第二章 第3节 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（粤教版2019）

机械振动 第二章　 第三节　单摆 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，掌握单摆的周期公式. 课前自主学习 忽略不计 质点 理想 小于5° 切线 无关 有关 成正比 有关 无关 正比 反比 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．(　　) × × √ × √ 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． (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？ 提示 课堂探究评价 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 课题任务 单摆的回复力　 　　 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：如图，单摆做往复运动，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. 提示 活动3：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？ 提示 1．单摆 (1)单摆是实际摆的理想模型． (2)实际摆看作单摆的条件 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； ④空气阻力与摆球的重力及绳的拉力相比可忽略． 2．单摆的回复力 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做简谐运动的回复力：F＝mgsinθ. 答案 摆球通过平衡位置时，做何种运动？加速度是零吗？ 提示：摆球做圆周运动．加速度不为零． 提示 规范解答 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． [变式训练1]　(多选)一单摆做小角度摆动，其振动图像如图所示，以下说法正确的是(　　) A．t1时刻摆球速度为零，摆球所受的合力为零 B．t2时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小 C．t3时刻摆球速度为零，摆球的回复力最大 D．t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大 答案 解析　由题图读出t1时刻位移最大，说明此时摆球在最大位移处，速度为零，回复力最大，合外力不为零，故A错误；t2时刻位移为零，说明此时摆球在平衡位置，摆球速度最大，悬线对它的拉力最大，故B错误；t3时刻位移最大，说明此时摆球在最大位移处，速度为零，回复力最大，故C正确；t4时刻位移为零，说明此时摆球在平衡位置，摆球速度最大，悬线对它的拉力最大，故D正确． 解析 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”． 课堂任务 　单摆的周期 活动1：探究影响单摆周期的因素，可以从单摆的装置及与摆动相关的因素入手．影响单摆周期的因素可能有单摆摆长(细绳的质量忽略)、小球质量(小球的体积忽略)、摆角等．根据以上猜想，我们使用什么物理方法研究单摆摆长、小球质量、摆角对单摆的影响？ 提示：控制变量法． 活动2：对于实验方案的设计和实验器材的选定，应满足什么条件？ 提示：细绳没有弹性，小球密度大、体积小，摆角小． 提示 活动3：如图所示，进行实验时，保证摆长远大于小球直径，单摆的摆动是在竖直平面内，设计实验方案，并按设计好的实验步骤进行实验．分别改变单摆摆长、小球质量、摆角等因素，测量单摆周期，将数据记录下来．研究实验数据可得到什么规律？ 活动4：查阅相关资料，是哪位科学家得出了单摆的周期公式？公式是什么？ 提示 答案 (1)写出简谐运动的表达式需要知道哪些量？ 提示：振幅、角频率(周期)、初相位． (2)计算单摆摆长需要知道哪些量