2.4 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（人教版2019）

XINKECHENG XUEAN第二章机械振动 二、新题目精选一品立意深处所蕴含的核心价值 :2.质量为m1和m2的两物块用轻 F 1.一质量为m,侧面积为S的 弹簧相连，将它们竖立在水平面 m 正方体木块，放在水面上静 上，如图所示。现在用竖直向下 -------------------- 止（平衡），如图示。现用 的压力压m1,使它们处于静止 a7mm7m77 力向下将其压入水中一段 状态。突然撤去压力，当上升到最高点 深度后（未全部浸没）撤掉外力，木块在水面上 时，m2对地压力恰好为零。则系统静止时竖 下振动，试判断木块的振动是否为简谐运动。 直向下压力大小等于多少？（提示：撤去力后 m1上下做简谐运动) 课下请完成“四翼”检测评价（八） 第4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 科学态度与责任 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 养科学、严谨的研究态度，能运用所学知识解决实际问题。 【酒灯学习为容1 落实必备知识 须读教材·真真专网斧情境创设·想想 一、单摆的回复力 :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 6 变，细线的质量与小球相比可以 ,球的直径与 线的长度相比也可以 图 茶 垂百于纸 细绳绕在柱上 2.单摆的回复力 摆动 (1)来源：摆球的重力沿圆弧 方向的分力。 模型①模型② 模刑③ 模刑④ 模刑⑤ (2)特点：在偏角很小时，摆球的回复力与它偏离平衡 能否视 位置的位移成正比，方向总指向 ·郎 为单摆 用了49 │物理选择性必修第一册|xINKECHENG=XUEAN F=-mgx。可见，单摆在摆角很小的情况下做简谐2.摆的等时性原理是指不论摆钟 摆动幅度(摆角小于5^°时)大些 运动。还是小些，完成一次摆动的时 微点拨……间是相同的。请思考： 实际做成的单摆，悬线的伸缩量越小，摆球的质量越大，体 （1)是谁发现了摆的等时性原理? 积越小，则越接近理想化的单摆。 （2)摆动的振幅越大周期越大吗?摆 二、单摆的周期锤的质量越大周期越大吗? 1.定性探究单摆周期与摆长之间的关系（3)摆钟摆动的周期与摆的长度有 （1)探究方法：__-_法。关吗? （2)实验结论(在小偏角下)： 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.定量探究单摆的周期与摆长之间的关系 （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l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=__—。 点学的内容∠强化关键能力 新知学习(―)|单摆的回复力及运动规律（3）回复力来源：重力沿圆弧切线方向的分力F ─[任务驱动]——_______-mgsinθ，提供了使摆球振动的回复力。 如图所示，小球和细线构成一个单摆，运 │2.单摆做简谐运动的推证 动过程中小球受到几个力的作用?什么力充如上图所示，单摆的回复力F=G_1=mgsinθ， 当了小球振动的回复力?在偏角很小时，sinθ≈二，所以单摆的回复力 为F=-m3x(式中x表示摆球偏离平衡位置 的位移，L表示单摆的摆长，负号表示回复力F 与位移x的方向相反)，由此知回复力符合F =-kx，故单摆做简谐运动。 ______3.单摆做简谐运动的规律 [重点释解]：（1)单摆做简谐运动的位移随时间变化的图像 1.单摆的回复力是一条正弦(或余弦)曲线。 (1)单摆受力：如图所示，受细线拉力“（2）单摆振动过程中各量的变化特点。 和重力作用。 （2)向心力来源：细线拉力和重力沿径 F_T-⋮|位置或过程|1位移、回复力、速度、动能重力势能 向分力的合力，F_H=F_1～“o日最高点最大零__最大_ mgcosθ。 |50)照 xNkECHENGXUEAN|第二章一机械振动│ _________________续表⋮2.(多选)下列关于单摆的说法，正确的是（ 位置或过程⊥位移、回复力、速度，动能│重力势能A.单摆摆球从平衡位置运动到正向最大位移 加速度处的位移为A(A为振幅)，再运动到平衡 远离平衡位”越来越大越来越小越来越大位置时的位移为0 二置运动|越来越大越来越小越来越大位置时的位移为0 B.单摆摆球的回复力等于摆球所受的合力 靠近平衡位」越来越小越来越大│越来越小C.单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线 [典例体验]D.单摆摆球经过平衡位置时加速度为0 [典例]关于单摆摆球在运动过程中的受⋮3.图中O点为单摆的固定悬点，现将 力，下列结论正确的是（）