
【摆线】一个动圆沿着一条定直线作纯滚动时，动圆圆周上一点所画出的平面曲线叫摆线或旋轮线。摆线又叫最速下降线，这是因为质点在重力作用下从一点滚到另一点时，沿摆线的路径所花时间最短。
【摆夷】见【傣族】。
回族中的摆姓，早期见于唐天宝元年（742年）进入中国，在长安（西安）县子午巷（化觉巷）任掌教的西域回部人摆都而的。及至元代，在至元二十九年（1292年）任定远大将军、贵赤亲军都指挥使司达鲁花赤的明安，其子便姓摆，名言太。摆姓回族主要分布在西北地区。
摆是一种实验仪器，可用来展现种种力学现象。最基本的摆是悬挂于定点能在重力影响下往复摆动的物体。因为摆一次全振荡的时间间隔（周期）是恒定[1]的，它通常用作校准如钟这类机械装置的运动的主要机件。意大利的伽利略首先研究了单摆，荷兰的C.惠更斯研究了复摆，他们为摆的力学理论奠定了基础。单摆由悬在质量可以忽略的细杆下端的摆锤构成。悬挂点到摆中心的长度越大，摆的周期越长。摆的长度确定后，摆锤质量的变化对周期无影响，但是摆在地球上的位置对周期却有影响。复摆是在重力作用下能绕固定转轴摆动的物体。复摆运动规律和性质类似单摆。利用复摆可以测量一些刚体对某轴的转动惯量。此外，还有扭摆、可逆摆、等时摆等。
2．摆钟
摆钟发明于1657年，是时钟的一种，用摆锤控制其它机件，使钟走的快慢均匀，一般能报点。它是根据单摆定律制造的。
摆动的钟摆是靠重力势能和动能相互转化来摆动的，简单的说，如果你把钟摆拉高，由于重力影响它会往下摆，而到达最低位置后它具有一个速度，不可能直接停在那(就好象刹车不能一下子停一样)，它会继续冲过最低位置，而摆至最高位置就往回摆是因为重力使它减速直到0，然后向回摆(就象往天上仍东西，它会在上升中减速到0，然后落下)。如此往复，就不停的摆动了。最简单的摆钟只有摆锤、齿轮操作器、重物和支轴组成。
按照上述，钟摆可以永远摆下去，但由于阻力存在，它会摆动逐渐减小，最后停止.所以要用发条来提供能量使其摆动。
摆钟的结构大体上可分为走时部分、打点部分、指针部分和打点控制部分。
（1）走时部分
由头轮(即条盒轮，内装发条)、二轮、三轮(中心轮)、四轮、擒纵轮、擒纵叉、摆锤等组成。
条盒轮是机芯中最大的轮子，发条装在轮片下面的盒里(以前生产的摆钟大多不带条盒)，它是走时部分的能源。二轮、三轮、四轮都是传动轮，其结构由轮轴、轮片，销轮等组成。擒纵轮的结构与上述各轮相同，但它的轮片齿形是斜三角形的尖齿。擒纵叉也叫卡子，它的作用就是把擒纵轮齿接过来，送出去。
摆锤组件包括摆锤、摆杆及挂摆装置。摆锤中间有透孔，摆杆从中通过，下面旋有螺母固定。此装置可以将摆锤升高或降低，从而调节钟的快慢。
（2）打点部分
由打点条盒轮、打点二轮、打点三轮、打点四轮，打点五轮及风轮组成。在打点三轮上有一个星角轮，当轮系转动时，它使打点轴上的抬止杆不断地抬起落下，打点轴的一端固定着两个打锤，锤头敲击一长一短两根音簧，就发出悦耳的声音。风轮主要是起调节轮系转动速度的作用，使打点声音有一个合适的时间间隔。
（3）指针部分
由分轮、跨轮和时轮组成。结构原理与闹钟基本相同。
（4）打点控制部分
摆钟每隔半小时打点一次，整点敲击的次数必须与时针指示的时刻相同，因此，它的打点必须由走时来控制。在走时和打点之间有一个具有控制打点次数的机构，它由二角凸轮、十二角凸轮、扇形齿、抬闸杠杆、开关杠杆、拨齿凸轮等组成。
