03-第2章 2.3 单摆（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦“单摆”核心知识点，涵盖回复力、运动特征及周期公式，作为机械振动章节的重要模型，通过基础题引入概念，过渡到周期应用与综合问题，搭建从概念理解到实际应用的学习支架。 其亮点在于融合科学思维（模型建构、科学推理）与科学探究（实验情境），如沙摆演示图像、摆钟走时调整等实例，结合题组分层与易错警示深化理解，助力学生提升运动与相互作用观念，教师可借此实现分层教学，提高教学效率。

第2章 机械振动 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 第3节　单摆 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　单摆回复力及运动特征 1.关于单摆,下列说法中正确的是 ( ) A.摆球运动的回复力是它受到的重力沿轨迹切线方向上的分力 B.摆球在运动过程中加速度的方向始终指向平衡位置 C.摆球在运动过程中经过轨迹上的同一点,加速度是不同的 D.摆球经过平衡位置时,加速度为零 　A     第1讲　描述运动的基本概念 解析　摆球运动的回复力为重力沿轨迹切线方向的分力,A正确;摆球经过最低点即平衡位置时,回复力 为0,但合力不为零,合力提供向心力,加速度方向指向悬点,B、D错误;摆球经过轨迹上同一点时,受力情 况相同,加速度相同,C错误。 易错警示     应对单摆的运动进行正确的分析,摆球绕平衡位置做往复运动的同时绕悬点做圆周运动,回复力为重力 沿轨迹切线方向的分力。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[教材深研拓展]图中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,速度为零,合力和回复力也为零 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      　C 解析　摆球在摆动过程中,只受到重力和拉力的作用,A错误;在最高点A、C处,摆球的位移最大,速度为 零,回复力最大,合力不为零,B错误;在最低点B处,摆球在平衡位置,速度最大,回复力为零,摆球做圆周运 动,细线的拉力最大,C正确,D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 3.[2026江苏常州阶段测试]如图所示,秋千由横板和绳构成,人在秋千上小幅度摆动时可以看作单摆。 等效“摆球”的质量为m,摆长为l,忽略空气阻力。已知重力加速度大小为g,下列说法正确的是  ( )   A.经过最低点时“摆球”处于平衡状态 B.“摆球”偏离最低点位移为x时,回复力F=- x C.偏离最低点运动的过程中,“摆球”的机械能逐渐增大 D.经过最低点时,人顺势轻轻跳下,横板的振幅将增大 　B 第1讲　描述运动的基本概念 解析    “摆球”经过最低点时具有向心加速度,所以“摆球”处于非平衡状态,A错误;当摆角θ很小时, “摆球”运动的圆弧可以看作直线,“摆球”偏离最低点位移为x时,回复力为F=- x(F=mg sin θ,θ很 小,sin θ≈ ,故F=- x,式中负号表示回复力与位移的方向相反),B正确;“摆球”偏离最低点运动的过 程中,动能向重力势能转化,但机械能保持不变,C错误;经过最低点时,人顺势轻轻跳下,横板的动能没有 变,质量也没有变,则横板的振幅不变,D错误。故选B。 第1讲　描述运动的基本概念 4.[2024广东广州第五中学期中]摆钟是一种较有年代的计时钟表,其基本原理利用了单摆的周期性,结 合巧妙的擒纵器设计,实现计时功能,图示为摆钟内部的结构简图。设原先摆钟走时准确,则( ) 　D     A.摆动过程中,金属圆盘所受合力为其回复力 B.该摆钟在太空实验室可正常使用 C.将该摆钟从北京带到广州,为使其走时准确,需旋转微调螺母使金属圆盘沿摆杆向下移动 D.该摆钟在冬季走时准确,到夏季(考虑热胀冷缩)为使其走时准确,需旋转微调螺母使金属圆盘沿摆杆 向上移动 题组二　单摆的周期 第1讲　描述运动的基本概念 解析　回复力是指向平衡位置的力,摆动过程中,金属圆盘所受重力沿轨迹切线方向的分力为其回复 力,金属圆盘同时绕轴转动,合力沿轻摆杆方向的分力提供向心力,A错误;由于金属圆盘所受重力沿轨 迹切线方向的分力提供回复力,该摆钟在太空实验室内处于完全失重状态,因此不可正常使用,B错误; 单摆的周期T=2π ,将该摆钟从北京带到广州,重力加速度减小,可知周期变大,摆钟变慢,为使其走时 准确,需要使摆钟的摆长变短,即需旋转微调螺母使金属圆盘沿摆杆向上移动,C错误;该摆钟在冬季走 时准确,到夏季温度升高,由于热胀冷缩,摆长变长,为使其走时准确,需要使摆长变短,因此需旋转微调螺 母使金属圆盘沿摆杆向上移动,D正确。 第1讲　描述运动的基本概念 5.[2024山东菏泽期末]如图甲所示是利用沙摆演示简谐运动图像的装置。当盛沙的漏斗下面的薄木板 被水平匀速拉出时,做简谐运动的漏斗漏出的沙会在木板上显示出沙摆的振动位移随时间变化的关系 曲线。