五年级下册科学教案 第三单元 第5课 机械摆钟 教科版

科目版本
小学科学教科版五年级下册
章节课名
第三单元 第5课 机械摆钟
学习目标
科学知识目标
1.知道同一个单摆每摆动一次所需的时间是相同的。
2.知道摆钟的工作原理及摆钟能精确计时的原因。
科学探究目标
1.能动手制作一个简单的摆，并能正确操作让摆自由的摆动。
2.能正确测量摆在一分钟内摆动的次数，并通过观测理解摆的等时性。
科学态度目标
进一步理解重复进行实验的价值；感受探究计时工具的快乐。
重难点
知道摆钟的工作原理及摆钟能精确计时的原因
具体环节设计
教学环节
页码
内容
1.教师上课
1.情景导入
1.1
1.情景导入
日晷、水钟以及沙漏等一些简易的时钟，已经可以让我们知道大概的时间。
1.2
1.情景导入
但是，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。
2.探索新知
1.3
2.探索新知
摆钟是由上面的钟面和下面来回摆动的钟摆两部分构成。让我们来看看下面这个视频。
钟摆的摆动有什么规律吗？摆钟是怎样来计量时间的？它为什么比其他的计时工具要精确呢？
1.4
2.探索新知
我们也来做一个简单的摆。
拿一条细绳，上端固定，下端挂上一个小重物（螺母），就组成了一个简单的摆（如图1所示）。下面的螺母叫摆锤，细绳叫摆绳（如图2所示）。
图1 图2
1.5
2.探索新知
摆在摆动时，怎样才叫摆动一次呢？
观察这个摆动示意图：
摆锤从A点摆到C点，再从C点摆回A点，就叫摆动一次。也就是，摆锤摆出去，再摆回来，就是摆动一次。
1.6
2.探索新知
摆在摆动的时候有什么特点呢？让我们的摆自由摆动，用秒表计时，数一数摆在30秒内摆动的次数，测量三次，并把结果记录下来。
1.7
2.探索新知
让我们通过观看以下视频观察摆在摆动的时候有什么特点。
1.8
2.探索新知
让我们看看实验的观察记录表。
你有什么发现呢？
1.9
2.探索新知
我们发现：同一个摆，在相同的时间内，摆动的次数是相同的；也就是，每摆动一次所需要的时间是相等的，这就是摆的等时性。
1.10
2.探索新知
摆钟正是利用摆的等时性原理工作的，所以它比其他的计时工具要精确。让我们来看看下面这个视频。
3.回顾小结
1.11
3.回顾小结
同一个摆，在相同的时间内，摆动的次数是相同的，这就是摆的等时性。
摆钟利用了摆的等时性原理准确地测量时间。
4.拓展应用
1.12
4.拓展应用
可是，为什么钟摆每30秒摆动30次，而我们制作的摆30秒却摆动34次呢？是什么原因导致它们摆动的快慢不一样呢？你能想办法做一个30秒也摆动30次的摆吗？
1.13
4.拓展应用
我们制作的摆30秒摆动34次，导致它们摆动的快慢不一样的因素是摆长的长度。我们可以通过调整摆绳的长度来制作一个30秒也摆动30次的摆。
2.学生自学
1.跟我学
2.1
让我们通过视频，探究一下机械摆钟吧！
tc01
科学知识目标
1.知道同一个单摆每摆动一次所需的时间是相同的。
2.知道摆钟的工作原理及摆钟能精确计时的原因。
科学探究目标
1.能动手制作一个简单的摆，并能正确操作让摆自由的摆动。
2.能正确测量摆在一分钟内摆动的次数，并通过观测理解摆的等时性。
科学态度目标
1.进一步理解重复进行实验的价值；感受探究计时工具的快乐。
2.学生练习
2.2
1.摆钟是怎样来计时的？
2.摆在摆动时有什么特点？
