1、第第三三单元单元 计量时间计量时间 3.1.3.1.时间在流逝时间在流逝 1.在没有任何计时工具的情况下， 我们可以根据一些自然现象， 比如太阳东升西落去判断时间。 2.在远古时代，人类用天上的太阳来计时，日出而作，日落而息，昼夜交替，太阳自然而然成 了人类最早使用的时间单位。 3.圭表 圭表，是古代科学家发明的度量日影长度的一种天文仪器，由“圭”和“表”两个部件组成。 圭表和日晷一样，也是利用日影进行测量的古代天文仪器。所谓高表测影法，通俗的说，就是 垂直于地面立一根杆，通过观察记录它正午时影子的长短变化来确定季节的变化。垂直于地面 的直杆叫“表” ，水平放置于地面上刻有刻度以测量影长的标尺
2、叫“圭” 。 4.日晷 日晷，本义是指太阳的影子。现代的“日晷”指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪 器，又称“日规” 。其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻，通常由晷针（表）和 晷面（带刻度的表座）组成。利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发 明被人类沿用达几千年之久。 5.实验一：观察研究“一炷香”的时间 实验材料：一根香、插香的盘子、打火机、秒表等等。 实验要求以及方法： 取一支香分别在香的 1/4、1/2、3/4 处做标记。 点燃这根香并记录香燃烧到每个标记的时间。 填写燃香时间记录表。 实验现象： 一根香平均分成了 4 部分，每一部分燃烧所花的时间基本
3、相同。 实验结论： 一炷香燃烧的时间为半个小时。通常情况下，一炷香燃烧的时间都是均匀的，因此在古时候没 有钟表的时代里，大多数时候人们都可以用香燃烧的时间长短来大概计量时间。 除了可以用香燃烧的时间来记录时间，我们还可以用蜡烛燃烧的时间来记录时间。 6.研讨 问题 1：古人曾用过哪些方法计时？这些方法为什么能够帮助古人计时？ 方法一， 利用太阳计时， 日出而作， 日落而息。 因为太阳每天东升西落， 时间变化是有规律的。 方法二， 利用太阳投射在地上的影子制作成日晷来计时。 因为太阳投射在地上的影子也是有规 律可循的，因此人们可以利用这一规律制作成可以计量时间的日晷。 方法三，利用燃烧香来计时。
4、因为燃烧相同长短、粗细的香所需的时间基本是相同的，因此可 以用它来计量时间。 问题 2：蜡烛可以用来计时吗？ 可以，因为蜡烛和香一样，燃烧相同长短、粗细、等量的蜡烛所需的时间基本是相同的，因此 可以大致的计量时间。 3.2.3.2.用水计量时间用水计量时间 1.古人除了使用日昝、燃香和蜡烛来计量时间之外，还曾经利用水来计时。 2.实验一：测量水流速度的变化 实验材料：铁架台、烧杯、量桶、塑料瓶（去掉底部，在瓶盖上扎一个小孔） 、铁圈（用来固 定塑料瓶） 、计时器、自来水等等。 实验方法： 按照图中所示，安装好实验装置。 用刚才的瓶子装 200 毫升的水，同样让水从瓶盖的小孔中流出，并用量杯接住
5、从瓶中流出的 水。 用计时器测量量杯里的水集聚到 50 毫升时用了多长时间？记录在实验记录表上。 利用同样的方法测一测积聚到 100 毫升、150 毫升的水分别需要多长时间。 实验现象： 杯子中的水每增加 50 毫升，需要的时间基本是相同的。也就是说杯子中集聚 50 毫升的水，所 需的时间都是基本相同的。 实验结论： 这说明水的流动速度是均匀的，不存在忽快忽慢的现象。 3.古代水钟 4.水钟的工作原理：等时性原理。 5.等时性原理：找一个空酒瓶子，灌满水以后，倒立过来，让水流出去。反复做几次，水流完 的时间总是一定的；第一次用几秒钟，第二次还是几秒钟。这就是等时性原理。 6.研讨 问题 1：水
