第2章 第3节 单摆（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第三节　单摆 核心素养导学 物理观念 1.知道什么是单摆，了解单摆的构造，单摆回复力的来源。 2.知道单摆的周期公式。 科学思维 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。 2.理解单摆的周期公式，会解决有关单摆周期的问题。 科学探究 实验探究影响单摆周期的因素。 科学态度与责任 从单摆周期公式的角度理解摆钟的原理与校准。 一、单摆 1．定义：悬挂物体的绳子的伸缩和质量可以忽略不计，绳长比物体的尺寸大很多，物体可以看作质点，这样的装置可以看作单摆。 2．单摆是一种理想化模型。若单摆的摆角小于 ____，单摆的摆动可近 似看成__________。 3．单摆的回复力 (1)来源：重力mg沿圆弧切线方向的______。 (2)大小：F＝_________。 5° 简谐运动 分力 mgsin θ 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。　　 控制变量 固有 劲度系数 1.单摆的认识 不能 不能 不能 不能 能 2． 摆的等时性原理是指不论摆钟摆动幅度(摆角小于5°时)大些还是 小些，完成一次摆动的时间是相同的。请思考： (1)是谁发现了摆的等时性原理？ (2)摆动的振幅越大周期越大吗？摆锤的质量越大周期越大吗？ (3)摆钟摆动的周期与摆的长度有关吗？ 提示：(1)伽利略。 (2)周期与摆动的振幅和摆锤的质量无关。 (3)摆钟摆动的周期与摆的长度有关。 新知学习(一)|单摆的回复力及运动规律 [任务驱动] 如图所示，小球和细线构成一个单摆，运动过程中小球受到几个力 的作用？什么力充当了小球振动的回复力？ 提示：小球受两个力的作用：重力和细线的拉力。重力沿圆弧切线 方向的分力G1＝mgsin θ，提供了使小球振动的回复力，如图所示。 3．单摆做简谐运动的规律 (1)单摆做简谐运动的位移随时间变化的图像是一条正弦(或余弦)曲线。 (2)单摆振动过程中各量的变化特点。 位置或过程 位移、回复力、加速度 速度、动能 重力势能 最高点 最大 零 最大 最低点 零 最大 最小 远离平衡位置运动 越来越大 越来越小 越来越大 靠近平衡位置运动 越来越小 越来越大 越来越小 [典例体验] [典例]　关于单摆摆球在运动过程中的受力，下列结论正确的是 (　 ) A．摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心力作用 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 [解析]　摆球在摆动过程中只受重力和摆线的张力，回复力和向心力都是按效果命名的，A错误；摆球摆动到回复力最大即最大位移处时，速度为零，向心力为零，此时摆线的张力等于球的重力沿摆线方向的分力，一定小于摆球重力，摆球在平衡位置时，向心力最大，此时加速度方向沿摆线方向，B正确，C、D错误。 [答案]　B /方法技巧/ 对于单摆的两点说明 (1)所谓平衡位置，是指摆球静止时，摆线拉力与小球所受重力平衡的位置，并不是指摆动过程中的受力平衡位置。实际上，在摆动过程中，摆球受力不可能平衡。 (2)回复力是由摆球受到的重力沿圆弧切线方向的分力F＝mgsin θ提供的，不可误认为回复力是重力G与摆线拉力T的合力。 [针对训练] 1．(2022·珠海高二检测)振动着的单摆摆球，通过平衡位置时，它受到的回复力(　 ) A．指向地面 B．指向悬点 C．数值为零 D．垂直于摆线，指向运动方向 解析：摆球受到的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力，经过平衡位置时，回复力为零，故C正确，A、B、D错误。 答案：C 2．(多选)下列关于单摆的说法，正确的是 (　 ) A．单摆摆球从平衡位置运动到正向最大位移处的位移为A(A为振幅)，再运动到平衡位置时的位移为0 B．单摆摆球的回复力等于摆球所受的合力 C．单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线方向的分力 D．单摆摆球经过平衡位置时加速度为0 解析：简谐运动中的位移是以平衡位置作为起点，摆球在正向最大位移处时位移为A，在平衡位置时位移应为0，A正确；摆球的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供，合力在摆线方向的分力提供向心力，B错误，C正确；摆球经过最低点(摆动的平衡位置)时回复力为0，但向心力不为0，所以合力不为0，加速度也不为0，D错误。 答案：AC　 新知学习(二)|对单摆周期公式的理解及应用 [任务驱动] 2023年3月3日，中国航天科技集团一院长征二号F运载火箭总设 计师容易表示，未来，长征五号运载火箭将执行中国探月工程四 期的发射任务，甚至更长远的火星取样返回和行星探测任务。假设 一单摆被带到月球上，请问其振动周期与在地球上相比应怎样变化？为什