2022年新教科版五年级上册科学第三单元教材分析.docx

名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -2022 年新教科版五年级上册科学教材分析 第三单元 计量时间一、单元概述 自具有“ 时间” 概念以来,人们便不断地寻求着精确计量时间的方法；古人经过长 时间的观测和日常生活体会的积存,发觉太阳等天体在天空有规律地转变着位置,并且 出现出周期性的运动；依据太阳东升西落固有的周期性,人们制定了历法并用此描述时 间,这是我们能够追溯到的较早的划分时间的方法； “ 天” 成了最早的时间单位； 那么,一天内的时间进程又如何把握呢？古人创造了日晷,仍争论制作出了沙漏、水钟等计量 时间的装置；随着社会的进展,人们逐步意识到精确计量时间的必要性和重要性；17 世纪以后,钟表工艺迅猛进展,在时间计量史上具有划时代的意义；依据伽利略发觉的 单摆的等时性, 惠更斯制造了历史上第一个摆钟,使时钟的误差从每天 15 分钟削减到 5分钟；后来惠更斯又首次造出了第一个依靠发条驱动的机械表,并由此推动了 18 世纪 高精度航海钟的创造,从而解决了困扰人类近两个世纪的经度测定问题,大大推动了航 海事业的进展；不仅如此,机械钟的显现仍促进了当时整个机械工业的进展,使以钟表、罗盘、枪炮、印刷术等为代表的技术革命成为近代科学产生和进展的动力之一；回忆整 个科学进展史,我们可以清晰地看到,计时工具的进展史是与整个人类文明进展史同步 的；同学在本单元的学习中,要大致明白人类计时工具进展的几个比较典型的阶段：燃 香钟水钟摆钟；同学要学会观看、争论这些不同计时工具的差异性,以及保证计时 精确的科学原理；在此基础上模拟设计和制作水钟、钟摆等计时工具；犹如古人一样,同学通过亲历科学实践活动会发觉一些计时方法的局限和不足,于是便会产生改进计时工具的内在需求；由于燃香钟受外界因素影响较大,因此,计时方法直接进阶到水钟；水钟可以说是时钟进展史上比较典型的机械计时工具了,但是其精确性和便利性都有待提高,于是又进阶到摆钟；另外,在争论同一种计时工具时,同学的认知和思维也是在 不断向前推动的,例如争论水钟,一开头发觉初始水位高度和孔径不变,流出相同多的 水,时间是相等的；继而又发觉当水位变化后,水流速度并不是相等的；最终熟识到只 有保持水位不变时,水流速度才是相等的；再比如,对于单摆的争论,同学一开头会发现同一个单摆在摇摆起来的时候具有等时性 相同时间内摇摆次数相同 ,但是不同单摆的摇摆速度却不同；进一步争论发觉,摆绳长度会影响单摆摇摆的快慢；因此,本单元 是同学懂得“ 科学上的说明、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -的” 这一观点很好的材料；当同学回忆整理整个单元的争论时,可以清晰地熟识到：具有肯定周期性运动的事物可用于计时；本单元学习目标来自课程标准中5-6 年级的以下相关学习内容；16.2.1 知道重大的发眀和技术会给人类社会进展带来的深远影响和变化；18.2.2 将自己简洁的创意转化为模型或实物；18.3.2 简洁评估完成一个产品或系统的可行性,预想使用成效；本单元共有 7 课,它们的编排规律如下；第一提出问题,明确本单元争论的主题,即在时钟创造之前,人们是怎样计时进而 支配生活和劳作的 第 1 课 ；再通过对计时进展史上不同阶段燃香钟、水钟、摆钟等典型的计时工具的制作、 观测及研讨等活动, 探究这些计时工具的特点及计时原理 第 1-6 课 ,熟识人类计时工具进展进程,体会重大的创造和技术会给人类社会进展带来的深远影响和变化；在熟识并争论古代水钟、摆钟等计时工具的基础上,同学设计、制作自己的水钟、摆钟等计时工具 第 3、6 课 ,他们依据教科书提出的任务结合所学学问,进行设计,评估完成一个产品的可行性,推测使用成效,然后将自己的创意转化为可以 实际用来计时的工具,并通过测试发觉问题,提出进一步改进的设想；最终,教科书引 导同学调查和比较人类计时工具的演化,关注计时和我们生活的关系 第 7 课 ；第 1 课“ 时间在消逝” ,作为单元起始课,一开头就提出了单元争论主题“ 在时钟创造之前,人们是怎样支配生活和劳作的呢？”