6、流的速度是均匀的吗？怎样才能让水以均匀的速度往下流？ 水流的速度是均匀的。 水的流速快慢主要受水钟水压大小的影响，也就是水的多少。以固定的速度往下流就要做到保 证水压的平稳，可以给水钟进水中加一个分水槽，让多余的水流到分水槽内，并保持一致呈加 水状态。也可以给水钟加一个调节水速的开关，例如我们在医院输液时的那种开关。另外，水 钟滴孔要小，水量要相等。 问题 2：古代的水钟用水滴有什么好处？人们是怎样控制水以均匀的速度往下滴的？ 水流具有等时性原理。找一个空酒瓶子，灌满水以后，倒立过来，让水流出去。反复做几次， 水流完的时间总是一定的；第一次用几秒钟，第二次还是几秒钟。因为水的流动和香的燃烧都
7、是一种运动，时间和运动有密切的关系，只有通过运动才能表现出流逝的时间。因此，量度时 间离不开运动。 人们为了让水以均匀的速度往下滴，水钟的设计非常巧妙：贮水壶上部一侧有个小孔，多余的 水可以从这个小孔溢出，这样就能保持固定的水平面，保持恒定的压力。水从贮水壶下部的小 孔流出，注入受水壶，这个孔非常小，可以使水以均匀的速度往下滴。 3.3.3.3.我们的水我们的水钟钟 1.人们曾经用一个底部钻有小孔的碗放在水中，让碗慢慢下沉来计量时间。 2.古人曾经利用水来计时，为此，他们发明了水钟。 3.要想制作一个计时 10 分钟的水钟，我们要考虑到哪些问题呢？ 在制作前，需要有一个设计方案。 制作水钟需要
8、哪些材料？ 怎样控制水钟漏水的速度？ 如何划分 10 分钟的时间刻度？ 4.在制作水钟的过程中设计方案是至关重要的，因此我们拿到任务不要急着动手制作，而是同 小组的同学坐下来认真讨论，先拿出设计方案。 5.制作水钟的过程：设计方案制作测试评估与改进 在水钟制作的过程中，使用剪刀、钻小孔等行为一定要注意安全。 6.回顾一下我们制作水钟的过程，想一想我们的水钟计时准确吗？制作简单吗？ 水钟虽然能够计时，但是因为受到各种因素的影响，计时很难十分精确。 7.除了水可以制作计时工具之外，我们还可以利用沙子来制作计时工具。 8.沙子能够用来制作计时工具的原因和原理：沙子能够用来制作计时工具，是因为它里面的
9、沙 子具有流动性，它像水一样能够匀速流动，并且流下一定量的沙子所需的时间是基本相同的。 3.4.3.4.机械摆钟机械摆钟 1.摆钟的出现大大提高了钟表的精确度。 2.钟摆每分钟摆动的次数是一样的，都是 60 次。 3.钟摆摆动时是匀速摆动，不会忽快忽慢。 4.钟摆具有等时性特点。 5.古代人们为了计量时间发明出了日昝、水钟、沙漏等简易的时钟，这些简易的时钟可以让我 们知道大概的时间。但是利用这些仪器计时的时候，时间总是不是太精确。人们总是希望有更 精确的钟表出现。 6.关于机械摆钟的发明历史： 15821583 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
10、天文学家克里斯蒂安.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。 7.实验一：自制一个摆，观察摆运动的特点 实验材料：一根细绳、一个小重物、铁架台等等。 实验方法及活动要求： 拿一根细绳，上端固定在铁架台上，下端挂一个小重物，做成一个简单的摆。 让我们的摆自由摆动，幅度不要太大，测量并记录他一分钟摆动的次数。 重复多次活动，测量并记录我们的摆一分钟摆动的次数。 实验现象： 自制摆一分钟摆动次数是一样的。 实验结论： 单摆具有等时性特点。 8.同样的摆每分钟摆动的次数是一样的，不同的摆每分钟摆动的次数是不一样的。 摆在运动的过程中，由于受到空气阻力、重力等等因素的影响，摆动的幅
