2.3 单摆（学案）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

XINKECHENG XUEAN第二章机械振动 第3节 单摆 物理观念 知道什么是单摆及单摆的构造，理解单摆回复力的来源。 科学思维 掌握单摆振动的特点，理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动。 核心 科学探究 会用单摆测量重力加速度。 素养 能从物理学的角度正确描述和解释自然现象，在学习、理解单摆模型过程中，培 导学 科学态度与责任 养科学、严谨的研究态度，能运用所学知识解决实际问题。 [西￥内容1 落实必备知识 预读教材·慎点爱答 情境创设·想想 一、单摆及其运动规律 :1.单摆的认识 1.单摆：由细线和 组成，其中，细线的长度不可改 9 变，细线的质量与小球相比可以 ,球的直径与线 想 的长度相比也可以 周 筋 绳 细绳绕在 上 直于纸面摆动 2.单摆的回复力 模型①模科② 模型③ 模型④ 模型⑤ (1)来源：摆球的重力沿圆弧 方向的分力。 能否视 (2)特点：在偏角很小时，摆球的回复力与它偏离平衡位置 为单摆 的位移成正比，方向总指向 ,即F=一 2.不论摆钟摆动幅度（摆角小 可见，单摆在摆角很小的情况下做简谐运动。 于5时)大些还是小些，完成 小微点拔… 一次摆动的时间是相同的， 实际做成的单摆，悬线的伸缩量越小，摆球的质量越大，体积 这利用了摆的等时性原理。 越小，则越接近理想化的单摆。 请思考： (1)是谁发现了摆的等时性原理？ 二、单摆的周期 (2)摆动的振幅越大周期越大吗？ 1.实验探究：单摆的周期和摆长的关系 摆锤的质量越大周期越大吗？ (1)探究方法： 法。 (3)摆钟摆动的周期与摆的长度有 (2)实验结论（在小偏角下）： 关吗？ ①单摆的周期与振幅 ②单摆的周期与摆球质量 ③摆长越长，周期 ;摆长越短，周期 2.单摆的周期公式 (1)荷兰物理学家惠更斯研究发现，单摆做简谐运动的周 期T与摆长1的二次方根成 ,与重力加速度g的 二次方根成 ,与振幅、摆球质量无关。 (2)周期公式：T= 铺了47 |高中同步导学物理选择性必修第一册XINKECHENG XUEAN [四知辛对为2强化关键能力 新知学习（一）单摆的回复力及运动规律 [典例体验] -[任务驱动] [典例] 关于单摆摆球在运动过程中的受 如图所示，小球和细线构成一个单摆，运 力，下列结论正确的是 () 动过程中小球受到几个力的作用？什么力充 A.摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心力作用 当了小球振动的回复力？ B.摆球的回复力最大时，向心力为零；回复 力为零时，向心力最大 C.摆球的回复力最大时，摆线中的张力大 小比摆球的重力大 D.摆球的向心力最大时，摆球的加速度方 向沿摆球的运动方向 [重点释解] [听课记录] 1.单摆的回复力 (1)单摆受力：如图所示，受细线拉力 和重力作用。 (2)向心力来源：细线拉力和重力沿径 G 向分力的合力，F向=T-mgcos0。 /方法技巧/ (3)回复力来源：重力沿圆弧切线方向的分力F 对于单摆的两点说明 (1)所谓平衡位置，是指摆球静止时，摆线拉力与小 =ngsin0,提供了使摆球振动的回复力。 球所受重力平衡的位置，并不是指摆动过程中的受力平 2.单摆做简谐运动的推证 衡位置。实际上，在摆动过程中，摆球受力不可能平衡。 如上图所示，单摆的回复力F=G1=ngsin0, (2)回复力是由摆球受到的重力沿圆孤切线方向 在偏角很小时，sin0≈无，所以单摆的回复力 的分力F=ngsin0提供的，不可误认为回复力是重力 G与摆线拉力T的合力。 为F=一"哭x(式中x表示摆球偏离平衡位置 [针对训练] 的位移，表示单摆的摆长，负号表示回复力 1.对于单摆的振动，以下说法中正确的是() F与位移x的方向相反)，由此知回复力符合 A.单摆振动时，摆球受到的向心力大小处处相等 F=一k.x,故单摆做简谐运动。 B.单摆运动的回复力就是摆球受到的合力 3.单摆做简谐运动的规律 C.摆球经过平衡位置时所受回复力为零 (1)单摆做简谐运动的位移随时间变化的图像 D.摆球经过平衡位置时所受合外力为零 是一条正弦（或余弦）曲线。 2.(多选)下列关于单摆的说法，正确的是() (2)单摆振动过程中各量的变化特点。 A.单摆摆球从平衡位置运动到正向最大位移 位移、回复力、 位置或过程 加速度 速度、动能 重力势能 处的位移为A(A为振幅)，再运动到平衡 最高点 最大 零 最大 位置时的位移为0 最低点 零 最大 最小 B.单摆摆球的回复力等于摆球所受的合力 远离平衡位 越来越大 越来越小 越来越大 C.单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线 置运动 方向的分力 靠近平衡位 置运动 越来越小 越来越大 越来越小 D.单摆摆球经过平衡位置时加速度为0 48用 XINKECHENG XUEAN第二章机械振动 新知学习（二）对单摆周期公式的理解