3.摆钟制成的原理是什么？
2.3
1.摆钟是怎样来计时的？
答：摆钟是利用摆的等时性计时的。
2.摆在摆动时有什么特点？
答：同一个摆，在相同的时间内，摆动的次数是相同的。
3.摆钟制成的原理是什么？
答：摆的等时性。
3.拓展资源
1.教学设计
3.1
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2.拓展知识
3.2
1．摆钟是怎么被发明的？
对摆的研究是惠更斯完成的最出色的物理学工作。多少世纪以来，时间测量始终是摆在人类面前的一个难题。当时的计时装置诸如日规、沙漏等均不能在原理上保持精确。直到伽利略发现了摆的等时性，惠更斯将摆运用于计时器，人类才进入一个新的计时时代。
当时，惠更斯的兴趣集中在对天体的观察上，在实验中，他深刻体会到了精确计时的重要性，因而便致力于精确计时器的研究。当年伽利略曾经证明了单摆运动与物体在光滑斜面上的下滑运动相似，运动的状态与位置有关。惠更斯继承了伽利略关于摆的研究。他发现，单摆只是近似等时，真正等时的摆动轨迹不应是一段圆弧而应是一段摆弧。他创造性地让悬线在两片摆线状夹板之间运动，这样的摆动就是一段摆弧。将这个发现运用于设计之中，惠更斯于1656年造出了人类历史上第一架摆钟，并将它献给了荷兰政府。这架摆钟由大小、形状不同的一些齿轮组成，利用重锤做单摆的摆锤，由于摆锤可以调节，计时就比较准确。这台钟的问世标志着人类进入了一个新的计时时代。
1657年，惠更斯取得了摆钟的专利。1658年，出版《钟表论》一书，对摆钟的结构作了说明。惠更斯详细地介绍了制作有摆自鸣钟的工艺，还分析了钟摆的摆动过程及特性，首次引进了“摆动中心”的概念。他指出，任意形状的物体在重力作用下绕一水平轴摆动时，可以将它的质量看成集中在悬挂点到重心之间连线上的某一点，这样复杂形体的摆动就可以简化为较简单的单摆运动了。在研制摆钟时，惠更斯还进一步研究了单摆运动，他制作了一个秒摆（周期为2秒的单摆），导出了单摆的运动公式。
后来，惠更斯和胡克还各自发现了螺旋式弹簧丝的振荡等时性，这为近代游丝怀表和手表的发明创造了条件。
3.3
2．摆钟、机械表、石英钟和原子钟的运行原理一样吗？
因为单摆具有等时性 ,利用单摆的这种等时性，人们发明了计时的机械钟表。最早的摆钟出现于1657年，它是著名的荷兰物理学家惠更斯制造的。在人类发展的长河中，钟表经历了几代的变迁。从摆钟到座钟，从壁钟到挂钟，从怀表到各种各样的手表，从机械钟到电子钟，又从电子钟到原子钟，可谓变化万千，但是钟表运行的原理都是相同的。所不同的是钟表的计时方式不一样。摆钟靠摆锤的摆动计时，机械手表靠摆轮和游丝计时，电子表靠电磁振动计时，石英钟靠石英晶体的振动计时，原子钟靠电子在原子内跃迁时发光的频率来计时，它的振动频率最稳定，已成为世界上精度最高的钟。
3.常见问题
3.4
1．教学中应该注意哪些问题呢？
教师可通过观察摆钟的摆来引入本课内容，然后组织学生讨论：摆钟是怎样准确计时的。鼓励学生大胆地提出自己的猜测，激发学生对钟摆的兴趣。接着教师可引导学生去制作一个简单的摆，通过测量发现摆的等时性，发现原来摆钟就是利用摆的等时性原理来准确计时的。
2.学生在观察摆的摆动特点实验中有哪些注意事项？
学生对摆怎么算摆动一次会比较模糊，这时教师要详细讲解，让学生知道如何才算摆动一次，准确记录摆的摆动次数，对研究摆的等时性非常重要。教师也要强调重复实验的重要性。