“證明地球在自轉”實驗改進

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：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.044

實驗原型及不足

《證明地球在自轉》一課安排了兩個教學活動：研究擺具有保持擺動方向不變的特點和模擬傅科擺實驗證明地球在自轉。在實驗中總是出現以下的問題：裝置容易晃動；擺錘容易撞擊到鐵架臺支柱；擺錘圍繞中間的鐵架前后左右轉動。這些都會影響學生建構擺具有保持擺動方向的概念。

在傅科擺證明地球在自轉的活動中，學校儀器室中并沒有傅科擺裝置，就算進行模擬實驗，也需要自制器材。

實驗材料

電動轉盤、木質圓片和木桿、單擺、360°圓形刻度表、玩具小人偶、漁線、建筑吊墜等。

實驗改進及方法

1.在研究擺的特點實驗中，木質圓片和木桿組裝成一個門型框架，單擺懸掛在中間，再將整個裝置放置在電動轉盤上（如圖1）。讓學生操作轉動底盤與不轉動底盤，分別觀察兩種情況下擺的擺動方向。學生很容易觀察得出不管底盤轉動與否，擺都具有保持擺動方向不變的特征。

2.在傅科擺證明地球在自轉的活動中，利用釣魚線和建筑吊墜在實驗室里制作一個3米多高的傅科擺，在傅科擺下方鋪上360°的圓形刻度表。讓傅科擺擺動起來，并將其過程拍攝下來，學生可以發現，隨著時間的推移，擺的方向發生了偏轉（如圖2）。

3.增設模擬實驗讓學生理解傅科擺證據。如果把圖2裝置的擺看成是傅科擺，那么地下的轉盤就相當于地球地面，增加一張360°刻度表，用小人偶表示在地面上看擺的人。當底盤不動和底盤轉動時，通過手機投屏出小人偶所看到的擺的擺動方向。通過手機投屏便可以清楚地看到，只有當底盤轉動時，人看到的擺才會發生改變（如圖3）。

4.制作3D視頻，讓學生從模擬實驗類比到地球宇宙空間。正如模擬實驗的小人偶看到的一樣，人們之所以看到傅科擺發生偏轉，是因為人在地球上隨著地球一起自轉。

實驗優點

1.自制的擺裝置能平緩穩定地轉動，且保證了擺的位置不變，能使學生順利得出擺具有保持擺動方向不變的特征，為后面理解傅科擺作鋪墊。

2.通過在實驗室里自制傅科擺，比起教材上的閱讀資料，該情境更為真實。

3.增加的模擬實驗讓學生更容易理解傅科擺證明地球在自轉。

4.自制的3D視頻，有助于學生從模擬實驗類比到地球宇宙空間。