探究摆钟的物理原理+1.4探究单摆振动的周期.docx

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1、1.3探究摆钟的物理原理1.4探究单摆振动的周期学习目标知识脉络1.知道什么是单摆，了解单摆的构成.2.掌握单摆振动的特点，知道单摆回复力的成因，理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动.(重点、难点)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.(重点)单摆的运动特点和步调问题[先填空]1.惠更斯的科学抽象——单摆细线的一端固定在悬点，另一端拴一个小球，忽略线的伸缩和质量且球的直径比细线的长度小得多的装置叫单摆.单摆是一种理想化的物理模型，如图1-3-1所示，由于摆球释放后的运动是往复运动，故单摆运动是机械振动.图1-3-12.探究单摆运动的特点在不考虑空气阻

2、力的情况下，摆球受重力和绳子拉力的作用，将重力沿切向和法向正交分解，在法向上绳子拉力和重力分力的合力充当摆球沿圆弧运动的向心力，重力的切向分力充当摆球的回复力.3.研究振动中的步调问题两个完全相同的单摆，同时将摆球拉离平衡位置放开，两个摆球除了振幅可能不同外，周期相同，同时经过平衡位置，同时到达最大位移处，两个单摆的摆第1页动是步调一致的；若先放开一个，后释放另一个，两个摆球的周期虽然相同，但不同时刻到达最大位移处或平衡位置，我们就说两个单摆步调不同步.步调相同的就叫做同相，步调不同的叫做不同相，步调完全相反的叫做反相.4.研究振动的步调问题(1)“相”(或“相位”、“位相”、“周相”)

3、描述振动步调的物理量.两个单摆振动步调一致，我们称为同相.两个单摆振动步调不一致，就说它们存在着相差，两个单摆振动步调正好相反，叫做反相.(2)相差它是指两个相位之差，在实际中经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差，反映出两简谐运动的步调差异.[再判断]1.实际的摆的摆动都可以看作是简谐运动.(×)2.单摆回复力的方向总是指向悬挂位置.(×)3.单摆的回复力是由摆球重力的分力提供的.(√)[后思考]摆球经过平衡位置时，合外力是否为零？摆球到达最大位移处，v＝0，加速度是否等于0?【提示】单摆摆动中平衡位置不是平衡状态，有向心力和向心加速度，回复力为零，合外力不为零.最大位移处速度

4、等于零，但不是静止状态.一般单摆回复力不是摆球所受合外力，而是重力沿圆弧切线方向的分力，所以加速度不一定等于零.[核心点击]1.运动特点(1)摆线以悬点为圆心做变速圆周运动，因此在运动过程中只要速度v≠0，沿半径方向都受向心力.(2)摆线同时以平衡位置为中心做往复运动，因此在运动过程中只要不在平衡位置，轨迹的切线方向都受回复力.第2页2.摆球的受力(1)任意位置如图1-3-2所示，G2＝Gcosθ，F－G2的作用就是提供摆球绕O′做变速圆周运动的向心力；G1＝Gsinθ的作用提供摆球以O为中心做往复运动的回复力.图1-3-2(2)平衡位置摆球经过平衡位置时，G2＝G，G1＝0，此时F应大

5、于G，F－G提供向心力，因此，在平衡位置，回复力F回＝0，与G1＝0相符.(3)单摆的简谐运动x在θ很小时(理论值为＜5°)，sinθ≈tanθ＝l，mgG1＝Gsinθ＝lx，G1方向与摆球位移方向相反，所以有回复力mgmgF回＝G1＝－lx＝－kx(k＝l).因此，在摆角θ很小时，单摆做简谐运动.1.振动的单摆小球通过平衡位置时，关于小球受到的回复力、合力及加速度的说法中正确的是()A.回复力为零B.合力不为零，方向指向悬点C.合力不为零，方向沿轨迹的切线D.回复力为零，合力也为零E.加速度不为零，方向指向悬点【解析】单摆的回复力不是它的合力，而是重力沿圆弧切线方向的分力；当摆球运动

6、到平衡位置时，回复力为零，但合力不为零，因为小球还有向心力和向心加速度，方向指向悬点(即指向圆心).【答案】ABE2.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、摆线的张力作用第3页B.摆球的回复力最大时，向心力为零C.摆球的回复力为零时，向心力最大D.摆球的回复力最大时，摆线中的张力大小比摆球的重力大E.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】单摆在运动过程中，摆球受重力和摆线的拉力，故A对；重力垂直于摆线的分力提供回复力，当回复力最大时，摆球在最大位移处，速度为零，向心力为零，则拉力小于重力，在平衡位置处，回复力为零，速度最大，向心力最大，

7、摆球的加速度方向沿摆线指向悬点，故D、E错，B、C对.【答案】ABC3.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)，从正向最大位移处运动到平衡位置时的位移为零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零E.摆球在最高点时的回复力等于摆球所受的合力【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