,之后通过对日晷等的介绍,简要明白一些古代计时方法,然后开展“ 一炷香” 时间的争论；这项争论为后续整个单元的争论供应了基本的争论方法： 观测事物在一段时间内的运动变化 水的流淌,摆摇摆 10 次等 所需的时间是否一样； 如一段香的燃烧, 100 毫升第 2 课“ 用水计量时间” ,同学在熟识燃香钟并明白燃香钟受外界因素影响的局限 性的基础上,进而开头关注、争论水钟；通过对水流的观看,对在不同水位高度时流出 相同量的水所需的时间的推测及实测,熟识到水位高度会影响水流的速度；在此基础上 观看古代水钟,明白古人如何做到保持水位高度相同从而掌握水流速度不变；第 3 课“ 我们的水钟” ,同学在对水流特点熟识的基础上,开头设计制作自己的水；可以让水从固定的水位高度流出相同的水量来计时,也可以想方法掌握水位高度不变,让水以匀称的速度流淌从而计时；制作完成后仍将连续测试,发觉问题并加以改进；这 是同学在本单元第一次经受一项简易工程的过程,同学将自己简洁的创意转化为实物,体会完成一项工程的基本过程,进而收成取得进步的成就感；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -第 4 课“ 机械摆钟” ,通过硏究摆钟,进一步提髙计时的精确性；通过对钟摆 1 分钟内摇摆次数的重复观测,以及对自制单摆 严格地说,本单元争论的是“ 单摆”,教科书中简称为“ 摆” ,本书后面也简称为“ 摆”1 分钟内摇摆次数的重复观测,同学会发现,同一个摆在相同时间内的摇摆次数相同,即摆具有等时性；摆可以用来计时；在统 计各组自制摆的摇摆次数时, 同学发觉,不同摆的摇摆速度不同, 由此引发出新的问题：摆的速度受什么因素影响？第 5 课“ 摆的快慢” ,承接上一课,同学争论并推测哪些因素影响摆的摇摆速度,并通过两组对比试验分别争论摆锤质量、摆绳长度与摇摆速度的关系；在此基础上,学 生熟识到,摆速快慢与摆锤质量无关,与摆绳长度有关；摆绳越短,摆速越快,反之,摆速越慢；1 分钟摆 60 第 6 课“ 制作钟摆” ,在前两课的争论基础上,同学将设计制作一个 次的单摆；这是一项需不断调试、改进以达成预期目标的简易工程；同样,需要经过设计 特殊是制订如何依据试验结果更有效、更快捷地改进设计方案的策略 、制作、测试、研讨等环节；同学将简洁评估完成这个产品的可行性,推测使用成效,并将自己简洁的 创意转化为实物； 在此基础上, 也可以让同学在课后连续争论,设计一个 1 分钟摇摆 30 次或 120 次的摆,让同学简洁体会摆的次数跟摆绳长度之间的比例关系；引导同学通过自己动手摸索出规律：为了让摆的次数变为原先的2 倍 或 1/2 ,绳子的长度需要增长到约 4 倍 或缩短到约 1/4 ；这有利于启发同学的抽象思维、规律思维,以及利用数学 懂得物理现象的意识；第 7 课“ 计量时间和我们的生活” ,同学将回忆本单元探究过的几种计时工具,调 查比较人类计时工具的演化, 归纳并初步发觉自然界一些周期性运动的事物可用于计时；本课引导同学关注计时和我们生活的关系,举例说明精确计时对我们生活的重要性,以 及计时不精确可能导致的严峻后果；最终,期望同学将所学用于现实,在实际生活中关 注计时,珍爱时间,精确用时；二、单元教学目标 科学概念目标 燃香、水流在肯定情形下匀速变化,单摆具有等时性；这些具有周期性运动特点的 事物可以用来计时；计时工具精确性的提高主要依靠设计、材料等的改进；科学探究目标细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -能观看和记录燃香长度变化的信息；能辨别和掌握试验中的可变因素；能推测和测试怎样转变一个可变因素从而影响试验结果；能说明结果并能总结可变因素是如何转变、影响试验结果的；会用图表等记录、整理、沟通信息；会设计、制作和改进“ 