4.1《原子钟寻亲记》 课件-2024-2025学年科学四年级下册大象版（2017）

第1课 原子钟寻亲记 第四单元 精确时间的步伐 （大象版）四年级 下 01 学习目标 02 新知导入 03 探究新知 04 课堂练习 05 板书设计 06 作业布置 学习目标 01 科学观念：了解人类计时工具的发明和发展历史，认识有代表性的计时工具的结构、功能、优缺点及工作原因等。 科学思维：在认识某种计时工具的优缺点过程中，培养反思的意识与习惯 。 探究实践：能收集计时工具的信息，并对这些信息进行比较与分类；在教师引导下，能反映一些计时工具的部分科学原理。 态度责任：了解并认识到人类对产品不断改进以适应不断发展的需求，知道人类的需求是促进科学技术发展的关键因素。 新知导入 02 小小骏马不停蹄， 日日夜夜不休息， 蹄声哒哒似战鼓， 提醒人们争朝夕。 ——打一物品 钟表 新知导入 02 我是一个原子钟。虽然我们看起来没有钟的样子，却是现在最精确的计时工具。我很想了解自己的“家史”,我要穿越时空，去寻找我的祖先。 探究新知 03 小贴士 铯原子钟是一种精密的计时器具。 在近代的社会生产、科学研究和国防建设等部门，对时间的要求就高得多。它们要求时间要精准到千分之一秒，甚至百万分之一秒。 人们制造出了一系列精密的计时器具，铯钟就是其中的一种。铯钟又叫“铯原子钟”。 在第13届国际度量衡会议上，“秒”被重新由铯原子钟来定义。 计时工具家族 探究新知 03 活动 从古至今，人类发明了很多测定时间的工具。收集资料，了解下面的这些计时工具。 咱们开一个计时工具展示会吧！ 探究新知 03 计时工具家族 探究新知 03 活动 什么是最早的计时工具? 日晷 水钟 蜡烛钟 香篆钟 沙漏 水运仪象台 钟摆 机械表 石英表 电子表 计时工具家族 探究新知 03 活动 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。 它们又是怎样测量时间的呢? 计时工具家族 探究新知 03 活动 它们又是怎样测量时间的呢? 漏刻（水钟） 漏刻，也叫水钟。漏刻主要有泄水型和受水型两类。 早期的漏刻多为泄水型，水从漏壶底部侧面流泄，使浮在漏壶上面的漏箭随水面下降，由漏箭上的刻度指示时间。 受水型，水从漏壶以恒定的流量注入受水壶，浮在受水壶上面的漏箭随水面上升指示时间，提高了计时精度。 此计时工具从春秋战国时期一直沿用到宋朝。 计时工具家族 探究新知 03 活动 它们又是怎样测量时间的呢? 蜡烛钟 蜡烛不仅仅可以用来照明，在古代，人们也把它当作时间测量工具。 因为蜡烛在单位时间内燃烧的长度大致相同。 所以古代的人们可以通过蜡烛燃烧的长度来计时。 计时工具家族 探究新知 03 活动 它们又是怎样测量时间的呢? 沙漏 沙漏是根据从一个容器漏到另一个容器的沙量来计时。 西方沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成的。通过充满了沙子的玻璃球从上面穿过狭窄的管道流入底部玻璃球所需要的时间来对时间进行测量。 一旦所有的沙子都已流到的底部玻璃球，该沙漏可以被颠倒以测量时间了， 一般的沙漏有一个名义上的运行时间1分钟。 计时工具家族 探究新知 03 活动 它们又是怎样测量时间的呢? 机械摆钟 摆钟是以伽利略发现的摆的摆动具有规则性这个原理为基础而发明的，运用发条原理。 时钟的体积大为缩小,放在房屋里既方便计时,又是一个不错的摆设装饰。 