11、度越来越小，最后会 停止下来。 9.研讨 大家自己动手制作了一个摆，并且观察了摆的运动，测量了一分钟钟摆摆动的次数。根据大家 的统计结果，说一说你有什么发现？ 我发现小组使用同样的摆，摆动的快慢是一样的，每分钟测得的次数是一致的。 不同小组由于摆不一样，摆动的快慢是不一样的，所以测得的次数是不一样的。 除了次数上的不一样，我们还观察到摆的运动有什么特点？ 摆具有等时性特点。 摆在摆动的过程中方向保持一致，不会发生变化。 摆在运动的过程中，摆动的幅度会越来越小。 3.5.3.5.摆的快慢摆的快慢 1.不同的摆在一定时间内摆动的次数各不相同。 2.摆的快慢与摆的长短有关，而与摆锤的质量没有关系。
12、3.思考讨论影响摆的快慢的因素，作出预测： 预测 1：摆动快慢可能与摆锤的质量有关。 预测 2：摆动快慢可能与摆绳的长短有关。 预测 3：摆动快慢可能与摆幅的大小有关。 4.实验一：探究摆的快慢与摆锤质量的关系 实验要求：探究摆的快慢与摆锤质量的关系。 实验材料：铁架台、摆锤质量不等的摆、计时器等等产。 实验方法： 把细绳固定在挂钩上， 下端挂一个摆锤， 让摆小幅度的自由改动， 观察摆 30 秒摆动的次数。 保持摆绳长度不变，依次增加摆锤的质量，测量不同质量的摆 30 秒摆动的次数。 实验注意点： 本次实验中，会改变的条件：摆锤的质量分别是原来的质量两倍质量、三倍质量。 不会改变的条件：摆长度
13、不变、30 秒时间不变、摆动幅度不变。 实验现象： 不管摆锤的质量是多少，30 秒时间内摆支动次数是一样的。 实验结论： 通过本次实验，我发现摆的快慢与摆锤质量没有关系。 5.实验二：探究摆的快慢与摆绳长短的关系 实验要求：探究摆的快慢与摆锤长短的关系。 实验材料：铁架台、摆绳长短不同的摆、计时器、实验记录表等等产。 实验方法： 利用最长摆绳的摆，测量 30 秒摆动的次数，测量三次。 利用中等长度摆绳的摆，测量 30 秒摆动的次数，测量三次。 利用最短摆绳的摆，测量 30 秒摆动的次数，测量三次。 实验注意点： 本次实验中，不会改变的条件：摆锤的质量、摆幅的大小。 会改变的条件：摆绳的长短。
14、实验现象： 摆绳长，摆动得慢，摆绳短，摆动得快。 实验结论： 摆的快慢与摆绳的长短有关。摆绳越长，摆的越慢；摆绳越短，摆的越快。 6.研讨 问题 1：摆的快慢与什么因素有关？我们是怎么知道的？ 摆的快慢与摆绳长短有关。 这一结论是我们通过实验得知的。 问题 2：摆的快慢与摆绳长短有什么关系？ 摆绳越长，摆的越慢；摆绳越短，摆的越快。 3.6.3.6.制作制作钟钟摆摆 1.不管是哪一个机械摆钟，里面的钟摆每分钟摆动的次数都为 60 次。 2.摆的快慢与摆绳的长度有关，摆绳越长，摆的越慢；摆绳越短，摆的越快。 3.本节课制作钟摆的任务： 机械摆钟里的钟摆每分钟摆动 60 次，让我们制作一个一分钟正
15、好摆动 60 次的摆。 怎样才能制作出一个一分钟正好摆动 60 次的摆呢？首先我们小组成员要共同讨论交流，设计 出一个方案，并且不停的修改和优化我们的设计方案。 设计方案成功之后，就可以根据我们的设计方案选择所需的材料来制作钟摆了。 4.制作钟摆的材料：铁架台、细绳、回形针、螺母、秒表等。 5.制作钟摆的步骤： 设计方案，制作钟摆，测试钟摆 初步制作出我们的钟摆之后，我们还要对我们制作的钟摆进行反复测试，不断调整和记录，使 制作完成的钟摆正好一分钟摆动 60 次。 6.测试自制钟摆的方法： 问题 1： 我们怎样测试和调整我们的钟摆呢？如果摆动过快， 我们该怎样调整？如果摆动过慢， 我们又该怎样