水钟”“ 摆钟” 等简易计时器；能通过阅读和争论科学资料来猎取更多的信息；科学态度目标 进展探究时间以及计时工具的爱好；意识到重复试验证明结果的重要性；观赏前人在测量时间和说明自然现象方面所做的奉献；初步体验到科学技术与人们生活的亲密关系；科学、技术、社会与环境目标 体会社会的需求是计时工具进展的动力；体会计时技术的进展和应用影响着社会进展；意识到人们始终在寻求精确的计时方法；随着科学和技术的进展,人们制作的计时 工具越来越精确；单元词汇 日晷：又称“ 日规”,是中国古代利用日影变化测定时刻的天文仪器,通常由晷针 和晷盘 带刻度的表座 组成；利用日晷计时的方法是人类在计时领域的重大创造；这项 创造被人类沿用达几千年之久；水钟：水钟在中国又称“ 刻漏”“ 漏壶” ；依据等时性原理,滴水计时有两种方法：一种是利用特殊容器记录水漏完的时间 泄水型 ；另一种是底部不开口的容器,记录它用多少时间把水装满 受水型 ；中国的水钟,最早是泄水型,后来泄水型与受水型同时并用或两者合一；自公元 85 年左右,浮子上装有漏箭的受水型漏壶逐步流行,并被广泛使用；宋代苏颂研制的水运仪象台,是当时世界上最先进的计时仪器；摆钟：摆钟是一种时钟,创造于17 世纪中叶,是依据单摆定律制造的；摆钟用摆锤掌握其他机件,使钟走得快慢匀称,一般能报点,并由发条供应能量使其摇摆；钟摆：时钟机件的一部分,是依据单摆原理制成的,常用于调剂时钟或其他机械的 运动件；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -材料清单 视同学人数和分组情形确定数量 ：古人用天体运动计时的图文 或视频 资料、秒表、香、火柴或打火机、各种水钟的资料与图片、能容纳 300 毫升水的塑料瓶子、 100 毫升量筒、记号笔、工字钉、透亮水杯、剪刀、美工刀、塑料瓶、尺子、铁架台、透亮胶带、水钟模型、大摆钟、摆锤 史” 资料、每课相应的试验记录表；三、分课时教材分析 螺帽 、摆绳 棉线 、钩码、“ 计时工具进展第 1 课 时间在消逝 一 背景和教学目标 对于同学来说,“ 时间” 是一个特别熟识的概念事物；几点上课？几点下课？几点 放学？同学每天都在和时间打交道；但是要问“ 时间” 是一种怎样的“ 东西”,就不那 么好回答了；时间是什么？没有人问我,我很清晰；但如有人问我,我便茫然不知了；我们这里谈的是科学意义上的时间； “ 人类是怎样逐步进展起各种计时方法和工具的？”“ 现代钟表创造之前,古人如何计时？” 这些问题同学可能有所摸索,并有肯定的探究 爱好；作为单元起始课,本课旨在引导同学来关注、争论这些问题,并通过对燃香钟这 一实例的探究、研讨活动,引导同学渐渐进入探究计时工具的状态：产生争论计时方法 的探究希望,初步把握争论计时问题的方法,为后面整个单元的学习做好预备；科学概念目标 古人利用天体的运动规律计时；在肯定的条件下,燃香变短的速度基本是匀称的,可以用来计时；科学探究目标 能搜集古人计时方法的资料并进行沟通；能观测并记录燃香时间的相关数据；能就“ 蜡烛可以计时吗” 这一问题结合试验进行争论,表达自己的观点；科学态度目标 有关注计时方法的意识和爱好；科学、技术、社会与环境目标 明白不同的时代有不同的计时工具； 二 教学预备为同学预备：秒表、香、火柴、记号笔、试验记录表； 可按组预备 ；老师预备：有关古人用天体 如太阳、月亮 运动计时的图文或视频资料、 教学课件；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -第 2 课 用水计量时间 一 背景和教学目标水钟在人类计时进展史上大约经受了3000 年的历程；它的显现与进展是为了一个更现实的需要,即怎样能够在多云的日子、阴雨天和夜晚计量时间；同学在明白用太阳 