2.4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

高二年级物理 第二章 　机械振动 自学探究学案 学习内容：2.4 单摆 主备: 闲云 时间 ： 月 日 班 级 姓名 学习目标-核心素养 物理观念： 1.知道单摆是一个理想化的物理模型。 2.知道单摆在摆角很小的情况下是简谐运动 3.掌握并会应用单摆的周期公式。 科学思维∶通过推导单摆回复力培养学生抓主要因素忽略次要因素的近似处理的思维能力。 科学探究：引导学生通过实验探究单摆周期的定量表达式，培养学生的探究能力。 科学态度与责任∶通过对单摆周期的研究，培养学生实事求是的科学态度。 自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗） 一、单摆 (1)单摆：把一根不能伸长的轻质细线上端固定，下端拴一个质点，这种装置叫作单摆． 强调：1.单摆是一个理想化的物理模型 2.实际摆可看成理想化模型的条件： ①细线的质量和小球质量相比__ __。 ②小球的直径与线的长度相比__ __。 ③小球受的空气阻力与其重力相比__ __。 （2）单摆的运动性质：1.以悬点为圆心的 运动。 2.以最低点为平衡位置的 振动。 思考1：摆球做圆周运动的向心力来源？ ①.最高点向心力由 提供。 ②.最低点的向心力由 提供。 ③.一般位置的向心力由 提供。 思考2：怎么判断单摆的振动是否是简谐振动？ 方法①：看小球偏离平衡位置的位移x与时间t的关系是否是 函数。 方法②：看小球受的恢复力F与位移x的关系是否满足 关系。 二.单摆的回复力 （1）受力分析:小球摆开角时，小球受哪些力？ 1.小球受 力； 2.小球受 力。 （2）回复力来源： 。 （3）回复力F的表达式： 。（用mg和表示） ①画出小球偏离平衡位置的位移x,推导回复力F关于x的表达式 根据余弦定理: == 回复力F = mgsin= mg 根据回复力F与x的关系判断，单摆的运动 （是或不是）简谐振动。 如果 回复力F = mgsin= mg= 回复力F与x大小成正比 考虑到当，位移x与回复力F几乎在同一条线上，方向相反 有 F = 结论：当，单摆的运动是简谐运动。 ②阅读课本，用课本方法推导回复力F关于x的表达式 单摆的回复力：F=mgsinθ θ角很小时， sinθ≈ . 当θ很小时，x≈弧长= . θ= . 有F = mgsinθ= = . 当θ很小时，位移方向与回复力方向相反 ， ， 结论：在摆角很小（θ＜50）的情况下，单摆做简谐振动。 思考：摆球运动的过程中回复力与合力的关系？ ①.最高点：合力 （等于、大于或小于）回复力。 ②.最低点：合力 （等于、大于或小于）回复力。 ③.一般位置：合力 （等于、大于或小于）回复力。 三.单摆的图像 我们用实验描绘振动图像检验单摆运动是否是简谐运动？ 如图，细线下悬挂一除去柱塞的注射器，其内装上墨汁，在单摆下方的长木板上铺上白纸。 实验一：让注射器摆动，木板静止。 实验现象：墨迹形成的图像是 。 实验二：让注射器摆动，沿垂直摆动