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（鲁科版2019）

XINKECHENG XUEAN|第2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，理解单摆的回复力的来源。 (1)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。 科学思维 (2)知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系，能运用其解决相关实际问题。 核心 在探究影响单摆振动周期的因素时，能分析数据、发现规律、形成合理的结论，能 科学探究 素养 用已有的物理知识解释相关现象。 导学 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 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。 [酒内参1落实必备知识 预读教材层层爱风章情境创设·想想 一、单摆的振动 1.单摆的认识 1.定义 把一根不能伸长的细线上端固定，下端拴一个小球，线 粗 的 和球的 可忽略不计，这种装置称 图 箭 细绕在柱 纸 为单摆。 2.单摆的回复力 模型①模型② 模型③ 棋型① 模型⑤ (1)回复力的来源：摆球的重力沿圆弧切线方向的 能否视 为单摆 (2)回复力的特点：在偏角很小时，单摆的回 2.请对以下有关单摆的说法做出判断： 复力大小与摆球位移大小成正比，方向 (1)单摆摆球受到的回复力最大时，向 与摆球位移方向 ,总指向平衡 心力为0；回复力为0时，向心力 位置。 最大。 () (3)如图，单摆回复力F=-mgsin0≈ (2)单摆的回复力就是摆球的向心力。 单摆变力分析示总图 3.运动规律 () 单摆在摆角很小时做 运动，其振动图像遵循正 (3)单摆摆球的质量越大，周期越小。 弦函数规律。 () (4)单摆的摆线越长，周期越大。 微点拨 3.摆的等时性原理是指不论摆 单摆是一种理想化模型。实际做成的单摆，悬线的伸缩量越 小，摆球的质量越大，体积越小，则越接近理想化的单摆。 钟摆动幅度（摆角小于5时） 大些还是小些，完成一次摆 二、单摆的周期 动的时间是相同的。请 1.探究方法：用 法分别研究可能会影响单摆周 思考： 期的因素，如摆球的质量、摆长、振幅、重力加速度。 (1)是谁发现了摆的等时性原理？ 2.实验结论 (2)摆动的振幅越大周期越大吗？ (1)单摆的周期与摆球质量 摆锤的质量越大周期越大吗？ 铺了43 高中同步导学物理选择性必修第一册XINKECHENG XUEAN (2)单摆的周期与振幅 (3)摆钟摆动的周期与摆的长度有 (3)单摆的摆长越长，周期 :摆长越短，周期 关吗？ 3.周期公式 (1)公式：T (2)单摆的等时性：单摆的周期与 无关。 4.单摆的应用：制作 和测量 等。 驷吴]学河为容 强化关键能力 新知学习（一）单摆的回复力及运动规律 :(2)单摆振动过程中各量的变化特点。 [任务驱动] 位移、回复力、 位置或过程 速度、动能 重力势能 如图所示，小球和细线构成一个单摆，运 加速度 动过程中小球受到几个力的作用？什么力充 最高点 最大 零 最大 最低点 零 最大 最小 当了小球振动的回复力？ 远离平衡位 越来越大 越来越小 越来越大 置运动 靠近平衡位 越来越小 越来越大 越来越小 置运动 [典例体验 [典例] 关于单摆摆球在运动过程中的受 [重点释解☐ 力，下列结论正确的是 () 1.单摆的回复力 A.摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心 (1)单摆受力：如图所示，受细线拉力 力作用 T 和重力作用。 B.摆球的回复力最大时，向心力为零；回复 (2)向心力来源：细线拉力和重力沿径 力为零时，向心力最大 向分力的合力，F向=T-ngcos0。 C,摆球的回复力最大时，摆线中的张力大 (3)回复力来源：重力沿圆弧切线方向的分力 小比摆球的重力大 G1=ngsin0,提供了使摆球振动的回复力。 D.摆球的向心力最大时，摆球的加速度方 2.单摆做简谐运动的推证 向沿摆球的运动方向 [听课记录] 单摆的回复力F=G,=ngsin0,在偏角很小时， sin≈号，所以单摆的回复力为F=一坚x (式中x表示摆球偏离平衡位置的位移，L表 /方法技巧/ 示单摆的摆长，负号表示回复力F与位移x 对于单摆的两点说明 的方向相反)，由此知回复力符合F=一kx,故 (1)所谓平衡位置，是指摆球静止时，摆线拉力与小 球所受重力平衡的位置，并不是指摆动过程中的受力平 单摆做简谐运动。 衡位置。实际上，在摆动过程中，摆球受力不可能平衡。 3.单摆做简谐运动的规律 (2)回复力是由摆球受到的重力沿圆孤切线方向 (1)单摆做简谐运动的位移随时间变化的图像 :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。 是一条正弦（或余弦）曲线。 |44 xINKEcHENGXUEAN│第2章一机械振动│ [针对训练]⋮3.重力加速度g的变化 1.对于单摆的振动，以下说法中正确的是（）⋮