计时和争论燃香钟后,也会发觉它们的一些不足和局限；这让同学自然地想到,需要找 寻更好的方法来计时；同时,通过前一课“ 燃香钟” 的探究,同学也已初步熟识到,燃香能够被用作计时工具,是由于在肯定的情形下 如燃香粗细匀称,四周没有风吹等干扰因素等 燃香的长度变化是比较匀称的；他们或许能从中得到启示,可以通过找寻自 然界有规律运动的物体或大事来帮忙记录时间推移的轨迹；所以,从这课开头,同学要 在老师指导下,观看流水、单摆等的运动,探究影响其运动速度的因素；通过掌握和改 变影响这些大事运动变化速度的因素,设计并制作成可用于计时的装置；科学概念目标 初始水位高度和孔径不变,流出相同水量所需的时间；保持水位高度不变,水流的 速度不变；水流的这一特点可用于计时；科学探究目标 能通过试验发觉影响水流速度变化的主要因素；能通过观看古人利用流水计时的装置,结合自己的试验探究,懂得这些装置计时的 方法；科学态度目标 懂得古人的聪慧才智,对古人的聪慧创作产生佩服之情；在观看和记录试验数据时能始终保持严谨细致的态度；科学、技术、社会与环境目标 明白社会的进展会带动计时工具的进步； 二 教学预备 为同学预备：能容纳 200 毫升水的塑料瓶子、 200 毫升量筒 量杯 、记号笔、工字 钉、透亮水杯； 可按组预备 老师预备：课前搜集各种水钟的资料与图片、教学课件；第 3 课 我们的水钟 一 背景和教学目标细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -通过前一课的教学,同学已经熟识了两种水钟的构造,在经受了观看水流的速度的 试验和测量水流速度的变化的试验后,同学对水钟作为计时工具的原理有了新的懂得,有了制作水钟的欲望和理论基础；本课,同学要运用已把握的学问设计一个水钟,用图 画的形式对自己设计的水钟进行描述,并要亲自动手制作一个水钟,仍要在实践中检验 自己的水钟是否能精确计时,以及对水钟的设计进行改进；本课,同学将要经受设计方案一动手制作一测试并改进的工程活动过程,程；科学概念目标这个过程也是一个促进同学思维进展的过水钟通过肯定的装置,能够保持水在肯定的时间内以稳固的速度往下流,从而能用 来计时；我们可以掌握水流的速度,从而使水钟计时更加精确；科学探究目标 能运用画图和文字描述的方法设计制作水钟的方案；能利用剪刀、塑料瓶等简洁工具和材料制作一个简易的水钟；能在实际运用过程中对自己的方案进行改进；经受摸索方案一制订方案一实施方案一检验成果一查找缘由一改进完善的探究过 程；科学态度目标 在制作水钟的过程中感受到科学制作带来的乐趣；体会到在科学争论中分工合作与和谐地开展探究都是很重要的；体验到完成一个科学制作需要不断重复试验,在试验中逐步完善；科学、技术、社会与环境目标 经受一项工程的几个主要过程； 二 教学预备为同学预备：剪刀、美工刀、塑料瓶、秒表 铁架台和透亮胶带； 可按组预备 老师预备：自制的水钟模型、教学课件； 或者手表 、记号笔、直尺、工字钉、第 4 课 机械摆钟 一 背景和教学目标细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -随着社会的进展,人类对时间的要求也更加精确了,在相当多的时候需要以秒来计 算时间；计时器的进展历史的确是向着查找更轻巧、更精确的设备迈进的；像日晷、水钟以及后来的沙漏,虽然都经过了不断的改进和提高,但是它们仍旧无法满意人们对精 确计时的需求；1583 年,伽利略有了一个重大的发觉, 这引出了一个新的计时方法； 伽利略观看教 堂中的吊灯在微风中前后摇摆,摇摆的弧线时长时短,但不管摆幅是多大,吊灯来回的 时间似乎是一样的；他意识到摆可以成为一种有规律的计时装置,这引发了由摇摆的钟 摆来掌握的机械钟表的进展；在本课,同学从钟摆的摇摆开头观看争论,然后自己制作一个简易的摆 制作简洁 摆的三样东西是一根绳、 