表盘有十二小时分割点,使得辨认时间清晰，直接，方便。侧面的旋钮方便对时,调时。 整点钟响报时,从听觉方面增强了与人之间的互动。滴滴答答,光阴流逝，珍惜珍惜。 计时工具家族 探究新知 03 活动 它们又是怎样测量时间的呢? 石英表 石英表，又叫做石英振动式电子表，是腕表种类之一，英文名是quartz watch。 石英表是利用石英晶体有规律地震动计时的。 将石英晶体运用在钟表上是一种现代的发明，世界上第一个石英表是在瑞士制成的。 计时工具家族 探究新知 03 活动 它们又是怎样测量时间的呢? 电子表 电子表的工作原理是电学振荡，使用液晶显示屏显示时间。 计时工具家族 探究新知 03 活动 它们又是怎样测量时间的呢? 原子钟 原子钟是利用原子的一定共振频率而制造的精确度非常高的计时仪器。 第一个原子钟于1949年发明，现陈列于史密森尼学会。 美国国家标准局的铯原子钟,每年的误差只有300亿分之一秒。 计时工具展示会 探究新知 03 活动 小组合作，把收集到的某一计时工具的资料展示给同学们。 认真倾听同学们的介绍，可以提出自己的问题。 名称 沙漏（沙钟） 原理 根据一定数量的沙子从一个容器漏到另一个容器中所需的时间来计时。 精确值 一般沙漏一次运行时间是1分钟。 优缺点 短时计时比较准确。测量时间越长，越不准确。 计时工具展示会 探究新知 03 活动 小组合作，把收集到的某一计时工具的资料展示给同学们。 认真倾听同学们的介绍，可以提出自己的问题。 名称 日晷 原理 利用太阳的投影方向来测定并划分时刻。 精确值 最小精确值十五分钟 优缺点 不但能显示一天之内的时刻，还能显示节气和月份；缺点是笨重，看不到阳光的阴雨天气和夜晚不能使用。 示例： 计时工具展示会 探究新知 03 活动 小组合作，把收集到的某一计时工具的资料展示给同学们。 认真倾听同学们的介绍，可以提出自己的问题。 名称 机械摆钟 原理 摆钟是利用摆锤的周期性振动（摆动）过程来计量时间。 精确值 机械摆钟摆动一次的时间大约为2秒‌，最小精确值是秒。 优缺点 辨认时间直接、方便，整点报时增强了与人的互动性。缺点是走时误差较大，需要定期调试‌。 示例： 计时工具展示会 探究新知 03 活动 小组合作，把收集到的某一计时工具的资料展示给同学们。 认真倾听同学们的介绍，可以提出自己的问题。 名称 电子表 原理 电学振荡，使用液晶显示来显示时间。 精确值 电子手表在温度25～28℃时，一昼夜计时误差在一秒以内。 优缺点 当温度至0℃以下或50℃以上时，每昼夜会慢两秒钟。 示例： 计时工具展示会 探究新知 03 活动 小组合作，把收集到的某一计时工具的资料展示给同学们。 认真倾听同学们的介绍，可以提出自己的问题。 名称 石英表 原理 石英表是利用石英晶体有规律的振动来计时。 精确值 最小精确值是1秒 优缺点 计时准确，体积小，外观精美，但需要定期更换电池。 示例： 处理信息 探究新知 03 比一比各种计时工具的最小精确值和工作特点，我们能发现什么? 计时工具 最小精确值 工作特点 沙漏 1分钟 流沙计时 秒表 0.01秒 摆钟 1秒 日晷 振动计时 摆锤摆动计时 15分钟 投影计时 …… 探究新知 03 最小精确值就是工具可以测量出来的最小单位。单位越小，精确度越高。 处理信息 探究新知 03 比较一下它们的异同，尝试自定标准进行分类。 