“證明地球在自轉(zhuǎn)”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

龍思思 袁雄敏

Improvement of the Experiment of"Proving that the Earth is Rotating"

LONG Sisi[1]， YUAN Xiongmin[2]

（[1] Changsha Experimental School Meixihu School， Changsha， Hunan 410221；[2] Yuelu District Teacher Development Center， Changsha City， Hunan 410023）

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.044

實(shí)驗(yàn)原型及不足

《證明地球在自轉(zhuǎn)》一課安排了兩個(gè)教學(xué)活動(dòng)：研究擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特點(diǎn)和模擬傅科擺實(shí)驗(yàn)證明地球在自轉(zhuǎn)。在實(shí)驗(yàn)中總是出現(xiàn)以下的問題：裝置容易晃動(dòng)；擺錘容易撞擊到鐵架臺(tái)支柱；擺錘圍繞中間的鐵架前后左右轉(zhuǎn)動(dòng)。這些都會(huì)影響學(xué)生建構(gòu)擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向的概念。

在傅科擺證明地球在自轉(zhuǎn)的活動(dòng)中，學(xué)校儀器室中并沒有傅科擺裝置，就算進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，也需要自制器材。

實(shí)驗(yàn)材料

電動(dòng)轉(zhuǎn)盤、木質(zhì)圓片和木桿、單擺、360°圓形刻度表、玩具小人偶、漁線、建筑吊墜等。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及方法

1.在研究擺的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中，木質(zhì)圓片和木桿組裝成一個(gè)門型框架，單擺懸掛在中間，再將整個(gè)裝置放置在電動(dòng)轉(zhuǎn)盤上（如圖1）。讓學(xué)生操作轉(zhuǎn)動(dòng)底盤與不轉(zhuǎn)動(dòng)底盤，分別觀察兩種情況下擺的擺動(dòng)方向。學(xué)生很容易觀察得出不管底盤轉(zhuǎn)動(dòng)與否，擺都具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特征。

2.在傅科擺證明地球在自轉(zhuǎn)的活動(dòng)中，利用釣魚線和建筑吊墜在實(shí)驗(yàn)室里制作一個(gè)3米多高的傅科擺，在傅科擺下方鋪上360°的圓形刻度表。讓傅科擺擺動(dòng)起來，并將其過程拍攝下來，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，擺的方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)（如圖2）。

3.增設(shè)模擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解傅科擺證據(jù)。如果把圖2裝置的擺看成是傅科擺，那么地下的轉(zhuǎn)盤就相當(dāng)于地球地面，增加一張360°刻度表，用小人偶表示在地面上看擺的人。當(dāng)?shù)妆P不動(dòng)和底盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過手機(jī)投屏出小人偶所看到的擺的擺動(dòng)方向。通過手機(jī)投屏便可以清楚地看到，只有當(dāng)?shù)妆P轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，人看到的擺才會(huì)發(fā)生改變（如圖3）。

4.制作3D視頻，讓學(xué)生從模擬實(shí)驗(yàn)類比到地球宇宙空間。正如模擬實(shí)驗(yàn)的小人偶看到的一樣，人們之所以看到傅科擺發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是因?yàn)槿嗽诘厍蛏想S著地球一起自轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

1.自制的擺裝置能平緩穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)，且保證了擺的位置不變，能使學(xué)生順利得出擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特征，為后面理解傅科擺作鋪墊。

2.通過在實(shí)驗(yàn)室里自制傅科擺，比起教材上的閱讀資料，該情境更為真實(shí)。

3.增加的模擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生更容易理解傅科擺證明地球在自轉(zhuǎn)。

4.自制的3D視頻，有助于學(xué)生從模擬實(shí)驗(yàn)類比到地球宇宙空間。