一个绑在绳子一端的重物和一个能把绳子挂起来并让它自由摆 动的支架 ,测量它在 1 分钟内的摇摆次数； 同学在测试自己制作的摆后沟通争论结果,得到初步共识,并为下一课提出了待争论的问题；科学概念目标 同一个单摆在相同时间内摇摆次数相同,这就是摆的等时性；依据这种性质,人们 制成了摆钟,使时间的计量误差更小；科学探究目标 能较精确地重复观测钟摆及自制摆每分钟的摇摆次数；能依据钟摆的特点动手制作一个单摆；科学态度目标 精确地测量摆的摇摆次数,懂得重复试验的意义；进展争论计时工具的爱好；科学、技术、社会与环境目标 明白社会的需求是科学技术进展的动力； 二 教学预备 为同学预备：手表 秒表 、摆锤 螺帽或其他重物 、摆绳 棉线 、支架 铁架台或 其他支架 、记录表； 可按组预备 老师预备：一个大摆钟、教学课件；第 5 课 摆的快慢 一 背景和教学目标细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -上一课,同学在测量摆的摇摆次数的时候已经发觉,不同的摆在 1 分钟内摇摆的次 数是不一样的；有的摆摇摆快,而有的摆摇摆慢；此时,同学的头脑中已经形成了一个 问题：在相同时间内,不同的摆摇摆的次数怎么不一样呢？摇摆快慢与什么因素有关？本课就在此基础上引导同学进行推测并进一步通过试验来争论；本课中,同学将就摆的快慢与什么因素有关绽开争论与摸索,并且去验证他们自己 的一些推测；在探究的过程中逐步排除一些推测,修正自己的想法；同学将分别测量不同质量摆锤的摆,以及不同摆绳长度的摆在30 秒钟内摇摆的次数；他们在分析测量数据的过程中会发觉,摆锤质量不影响摆的快慢,而摆绳长度就会影响摆的快慢,摆绳越 长,摆得越慢；科学概念目标 转变摆锤质量不能转变摆的快慢, 摆绳长度影响摆的快慢： 摆绳越短摇摆速度越快,反之就越慢 科学探究目标 能依据已有的试验现象估计摆的摇摆快慢与什么因素有关；能有效开展转变摆锤质量、摆绳长度对摆的快慢是否产生影响的试验争论；能对试验的结果进行分析,并能依据分析进行推测；科学态度目标 初步意识到获得精确的测量结果是需要反复测量的；意识到在试验中细心观看并发觉新的问题是很重要的；科学、技术、社会与环境目标 明白人类的奇怪心是科学技术进展的动力； 二 教学预备 为同学预备：摆绳 棉绳等 、几个大小相同的螺母 或钩码 、铁架台、秒表 或手表 、争论不同摆锤质量的摆和不同绳长的摆30 秒内摇摆次数的记录表各一份； 可按组预备 老师预备：同学用材料一套、教学课件；第 6 课 制作钟摆 一 背景和教学目标 在上一课,同学通过争论已经发觉,摆的摇摆快慢与摆绳长度有关；摆绳越长,摆细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -动就越慢,摆绳越短摇摆就越快；但是教科书又为同学的争论设置了新问题,机械摆钟 里的钟摆每分钟摇摆 60 次,假如要制作一个 1 分钟正好摇摆 60 次的摆,该怎样来制作呢？在本课中,同学将用调剂摆绳长度的方法来调剂摆的快慢；经过本课的争论,同学 将能够更好地懂得钟摆,并学会掌握钟摆的快慢；依据前面的学习基础,同学也将制作 一个 1 分钟摇摆 60 次的摆,也就是机械摆钟的钟摆；科学概念目标 摆的摇摆快慢与摆绳长度有关；同一个摆,摆绳长度越长,摇摆越慢；摆绳长度越短,摇摆越快；科学探究目标 能在真实的情境中争论摆绳长度如何影响摇摆快慢,不断地调整摆,直至每分钟正好摇摆 60 次；能运用测量与比较的方法来争论摆的摇摆快慢；科学态度目标 熟识到细心观看与精确测量的重要性；对新问题的争论保持积极的探究欲望；科学、技术、社会与环境目标 意识到人类对产品需要不断地改进以适应现实的需求； 二 教学预备为同学预备：瘦长绳、铁架台计时器 预备 老师预备：教学课件； 秒表或者手表 、摆锤 金属球等 ； 可按组第 7 课 计量时间和我们的生活 一 背景和教学目标同学通过前面 6 