高中物理科教版选修3-4_单摆教案

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1、单摆·教案教学目标1．知识目标：(1)理解单摆振动的特点及它做简谐运动的条件；(2)掌握单摆振动的周期公式。2．能力目标：培养学生由实验现象得出物理结论的能力。重点、难点分析1．重点：掌握好单摆的周期公式及其成立条件。2．难点：单摆回复力的分析。教具1．演示单摆振动周期的影响因素三个单摆：两个摆长相同，质量不同；两个摆长不同。2．投影仪，投影片。(内容见附录)教学过程一、引入新课提问：什么是简谐运动？答：物体做机械振动，受到的回复力大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反。前节课我们学习了弹簧振子，了解了简谐运动和振动周期。日常生活

2、中，我们常常见到钟表店里摆钟摆锤的振动(教师展示摆钟钟摆的振动)，这种振动有什么特点呢？它是根据什么原理制成的？钟摆类似于物理上的一种理想模型——单摆。我们就来分析一下单摆来解决以上的问题。二、教学过程设计（一）、单摆的认识1、学生阅读教材p6第一自然段(教师拿出单摆展示，同时介绍单摆构成)这就是单摆，在细线的一端拴上一个小球，另一端固定在悬点上，如果细线的伸长可以忽略、细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫做单摆．版书：（单摆是一种理想模型）2、实际摆看成单摆的条件：摆线：质量不计、长度远大

3、于小球直径、不可伸缩摆球：质点（体积小质量大）（板书）所以，实际的单摆要求绳子轻而长，小球要小而重，将摆球拉到某一高度由静止释放，单摆振动类似于钟摆振动。3、实际计算中摆长是否等于摆线长度？实际应用的单摆小球大小不可忽略，摆长L＝摆线长度＋小球半径（板书）想一想、思维拓展L双线摆等效摆长:摆球球心到摆动圆弧圆心的距离。4等效摆长：直径为d（二）、单摆的摆动1、思考：单摆在竖直面内的摆动是简谐运动吗？如何验证？生答（略）从x-t图像角度验证：是否是正弦函数图像从回复力角度论证：是否满足F=-kx2、单摆的回复力提问：1)单摆的受力分析

4、:（重力、拉力）2)平衡位置：（最低点O）---及小球静止时所在的位置3)回复力又由谁来提供？答：单摆的回复力由绳的拉力和重力的合力来提供。(教师对答案先不否定，通过对学生的提问，教师把受力图画在黑板上。)----学生阅读p6、7，教师点评。要分析单摆回复力，先从单摆受力入手。单摆从A位置释放，沿AOB圆弧在平衡点O附近来回运动，以任一位置Q为例，此时摆球受重力G，拉力T作用，由于摆球沿圆弧运动，所以将重力分解成沿半径方向分力G1和切线方向G2，悬线拉力T和G1合力必然沿半径指向圆心，提供了向心力。那么另一重力分力G2不论是在O左侧

5、还是右侧始终指向平衡位置，而且正是在G2作用下摆球才能回到平衡位置。(此处可以再复习平衡位置与回复力的关系：平衡位置是回复力为零的位置。)因此G2就是摆球的回复力。回复力怎么表示？由单摆的回复力的表达式能否看出单摆的振动是简谐运动？书上已给出了具体的推导过程，其中用到了两个近似：(1)sinα≈α；(2)在小角度下AO直线与AO弧线近似相等。这两个近似成立的条件是摆角很小，α＜5°。在分析了推导过程后，给出结论：α＜5°的情况下，单摆的回复力为满足简谐运动的条件，即物体在大小与位移大小成正比，方向与位移方向相反的回复力作用下的振动，

6、为简谐运动。所以，当α＜5°时，单摆振动是一种简谐运动。（板书）3、即时应用①下列有关单摆运动过程中的受力说法，正确的是(　　)A．单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力B．单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力C．单摆经过平衡位置时的合力为零D．单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力（三）、单摆的周期前面我们所学简谐运动是以弹簧振子系统为例，单摆振动和弹簧振子不同，从回复力上说，虽然都具有同一特征，却由不同的力来提供。弹簧振子回复力由合力提供，而单摆则是由重力的一个分力来提供回复力。这是回复力不同，那么其他方面，还有没有不同

7、呢？我们在学习弹簧振子做简谐运动时，还提到过弹簧振子系统周期与振幅无关，那么单摆的周期和振幅有没有关系呢？下面我们做个实验来看一看。41、探究活动：要研究周期和振幅有没有关系，其他条件就应不变。这里有两个单摆(展示单摆)，摆长相同，摆球质量不同，这会不会影响实验结果呢？也就是单摆的周期和摆球的质量有没有关？那么就先来看一下振幅不同，摆长和质量相同，单摆振动周期是不是相同。[演示1]摆角小于5°的情况下，把两个摆球从不同高度释放。现象：摆球同步振动，说明单摆振动的周期和振幅无关。[演示2]将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放。现

8、象：两摆球摆动是同步的，即说明单摆的周期与摆球质量无关，不会受影响。刚才做过的两个演示实验，证实了单摆振动周期和摆球质量、振幅无关，那么周期和什么有关？由前所说这两个摆摆长相等，如果L不等，改变了这个条件会不会影响周期？[演示3]取摆