已知木板被水平拉动的速度为0.20 m/s,图乙所示的一段木板的长度为0.60 m,则这次实验沙摆 的摆长大约为(取重力加速度g=π2 m/s2) ( )        A.0.56 m　　　　　B.0.65 m C.1.00 m　　　　　D.2.25 m 　A     第1讲　描述运动的基本概念 解析　由于木板被匀速拉动,则图乙所示的木板运动的时间t=  s=3 s,显然等于沙摆周期的2倍,故沙 摆的周期T= =1.5 s;根据T=2π 得这次实验沙摆的摆长L= ≈0.56 m,A正确。 第1讲　描述运动的基本概念 能力提升练 第3节　单摆 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　单摆周期公式的综合应用 1.[2024福建漳州龙海第二中学期末]某地的甲、乙两单摆振动图像如图所示,则 ( ) A.甲的振幅小 B.乙的摆长短 C.ta时刻甲的摆角大 D.tb时刻两摆球速度相同 　C     第1讲　描述运动的基本概念 解析　由题图可知,甲的振幅大,故A错误;由题图可知,甲单摆的周期为T甲= tb,乙单摆的周期为T乙=tb,则 T甲∶T乙=2∶3,由单摆周期公式T=2π 得甲、乙两单摆的摆长之比 = = ,故B错误;ta时刻甲、乙两 单摆的摆球位移相等,由于甲的摆长短,则甲的摆角大,故C正确;tb时刻甲、乙两单摆的摆球均通过平衡 位置,速度方向相反,则速度不同,故D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[2024福建龙岩第一中学月考]如图甲,O点为单摆的固定悬点,在其正下方的P点有一个钉子,现将小球 拉开一定的角度后开始在竖直面内运动,小球在摆动过程中的偏角不超过5°。从某时刻开始计时,绳中 的拉力大小F随时间t变化的关系如图乙,重力加速度g取10 m/s2,忽略一切阻力。下列说法正确的是 ( ) A.t=0.1π s时小球位于B点 B.t=0.4π s时小球位于C点 C.O、A之间的距离为1.5 m D.P、B之间的距离为0.4 m D     第1讲　描述运动的基本概念 解析　小球在B点受到的拉力与重力的合力提供向心力,设小球经过B点的速度为v,可得F-mg= ,由 于LOA>LPC,所以小球在B、C间运动时,拉力F较大,可知t=0.1π s时小球在C点,t=0.4π s时小球在A点,0~0.2 π s内小球在C、B之间摆动,0.2π s~0.6π s内小球在A、B之间摆动,A、B错误。小球在A、B之间摆动的 周期为T1=(0.6π-0.2π)×2 s=0.8π s,根据T=2π ,可得LOA=1.6 m,即O、A之间的距离为1.6 m,C错误。小 球在B、C之间摆动的周期为T2=0.2π×2 s=0.4π s,根据T=2π ,可得LPB=0.4 m,即P、B之间的距离为0.4 m,D正确。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　单摆的动力学特征分析 3.[2024山东滨州惠民六校期中联考]如图甲所示,一单摆悬挂在拉力传感器上。让单摆在竖直面内做 小角度摆动,拉力传感器显示绳子拉力F的大小随时间t的变化图像如图乙所示,已知当地的重力加速度 为g,则根据图乙中的数据可知( ) A.此单摆的周期T=  　C     B.此摆球的质量为m=  C.此单摆的摆长l=  D.在t= 时刻摆球的回复力最小 第1讲　描述运动的基本概念 解析　摆球运动到最低点时,由重力和绳子拉力的合力提供向心力,则摆球运动到最低点时,绳子拉力 最大,结合F-t图像,可知此单摆的周期为T=t0(在一个周期内,摆球两次经过最低点),故A错误;摆球运动到 最低点时,由重力和绳子拉力的合力提供向心力,则有F0-mg= ,此摆球的质量为m= ,故B错误;根 据单摆周期公式T=2π ,可得此单摆的摆长l= = ,故C正确;单摆的回复力由重力沿摆球运动轨 迹切向的分力提供,摆球运动到最低点时,摆球的回复力最小,所以在t= 时刻摆球的回复力最小,在t=  时刻摆球的回复力最大,故D错误。 第1讲　描述运动的基本概念 创新题型 创新点　单摆和圆锥摆的比较 4.[2026云南阶段测试]周期是2 s的单摆叫秒摆。(取π2=10,重力加速度g=10 m/s2) (1)求秒摆的摆长是多少? (2)某同学在实验中做了一个秒摆,然后让其做圆锥摆运动,如图所示。该同学期望它能做周期是2 s的 匀速圆周运动,问:这位同学能不能做到?若能做到,求小球做周期是2 s的匀速圆周运动时,绳子与竖直方 向夹角的正切值;若不能做到,试通过分析说明原因。 答案    (1)1 m    (2)不能,原因见解析 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)根据单摆周期公式T0=2π  代入数据可得秒摆的摆长L=1 m (2)当秒摆做圆锥摆运动时,设绳子与竖直方向夹角为θ,摆长为L 小球做圆周运动的半径为r=L sin θ 根据牛顿第二定律有 mg tan θ=m L sin θ 可得T=2π  因为cos θ<1,所以T=2π <2π =T0=2 s(破题关键) 即秒摆做圆锥摆运动时不能做周期是2 s的匀速圆周运动。 第1讲　描述运动的基本概念 $