二角凸轮紧紧固定在走时部分的中心轮轴上，每小时随中心轮转一圈。二角凸轮齿尖半径一长一短，长的打整点用，短的打半点用。十二角凸轮套在时轮管上，每十二个小时转一圈，每小时转过十二角凸轮的一个角。平时抬闸杠杆挡住打点五轮上止钉，使打点机构不能运转。当二角凸轮顺时针方向旋转时，慢慢将抬闸杠杆顶起，抬闸杠杆上端最后将止钉释放(这个过程也叫抬闸)，但打点五轮的止钉转过一个角度后，又被开关杠杆的折角挡住，打点机构又停止运转。由于抬闸杠杆抬起的同时，顶起了开关杠杆，开关杠杆原来末端托住扇形齿板现在释放，扇形齿板落下，齿板中段折角落在十二角凸轮的一个角的中部。当二角凸轮将抬闸杠杆推到最高点落下时，开关杠杆挡住打点五轮的止钉部位也同时脱离，打点机构便开始转动。打点三轮上的星角轮拨动抬止杆，带动打锤敲击音簧。紧固在四轮轴上的拨齿凸轮也随着转动，凸轮上的拨销拨动扇形齿板向上运动，直至开关杠杆末端重新托住扇形卤板，抬闸杠杆挡住打点五轮上的止钉，打点工作完毕。
以摆作为振动系统的钟。通常都带有报时功能，所以又称自鸣钟。1582~1583年，意大利物理学家和天文学家伽利略发现了摆的等时性。1657年，荷兰物理学家和天文学家C.惠更斯利用摆的等时性原理发明了摆钟。后经不断改进，沿用至今。摆钟可根据用途和要求制成座钟、挂钟、落地钟、子母钟的母钟、天文钟等型式。摆钟的报时方式通常为机械打点报时，也有用电子扩音报时的。近代帝王宫廷中使用的摆钟，常附有一套机械传动机构，以精工制作的人物、山水、飞禽、走兽等活动形象进行报时。
摆钟的原理是利用单摆的等时性。正是这种性质可以用来计时。而单摆的周期公式是:时间=圆周率的2倍乘以(根号下摆长除以重力加速度) 通过公式以及其推导可以看出来，单摆运动靠的是重力，和绳子的拉力。而摆动的周期仅仅取决于绳子的摆长和重力加速度。地球重力加速度固定，控制摆长可以调整周期来计时。
摆钟是利用摆锤的周期性振动(摆动)过程来计量时间，时间=摆的振动周期×振动次数。而摆的振动周期 T=2π(l/g)^0.5
一般来说，摆的重量是确定的，调节摆的引用长度(l)即可调整摆的振动周期。摆的引用长度减短，时钟变快;反之则变慢。对精密摆钟，也有用附加重物法来微调摆的振动周期。摆钟放置在不同的地理位置(不同的地球纬度和海拔高度)中，摆锤的重力加速度会发生变化从而影响其振动周期。摆钟放置在不同温度和气压的环境中，也会引起振动周期的变化。温度变化会引起摆的各部分尺寸包括摆的引用长度的变化。一般是温度升高，摆胀长而钟变慢;反之则摆缩短而钟变快。因此，精密摆钟常用不同的线胀系数的材料制成温度补偿管，以补偿温度影响。气压的变化会引起空气阻力和空气密度的变化，从而引起振动周期的变化。因此，精密的摆钟常将摆安装在恒压的壳体中，以消除气压影响。
摆的振动幅度影响到钟的等时性。振幅愈小，振幅变化所造成的日差(见钟表日差)变化愈小，即等时性愈好，因而精密摆钟常采用长摆杆小摆幅。但是，小摆幅对外界来的震动和撞击很敏感，因而对安装环境要求很高。摆钟的走时日差一般可以达到20秒/天以内，精密摆钟达千分之几秒。
利用摆的机械振荡产生稳定频率，以此作为频率标准制成的计时仪器。16世纪中叶C.惠更斯根据伽利略发现的摆天文摆钟的等时性原理，发明了摆钟。摆钟是天文观测中的计时工具，也是时间服务中的守时工具。早期摆钟的走时误差约每天0.1秒;经过不断改进，到20世纪20年代误差约每天几毫秒，当时的天文学家曾依据天文摆钟指示的相对均匀的时间发现了地球自转的不均匀性。当钟摆在一定的幅度内摆动时，其周期只与摆长有关，摆长随温度的变化给走时带来误差。克服这一缺陷的途径在于稳定摆杆的长度，采取的措施有:摆杆用温度系数小的材料(如铟钢、石英等)制造或用两种膨胀系数不同的金属(如黄铜和钢)熔合在一起以补偿温度变化，而且将钟安放在恒温室内 ，罩入真空罩中 ，实行钟体(母钟)与钟面(子钟)分离，由母钟控制子钟指示时刻。20世纪50年代初期，天文摆钟已完全由精度更高的石英钟取代。
《机械摆钟》教案
教学目标
知识与技能
同一个单摆每摆动一次所需的时间是相同的。根据单摆的等时性，人们制成了摆钟，使时间的计量误差更小。
