2.4.1单摆 导学案-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

题目 2.4 单摆 课型 新授课 主备人 学习目标 1．知道什么是单摆。 2．理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动。 3．知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式，并能用来进行有关的计算。 基础知识 一、简谐运动的回复力 1．单摆 单摆是实际摆的____________________。 什么样的摆可以看成单摆？ 2．单摆的摆动 猜想摆球做什么运动？ 3．单摆的回复力 ①受力分析： G1＝____________＝_______________。 G2＝____________＝_______________。 ②摆球摆动的回复力___________________。 4．单摆做简谐运动的条件 ①推导：在摆角很小时，___________ 又回复力F＝__________，所以F＝_________ （X表示摆球偏离平衡位置的位移，表示单摆的摆长） ②在摆角θ很小时，回复力的方向与摆球偏离平衡位置的位移方向__________，大小__________，单摆做____________。 ④振动的图像__________________________。 二、单摆振动的周期 （1）猜想：决定单摆振动的周期的因素有哪些？ ______________________________________________________________________。 （2）对比实验 ①对比实验 甲组：当摆长为1m时，使振幅A1＝8cm，测出单摆的周期T1。 乙组：当摆长为1m时，使振幅A2＝5cm，测出单摆的周期T2。 ②对比实验 甲组：当摆长为1m时，使摆球质量为m，测出单摆的周期T2。 乙组，当摆长为1m时，用橡皮泥均匀地粘在摆球周围，测出单摆的周期T2’。 ③对比实验 甲组：当摆长为1m时，使用一定的质量的摆球，测出单摆的周期T3。 乙组：当摆长为0.64ｍ时，使用和甲组质量相同的摆球，测出单摆的周期T3’。 ④对比实验 甲组：单摆的摆球用铁球（质量为m）；测出单摆的周期T4。 乙组：在甲组单摆摆球的平衡位置下方放一块磁铁（相当于重力加速度增大）测出单摆的周期T4’。 ⑤各组对实验结果分析比较后，总结得到：单摆摆动的周期与单摆的振幅无关，与单摆的摆长、重力加速度有关。 实验结论： 单摆振动时具有如下规律： a.单摆的振动周期与振幅的大小___________——单摆的______性。 b.单摆的振动周期与摆球的质量___________。 c.单摆的振动周期与摆长的_______________________。 d.单摆的振动周期与重力加速度的___________________。 单摆周期公式为：_______________。 (1)制作单摆的细线弹性越大越好。( ) (2)制作单摆的细线不能太长也不能太短，1 m左右为宜。( ) (3)制作单摆的摆球越大越好。( ) (4)摆球经过平衡位置时，合外力为零。( ) (5)单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力。( ) (6)若单摆的振幅变为原来的一半，则周期也将变为原来的一半。( ) (7)一个单摆在月球上摆动的周期大于其在地球上摆动的周期。( ) 课堂拓展 1. 如图所示，O点为单摆的固定悬点，现将摆球(可视为质点)拉至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．摆球在A点和C点处，速度为零，合力也为零 B．摆球在A点和C点处，速度为零，回复力也为零 C．摆球在B点处，速度最大，回复力也最大 D．摆球在B点处，速度最大，细线拉力也最大 2. 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时刻摆球速度最大，摆球的回复力最大 B．t2时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小 C．t3时刻摆球速度为零，摆球的回复力最小 D．t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大 3．某单摆由1 m长的摆线连接一个直径2 cm的铁球组成，关于单摆周期，下列说法中正确的是(　　) A． 用大球替代小球，单摆的周期不变 B．摆角从5°改为3°，单摆的周期会变小 C．用等大的铜球替代铁球，单摆的周期不变 D．将单摆从赤道移到北极，单摆的周期会变大 4. 如图所示，长度为l的轻绳上端固定在O点，下端系一小球(小球可视为质点)。在O点正下方，距O点l处的P点固定一颗小钉子。现将小球拉到点A处，轻绳被拉直，然后由静止释放小球，点B是小球运动的最低点，点C(图中未标出)是小球能够到达的左方最高位置。已知点A与点B之间的高度差为h，h≪l。A、B、P、O在同一竖直平面内，当地的重力加速度为g，不计空