按发明时间分 古代计时工具 近现代计时工具 日晷 自鸣式机械钟 漏刻 怀表 沙漏 机械摆钟 水运仪象台 石英表 原子钟 水钟 序号 存入问题 存入时间 提取时间 1 2 3 4 5 处理信息 探究新知 03 如果还有其他问题，可以存入“问题银行”。 问题银行存折 XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX 新买的电子表慢了怎么调整呢？ …… 自然界里还有哪些可以用做计时设备呢？ 我们平时摆在家里的沙漏可以调成计时1小时吗？ 可以将鱼缸里的水循环设备改成水钟吗？ 一、填空题 1.（ ）虽然看起来没有钟的样子，却是现在最精确的计时工具。 2.沙漏（沙钟）的原理是根据一定数量的沙子从一个容器漏到（ ）中所需的时间来计时。 3. （ ）就是工具可以测量出来的最小单位。单位越小，精确度越高。 课堂练习 04 原子钟 另一个容器 最小精确值 二、判断题 1.沙漏短时计时较准确,测量时间越长越不准确。（ ） 2.日晷是最早的计时工具。（ ） 3.最小精确值越大,精确度越高。（ ） 4.电子手表是现在最为准确的计时工具。（ ） 5.人们最早使用的计时工具是日晷。（ ） 6.蜡烛钟是通过蜡烛燃烧的长度来计量时间的。（ ） 课堂练习 04 ✓ ✓ ╳ ✓ ✓ ╳ 三、选择题 1.按照计时精确度由高到低排序,下列选项正确的是（ ）。 A.摆钟→沙漏→电子表 B.沙漏→电子表→摆钟 C.电子表→摆钟→沙漏 课堂练习 04 C 三、选择题 2.下列不属于计时工具的是（ ）。 蜡烛 B.时辰 C.沙漏 课堂练习 04 B 三、选择题 3.下列计时工具中,精确度最高的是（ ）。 A. B. C. 课堂练习 04 A 原子钟寻亲记 时间轴箭头‌：日晷→机械钟→石英钟→原子钟 板书设计 05 工具 原理 优点 缺点 日晷 太阳影子 自然、简单 依赖天气 机械钟 齿轮传动 便携 误差大 石英钟 石英振动 较精确 温度影响 原子钟 原子振动 超高精度 技术复杂 查阅资料试着制作日晷或沙漏。 作业布置 06 $$人生百年，白驹过隙。在事物的变化之中，人类虽然不能把握时间的进程，却需要一种标准来度量时间，以便安排生活的起居，在我们周围，任何等时性出现的变化都可以作为计时单位。伴随着地球的自转，古人日出而作，日落而息，自然就有了一天的概念。月球的公转引起了月相的变化，月亮的周期性盈亏使人们产生了月份的概念，而地球的公转会导致大约每过12月份季节轮换，从而使人们产生了年份的概念。随着生产力的发展，为了更加精细的安排时间，人们根据影子的变化发明了日晷。但是碰上了阴雨天气和夜晚，日晷就不灵了。到了后来，人类又发明了水中利用下落的水滴来驱动一个计时装置的运转。中国人发明的豆腐也是水中的一种形式，蜡烛和熏香也被作为临时的计时工具使用。有了这些技术工具，安排个吃喝拉撒是没有问题了，可是要进行测量和研究就显得太粗糙了。元1582年，伽利略发现了单摆的等时性，此时正是明万历十年。七十多年后，荷兰物理学家惠更斯发明了机械摆钟，它可以通过一系列巧妙的齿轮机构，通过琴重器与单摆的互动，让单摆告诉机械摆动的节奏，让发条机构为单摆提供持续摆动的能量。白钟的发明使得人类的计时精度可以达到1‰秒，堪称一种划时代的发明。之后人们利用石英晶体的共振特性，发明了更加准确的石英钟，其精度可以达到每天10万分之1秒，约270年才误差一秒。如今最准确的计时工具就是原子钟，这种计时装置每过2000万年误差约为一秒。如今我们每天都使用的定位和导航系统都要依赖于原子钟的精确走时。随着计时工具的变迁，人们对时间的理解也越来越深刻。