过程与方法
1．重复观察和测量摆钟每分钟的摆动次数。
2．动手制作一个单摆。
3.观察和测量在相同时间内摆摆动的次数。
情感态度和价值观
1．理解重复实验的意义。
2．发展对计时工具研究的兴趣。
教学重点
动手制作一个单摆并观察和测量单摆在相同时间内摆动的次数。
教学难点
通过观测理解摆的等时性。
教学方法
探究法、实验法
课前准备
教师前放置一个大摆钟，如果条件允许的话每个小组准备一个摆钟。
每个小组手表一只。
每个小组摆锤一个、摆绳一根、支架一个。
记录表两张。
课时安排
1课时
教学过程
导入新课
1.复习前几节课学习的几种古老的计时方法，如：太阳钟、水钟等。同时指出还有很多类似的计时方法，如：一柱香、一个沙漏等等。
2.师：虽然计时方法很多，但人们总希望有更精确的时钟，摆钟的出现大大提高了时钟的精确度。揭题：机械摆钟。（板书课题）
新课学习
（一）观察钟摆：
1.师出示摆钟，设疑：摆钟计时为什么可以这么精确呢？
2.观察讨论：摆钟是怎样来计量时间的？
3.测量：用秒表测一测：摆钟的摆每分钟摆动几次？
4.集体测量一次后反馈，问：钟摆每分钟摆动的次数相同吗？
（二）观察我们的钟摆：
1.师：我也做了一个单摆（出示单摆），它每分钟摆动的次数是不是也是一样的呢？
2.学生猜测后，师带领学生集体测量三次。
3.设疑：是不是所有的单摆每分钟摆动的次数都是一样的呢？
4.老师给你提供铁架台、棉线、镙帽，你能做一个摆吗？
5.小组合作制作一个单摆，并开始测量固定时间内，单摆摆动的次数。（课本记录表上的时间间隔可以让各小组决定，只要相同间隔就可以了）
6.反馈交流结果。
7.讨论：你有什么发现？
8.结合学生发现的（相同间隔时间段里，单摆摆动的次数是固定的），指出：单摆的这个特性就是等时性。利用这个特性，人类发明了摆钟，大大提高了计时的精确度。
9. 问题：在相同的时间内，不同的摆摆动的次数为什么不一样呢?摆的快慢与什么因素有关?
结论总结
相同间隔时间段里，单摆摆动的次数是固定的，指出：单摆的这个特性就是等时性。利用这个特性，人类发明了摆钟，大大提高了计时的精确度。
课堂练习
填空
一个摆来回往返3次，那这个摆摆动了（ ）。
钟摆是一分钟摆动（ ）次的单摆。
同一个摆在相同时间内摆动的次数是（ ）的。
作业布置
完成资源与评价上的内容。
板书设计
机械摆钟
单摆：等时性
课件18张PPT。《机械摆钟》导入新课导入新课导入新课新课学习观察钟摆新课学习新课学习钟摆每分钟摆动次数的记录新课学习钟摆每分钟摆动的次数相同吗? 结论：相同。各种摆钟的摆每分钟都是摆60次新课学习观察我们的钟摆1.制作一个简单的摆:拿一条细线，上端固定，下端挂上一个小重物，就组成了一个简单的摆。
2.摆各部分名称。
3.让我们的摆自由摆动，用秒表计时，每隔10秒时间记录一次摆动的次数。
新课学习实验方法小组合作，合理分工
分计时员，操作员，记录员，汇报员新课学习摆动次数的观察记录新课学习我们的发现
1. 同一个摆每分钟摆动的次数是相同的。
2.不同的摆每分钟摆动的次数是不同的。
单摆的这个特性就是等时性。利用这个特性，人类发明了摆钟，大大提高了计时的精确度。新课学习 问题：在相同的时间内，不同的摆摆动的次数为什么不一样呢?摆的快慢与什么因素有关? 课堂练习填空
1.一个摆来回往返3次，那这个摆摆动了（ ）。
2.钟摆是一分钟摆动（ ）次的单摆。
3.同一个摆在相同时间内摆动的次数是（ ）的。6次60相同结论总结 相同间隔时间段里，单摆摆动的次数是固定的，指出：单摆的这个特性就是等时性。利用这个特性，人类发明了摆钟，大大提高了计时的精确度。作业布置完成资源与评价上的内容板书设计机械摆钟
单摆：等时性