课的学习,已经对人类的计时工具进展过程有了基本的明白,经受了古人制作计时工具的聪慧与制造过程,思维方式的变革来推动社会进展；从而熟识到科学技术通过促进人们的生活方式、在本课中,同学将更系统地整理、总结人类计时工具的演化,体会计时工具的精确 度对人们的生活、出行等方面的影响,以及帮忙人类更好地探究未知的领域,并通过设细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -计作息时间表来体会合理支配时间、珍爱时间的重要意义；科学概念目标计时工具的设计运用了物体运动周期性变化的规律；科学探究目标 能通过表格的方式调查和比较人类计时工具的演化；能调查因时间的不精准给人类生活造成麻烦的一些大事；科学态度目标 熟识到人类设计不同的计时工具来满意不同的用途和需求；熟识到科技的进步能更好地造福人类；科学、技术、社会与环境目标 意识到科学技术的进展和应用影响着社会的进展； 二 教学预备 为同学预备：“ 计时工具进展史” 资料、 “ 计时工具的比较” 记录表、 “ 精确计时的 重要性” 班级记录表； 可按组预备 老师预备：“ 精确计时的重要性” 班级记录表 四、参考资料 大表 、教学课件；人类计时仪器的进展史 人类的日常生活、科研、导航及测绘等都离不开时间；时间的计量涉及两个量历元和时间间隔；任何具有周期性变化的自然现象都可以用来计量时间；人类从以地球 自转为基准来计量时间进展到机械钟、石英钟乃至原子钟,经受了约 3500 年的进展变 化进程；在公元前 1500 年显现的日晷是人类最古老的计时工具,埃及人第一开头使用这项 技术,然后在整个地中海地区普及开来；日晷是以太阳投向刻度盘的阴影为基础的,通 常由铜制的指针 晷针 和石制的圆盘 晷面 组成；当太阳光照在日晷上时,晷针的影子 就会投向晷面,太阳自东向西移动时,投向晷面的晷针影子也会渐渐地由西向东移动；于是,移动着的晷针影子似乎是现代钟表的指针,晷面就是钟表的表面以此来显示时刻；公元前 1400 年,显现的漏壶 沙漏或者滴漏 是第一个摆脱天文现象的计时仪器；它是依据流沙从一个容器滴漏到另一个容器的数量来计量时间的；古代人设计的“ 五轮 沙漏” ,是通过流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里,以此来驱动初轮,从而带 动各级机械齿轮依次旋转；最终一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮,中轮的轴心上有细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -一根指针,指针在一个有刻线的仪器圆盘上转动,以此来显示时刻,这种古老的显示方 法几乎与现代时钟的表面结构完全相同；在公元 1088 年,中国宋朝的机械师苏颂创造的“ 水运仪象台” 水钟 被认为是第 一架真正的机械钟,它是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告 时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器,它实际上就是一座小型的天文台；这台仪器 的制造水平堪称一绝,充分表达了我国古代人民的聪慧才智和富于制造的精神；1400 年,第一批机械钟开头在欧洲流行,其始祖由意大利人乔瓦尼· 唐迪于 1364 年制成,他首次在机械钟里引入了轮式钟摆；1511 年,荷兰人彼得· 亨莱茵制成了第一块怀表, 但它只有时针而没有分针和秒针；怀表和钟的结构其实是完全一样的,了传统的钟摆,它依靠小巧的“ 体形”不同的是它利用螺旋弹簧制成的发条驱动从而摆脱,轻松地进入人们的口袋；1656 年,有摆的挂钟 或座钟 产生于荷兰天文学家、 物理学家克里斯蒂安·惠更斯 的试验室内；它是以伽利略发觉的摆的摇摆具有规章性这个原理为基础而创造的；自此 