第二章 机械振动 4 单摆-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册创新导学案课件PPT（人教版2019）

第二章　机械振动 1 4.单摆 2 1．理解单摆模型和单摆做简谐运动的条件，知道单摆振动时回复力的来源。2.了解影响单摆周期的因素，掌握单摆做简谐运动的周期公式。 课前自主学习 4 可以忽略 可以忽略 理想化 切线 平衡位置 简谐 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 有关 越大 无关 正比 反比 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 1．判一判 (1)一根细线一端固定，另一端拴一小球就构成一个单摆。(　　) (2)单摆回复力的方向总是指向悬挂位置。(　　) (3)单摆的回复力是由摆球重力的分力提供的。(　　) (4)单摆的振幅越大周期越大。(　　) (5)单摆的周期与摆球的质量无关。(　　) × × √ × √ 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 提示 2．想一想 (1)摆球经过平衡位置时，合外力是否为零？摆球到达最大位移处时v＝0，加速度是否等于零？ 提示：单摆摆动过程中经过平衡位置时不处于平衡状态，有向心力和向心加速度，回复力为零，合外力不为零。摆球到达最大位移处时速度等于零，合外力等于重力沿圆弧切线方向的分力，所以加速度不等于零。 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 提示 (2)把单摆从赤道处移至两极处时，要保证单摆的周期不变，应如何调整摆长？ 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 课堂探究评价 10 探究 　 单摆及其回复力 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 提示 活动1：简谐运动的回复力有什么特点？ 提示：回复力的大小与振子相对平衡位置的位移大小成正比，方向与位移的方向相反，即F＝－kx。 活动2：如何验证单摆的摆动是不是简谐运动？ 提示：可以画出单摆的振动图像，分析是不是正弦图像，从而进行判断。还可以分析摆球的回复力，判断是否符合F＝－kx。 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 提示 活动3：如图，单摆做往复运动，忽略空气阻力等对单摆的影响，单摆做往复运动的回复力是什么？ 提示：单摆做往复运动的回复力就是图中的F，它是重力的一个分力，其大小为mgsinθ。 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 提示 活动4：当摆角θ很小时，sinθ≈θ，试分析这时单摆的运动是简谐运动吗？ 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 1．对单摆的理解 (1)单摆是实际摆的理想化模型：①摆线长度不变；②摆线不计质量；③摆球为质点。 注：若不满足②③条件，则称为复摆。 (2)实际摆可看作单摆的条件 ①摆线的形变量与摆线长度相比可忽略； ②摆线的质量与摆球质量相比可忽略； ③摆球的直径与摆线长度相比可忽略。 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 2．单摆的回复力 空气等对单摆的阻力可以忽略时，如图所示，重力G 沿圆弧切线方向的分力F是摆球沿运动方向的合力，正是 这个力提供了使摆球振动的回复力：F＝－mgsinθ。 3．单摆的运动特点 (1)摆球以悬点为圆心做变速圆周运动，因此在运动过程中只要速度v≠0，沿半径方向都有向心力(在最高点其向心力为零)。向心力由细线的拉力和重力沿细线方向的分力的合力提供。 (2)摆球同时在平衡位置(图中O点)附近做往复运动，因此在运动过程中只要不在平衡位置，沿轨迹的切线方向都受回复力。 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 例1　 如图所示，O点为单摆的固定悬点，现将摆球 (可视为质点)拉到A点，此时细线处于张紧状态，释放摆 球，摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动，B点为 运动中的最低位置，则在摆动过程中(　　) A．摆球受到重力、拉力、向心力、回复力四个力的 作用 B．摆球在A点和C点处，速度为零，合力与回复力也为零 C．摆球在B点处，速度最大，细线拉力也最大 D．摆球在B点处，速度最大，回复力也最大 摆球通过平衡位置时，做何种运动？加速度是零吗？ 提示 提示：摆球做圆周运动。加速度不为零。 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 规范解答 答案 [答案]　C 课前自主学习 课堂探究评价 课后课时作业 规律点拨　回复力、向心力、合外力的区别与联系 (1)区别 ①回复力：使物体回到平衡位置且指向平衡位置的力；对单摆来说，重力沿圆弧切线方向的分力F＝mgsinθ提供回复力。 ②向心力：使物体做曲线运动且指向圆心的力；对单摆来说，摆线的拉力和重力沿径向的分力的合力提供向心力。 ③合外力：物体所受的合力，它使物体的运动状态发生变化。 (2)联系：回复力、向心力、合外力均为效果力且均为矢量。回复力、向心力一定是变力，合外力可以是恒力，也可以是变力。对单摆来说，回复力与向心力的合力等于合外力。 课前自主学习