Galileo's Pendulum Experiments

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1 Galileo's Pendulum Experiments
伽利略的鐘擺實驗 活動內容版權屬香港青年協會擁有©2015

2 活動1：甚麼是科學方法? Step 1: 觀察  提出問題 Step 2: 提出假設（Hypothesis）
Step 3:由假設推斷出預測結果（Prediction） Step 4:以實驗（ Experiment）測試假設 Step 5: 分析結果及綜合結論（Conclusion）

3 Step 2：提出假設 重的物件的掉落速度比輕的物件快， 物體下墜速度與物件重量成正比 不論質量如何，所有物件的下墜速度均等 亞里士多德
Jastrow (11 November 2006) 亞里士多德 Aristotle (384 BC – 322 BC) Daniele Pugliesi (20 October 2008) 伽利略 Galileo Galilei ( )

4 Step 3 & 4：以實驗驗證假設 月球上的實驗 http://www.youtube.com/watch?v=-4_rceVPVSY
Image Credit: NASA 月球上的實驗 Saffron Blaze (16 November 2013) 伽利略的實驗 根據亞里士多德的假設

5 實驗時要注意  公平測試（Fair Test） 每次實驗只可改變其中一個變數， 保持其他狀態不變  重覆實驗多次
θ 開始的角度 線的長度  重覆實驗多次  減低其中出現的誤差 （Error） 鉛錘的重量

6 Step 5：分 析結果及綜合結論 霉菌的生長實驗 受霉菌覆蓋的表面範圍 在冰格(約-4℃)放置5片麵包 在雪櫃中(約4℃)放置5片麵包
在室温中(約25℃)放置5片麵包 受霉菌覆蓋的表面範圍 Martyn Shuttleworth(24 November 2008)

7 古人是如何測量時間?

8 有什麼物件可以幫助我們計算時間 ? Clepsydra 在曆史進程中，我們的祖先在不同的時期發明和制造了各種适應當時社會經濟發展和人們生活需求的計時器。其中主要有圭表、日晷、漏刻、機械計時器等。

9 活動2：水鐘的計時實驗 實驗用具，包括： 1 個計時器 2 個透明水杯（一個有孔，以膠紙覆蓋） 1 個木磚 1 支黑色油性筆 預備時間：
練習使用計時器, 大聲讀出秒數

10 (下方水杯) 一切準備妥當後，可撕下黑色膠 紙，開始實驗 1) 待水量到逹杯上第一個指標, 開始計時 大聲讀出秒數 2) 留意秒數，
每10秒在下方水杯畫下記號 同時留意流水速度,控制下方 水杯位置 直至只有水緩緩滲出 (下方水杯)

11 思考問題： 每10秒劃出的刻度距離是否均等 ? 不均等的原因? 再重覆實驗一次

12 漏刻 中國的水鐘 陰天、晴天、 室內都可使用 動畫： ch/science/02/s1b_ac03.html

13 伽利略 （Galileo Galilei，1564－1642） 意大利物理學家、天文學家 改進望遠鏡和進行天文觀測 支持哥白尼的日心說
Daniele Pugliesi (20 October 2008) Tuanna2010 (21 December 2010)

14 伽利略的鐘擺實驗 結果 JoJan (7 May 2005)

15 活動3：鐘擺實驗 實驗設置 量角器 (0o 向下) 小組分工： 同學甲 ~負責以秒錶量度5個週期所需時間 鐵支架 同學乙
~ 站於量角器正前方， ~ 拉動螺絲帽至指定角度， ~ 倒數3、2、1 放手開始擺動 同學丙 ~記錄5個週期所需時間 鐵支架 螺絲帽 繫於長50cm的線

16 伽利略的鐘擺實驗 結論：鐘擺週期是否受角度改變影響? 實驗1 記錄首5次週期所需時間 （一個週期=鉛錘盪回到原本位置 所需時間）
（一個週期=鉛錘盪回到原本位置 所需時間） 角度 θ 50cm 使用50cm 線及一粒螺絲帽 角度 週期(秒) 30° 20° 10° 結論：鐘擺週期是否受角度改變影響?

17 伽利略的鐘擺實驗 什麼是這個實驗中 可改變的變數? 1) 角度 2) 線的長度 3) 重量 角度 長度 重量 透過不同的實驗設計，
θ 長度 1) 角度 2) 線的長度 重量 3) 重量 透過不同的實驗設計， 我們可以知道鐘擺週期受以上 哪一個變數影響

18 伽利略的鐘擺實驗 鐘擺週期是否受長度改變影響? 實驗2： 使用不同長度的線 角度 （記錄長度= _________cm） 長度 θ 角度
週期(秒) 30° 鐘擺週期是否受長度改變影響?

19 活動4挑戰: 設計鐘擺令5次週期最接近10秒 分析實驗結果：推論變數會否影響鐘擺週期（Period） 改變實驗變數 會否影響鐘擺週期
如何影響 角度 不會 - 線的長度 會 長度增加, 鐘擺週期增加 懸掛的重量 活動4挑戰: 設計鐘擺令5次週期最接近10秒

20 機械鐘錶的重要部分 - 擒縱器Escapement
Chetvorno (3 June 2014) 鐘擺 重物 Popular Science Monthly Volume 29 (1886)

21 Photo References Chetvorno (3 June 2014) Anchor escapement animation, retrieved from 25, August, 2014, From Wikimedia Commons Daniele Pugliesi (20 October 2008), Galileo.arp.300pix, retrieved from 25, August, 2014, From Wikimedia Commons Jastrow (11 November 2006), Aristotle Altemps Inv8575, retrieved from 25, August, 2014, From Wikimedia Commons JoJan (7 May 2005), Pisa.Duomo.dome.Riminaldi01, retrieved from 25, August, 2014, From Wikimedia Commons Martyn Shuttleworth(24 November 2008) Mold Bread Experiment, retrieved from 30,August, 2014 from explorable Popular Science Monthly Volume 29 (1886) Gravity clock escapement mechanism, retrieved from 30 August, 2014, From Wikimedia Commons Saffron Blaze (16 November 2013), The Leaning Tower of Pisa SB, retrieved from 25, August, 2014, From Wikimedia Commons Tuanna2010 (21 December 2010), Lunar Eclipse Sequence on Winter Solstice, retrieved from 25, August, 2014, From Wikimedia Commons