以后,人类把握了比较精确的测量时间的方法；1969 年,由瑞士人创意、 日本精工企业制作的第一块石英手表产生,其价格在当时 相当于一部汽车； 石英手表的创造是基于科学家发觉处于电路之中的石英晶体能产生频 率稳固的振动以及可以通过特殊的切割方式来掌握石英晶体振动的频率；时间基准 所谓时间基准,就是在当代被人们确认为是最精确的时间尺度；长期以来,人们直 在寻求着这样的时间尺度；在远古时期,人类以太阳的东升西落作为时间尺度；公元前 2 世纪,人们创造了地 平日晷,一天的误差为 15 分钟；一千多年前的希腊和我国的北宋时期,能工巧匠们曾 10 分钟误差；六百多年前,机械钟问世,并将昼夜分为 24 小 设计出水钟,精确到每日 时；到了 17 世纪,单摆用于机械钟, 使计时精度提高近一百倍； 到了 20 世纪 30 岁月,石英晶体振荡器显现,对于精密的石英钟,三百年只差一秒；自 17 世纪以来,天文学家们以地球自转和世界时作为时间尺度,即当地球绕轴自 转一周,地球上任何地点的人连续两次观察太阳在天空中同一位置的时间间隔为一个平太阳日； 1820 年,法国科学院正式提出,一个平太阳日的 为世界时秒长；1/86400 为一个平太阳秒,称细心整理归纳 精选学习资料 由于地球自转季节性变化、 不规章变化和长期减慢, 世界时每天可精确到1 乘以 10 第 12 页,共 13 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -负九次方；但是,社会的进步和科学技术 特殊是航天、空间物理、军事等 的飞速进展,使人们对时间尺度的精度需求越来越高；1953 年是时间频率科学的一个新的里程碑； 世界上第一台原子钟在美国哥伦比亚大学由三位科学家研制胜利,其中有一位科学家叫王天眷 后来回国,多年从事祖国的频标事业 ；195 年,英国国家物理试验室研制胜利世界上第一台铯束原子频标,原子钟的显现标志着一门崭新的学科量子频标的产生；原子 Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡1967 年,13 届国际计量大会打算：铯 9192631770周所连续的时间为 1秒；此定义始终沿用至今；所以,从 1967 年开头,时间频率的计量进入原子时代,第一被用作时频基准的装置是试验室型铯束原子钟；1994 年,A. Clarion 小组研制出第一台铯原子喷泉钟 FO1,1995 年的评定结果显示, FO1的性能超过了当时最好的铯束钟；此后,铯原子喷泉钟逐步取代铯束钟成为新的频率基准；社会在进步,科技在进展,人类对新的时间基准的争论仍在连续；喷泉钟的精确度进入 10 的负 15 次方,最好的达到 1 乘以 10 的负 15 次方 美国标准与技术争论院 光抽运铯束基准频标的精确度也进入10 的负 15 次方 法国巴黎时间频率试验室 ；随着原子物理学的深化争论和激光技术的快速进展,人们以原子或离子的光学波段跃迁作为时间频率基准的光频标问世；利用原子或离子内部特定两个能态之间固有的跃 迁,即钟跃迁,将激光的频率锁定到钟跃迁上；锁定在钟跃迁上的超稳激光能紧密跟踪 原子的固有频率,从而使得该激光器的频率在短期和长期中都有极高的稳固性；由于光 学频率比微波频率高 5 个数量级, 所以利用原子或离子的光学跃迁频率作为时间频率标 准具有比微波频率标准更高的精确度和稳固度；目前,原子光钟实现的精确度和稳固度 都已进入 10 的负 18 次方量级,比现行用于定义时间基本单位“ 秒” 的基准钟铯微 波喷泉钟高近两个量级；鉴于光钟的超高性能,国际时间频率询问委员会方案在 2028 年争论用光钟作为新一代时间频率基准钟；因此,不久的将来,光频标完全有可能取代目前的微波频标,成为新一代的时间频 率基准；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页,共 13 页 - - - - - - - - -