16、调整？ 如果摆动过快，我们可以调整摆线的长度，将摆线长度加长。 如果摆动过慢，我们可以将摆线长度缩短。 问题 2：我们是不是每次测试都需要测试一分钟摆动的次数？怎样才能节约测试的时间呢？ 不需要，为了节约时间，我们可以测试摆在 10 秒钟里是否摆了 10 次，不需要每次都测试一分 钟。 7.研讨 一分钟摆动 60 次的钟摆，他的摆绳长短有什么特点呢？ 一分钟摆动 60 次的钟摆，摆绳大概在 25 厘米左右。不过由于测量误差，实验材料缺陷等等各 方面的原因，我们在测量摆长时，摆长在 24-26 厘米之间都是正常的。 3.7.3.7.计量时间和我们的生活计量时间和我们的生活 1.人类的计时工具经过
17、了漫长的演变，从最初的日出而作，日落而息，到后来的日昝、水钟、 燃香、蜡烛，再到后来的机械钟，到现在我们使用的电子表、原子钟等计时工具。 2.我们每天都要通过钟表来掌握时间、安排工作和作出决定。 3.总结和比较人类计时工具的演变。 计时工具的比较计时工具的比较 日昝 水钟 摆钟 手表 使用材料 石头 水 金属 石英 准确性 不准确 不太准确 比较准确 准确 计时原理 太阳下物体 影子变化的规律 水滴的 等时性原理 摆的等时性原理 机械原理 方便程度 不方便 不太方便 比较方便 很方便 缺陷 不太准确 比较笨重 晚上不好用 不太准确 要有人看守 要加水 比较笨重 携带不方便 造价昂贵 技术要求高
18、 4.不管是哪一种计时工具都有自己的特点，既有自己的优点，也有自己的缺点。不过随着科技 的发展，人们制作出来的计时工具越来越方便，越来越准确。 5.日常生活中，我们在什么情况下，需要精确计时呢？ 航天器的发射过程需要精确计时，才能保证安全和成功。 百米赛跑的时候需要精确计时，才能知道是否打破了记录。 时刻表可以保障交通有序运行，提醒我们准时到达。 生活中用微波炉加热食物，需要精确计时时间，过长或者过短都不利于食物的加热。 公交车、汽车、火车、飞机等交通工具，需要精确计时才能保证交通的有序运行。 电视台的节目需要精确计时，不然电视节目容易产生混乱。 GPS 定位系统需要精确计时，如果产生时间上的
19、误差，就会反映到空间上产生更大的差距。 6.日常生活中更为精准的计时工具有：石英钟、原子钟、电子表、手机、电脑等。 7.当今世界，计时最精确的是原子钟，精度可以达到每 2000 万年才误差 1 秒。 8.研讨 问题 1：计时工具的设计运用了物体运动的什么规律？ 计时工具的设计运用了物体运动的周期性变化规律。 问题 2：说说我们知道的现代计时工具。 现代计时工具主要有石英钟表、电子表、手机、手环、原子钟等。 问题 3：如果计时工具不准确，会给我们的生活带来哪些影响？ 如果计时工具不准确，可能会影响我们日常生活的有序性，影响我们的交通的有序运行，让我 们的生活变得非常混乱；可能会影响科学科技的发展。 9.在没有导航仪的年代，航行在茫茫大海上的船员，曾利用钟表来辨识自己所在的位置，让船 成功的从一个地方航行到另一个地方，他们是怎样做到的呢？ 既然天体间的周期性运动可以计时,那反过来,计量时间可以推测出天体间的运动规律等。 原理：地方时 0 点为正北。太阳在天上转一周手表时针转 2 周,手表时间除以 2,正是太阳所在 方位。 操作：手表平放,以当地地方时的一半指向太阳,12 点所在方位为北方。 示例：以下午 14 点为例,142=7,7 点位置对准太阳,此时 12 点位置的指向即是北方。