單擺+導(dǎo)學(xué)案 高二上學(xué)期物理教科版（2019）選擇性必修第一冊(cè)

PAGEPAGE3單擺學(xué)案姓名：學(xué)習(xí)目標(biāo)1、應(yīng)用理想化方法理解單擺模型，知道實(shí)際擺在什么情況下可看做單擺。2、重視科學(xué)方法，知道單擺振動(dòng)時(shí)回復(fù)力的來源，知道單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件。3、實(shí)驗(yàn)探究單擺周期部分決定因素，理解單擺的周期公式，認(rèn)識(shí)科學(xué)家惠更斯。4、應(yīng)用周期公式分析與計(jì)算。學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握好單擺的周期公式及其成立條件。難點(diǎn)：?jiǎn)螖[回復(fù)力的分析。學(xué)習(xí)過程：復(fù)習(xí)1、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的定義：2、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件：3、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中位移、回復(fù)力、速度以及能量的變化關(guān)系：4、重力加速度g在不同的地理位置是否相同？與哪些因素有關(guān)？具體關(guān)系？一、什么是單擺1、什么是單擺？FF′θlAA′FGGG1PTOθ2、單擺是否是理想模型？若是其理想化條件有哪些？二、單擺的回復(fù)力如右圖所示，擺球靜止在O點(diǎn)。1、在懸點(diǎn)所在豎直平面，拉開擺球至A點(diǎn)后放開，擺球?qū)⒃贠點(diǎn)附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這就是單擺的振動(dòng)，請(qǐng)問振動(dòng)的平衡位置是？振動(dòng)過程受到哪些力？2、放手后擺球再次經(jīng)過平衡位置時(shí)，所受的拉力與重力G是否平衡？為什么？3、向心力的來源是？向心力的作用效果是？4、重力沿切線方向分力，它的作用效果是？所以單擺回復(fù)力的來源是？L三、單擺的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)X1、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力有什么要求？xXO2、選取O點(diǎn)位坐標(biāo)原點(diǎn)，水平線為x軸，當(dāng)偏角很時(shí)弧線與x軸近似重合，sinθ≈，其中x為，L為，單擺的回復(fù)力為F回=mgsinθ由此可得：F回=若設(shè)k=mg/L為常數(shù)，則F回=。即在情況下，單擺所受回復(fù)力跟成正比且方向，單擺做運(yùn)動(dòng)．其擺角很小通常指θ＜。四、單擺的周期1、如果擺球從左邊最大位移處開始運(yùn)動(dòng)，接下來具體完成怎樣的運(yùn)動(dòng)就是一個(gè)周期？2、猜想單擺的周期與哪些因素有關(guān)？從單擺模型的結(jié)構(gòu)分析可能與哪些因素有關(guān)？從單擺的運(yùn)動(dòng)分析還可能與哪些因素有關(guān)？3、探究多個(gè)因素實(shí)驗(yàn)時(shí)用物理上常用的什么方法操作？4、驗(yàn)證時(shí)是否非要測(cè)出周期？若否，怎么操作、觀察什么比較周期？5、最簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟有哪幾步？有哪些注意事項(xiàng)？上臺(tái)演示組內(nèi)怎么分工？五、課堂分組實(shí)驗(yàn)相關(guān)說明1、周期測(cè)法：把單擺從平衡位置懸點(diǎn)所在豎直平面拉開很小角度釋放，使之做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。從擺球通過平衡位置開始計(jì)時(shí)，并且采用倒數(shù)到O開始計(jì)時(shí)的方法，4、3、2、1、0、1、2、3、……在數(shù)“0”的同時(shí)按下秒表頂端按鈕開始計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。每次經(jīng)過平衡位置都要計(jì)數(shù)，約60-100次時(shí)，再次按下秒表頂端按鈕，讀出時(shí)間t，次數(shù)用n表示。因?yàn)閱螖[完成一個(gè)周期的振動(dòng)，經(jīng)過平衡位置2次，所以t=(n/2)T,T=2t/n2、秒表的讀數(shù)方法：指針轉(zhuǎn)一圈30秒，所以最小刻度表示0.1秒，轉(zhuǎn)2圈30秒X2=60秒，以此類推，經(jīng)過平衡位置60-100次時(shí)，大概需要2-4圈。3、分工合作，每個(gè)小組測(cè)一組對(duì)應(yīng)的擺長(zhǎng)與周期，為了避免各小組擺長(zhǎng)重復(fù)，1組線長(zhǎng)取100cm-98cm數(shù)據(jù),2組取98cm-96cm,3組取96cm-94cm,……以此類推。4、注意事項(xiàng)：米尺、游標(biāo)卡尺讀數(shù)精確到mm；讀秒表時(shí)專門安排一個(gè)同學(xué)數(shù)圈數(shù)；擺球要在懸點(diǎn)所在豎直平面拉開很小角度釋放；只需記下以下數(shù)據(jù)：線長(zhǎng)、直徑、過平衡位置次數(shù)、秒表圈數(shù)、時(shí)間；數(shù)據(jù)計(jì)算老師統(tǒng)一用電子表格處理。【練習(xí)】1.一個(gè)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單擺,周期是1秒:（）A.擺長(zhǎng)縮短為原來的1/4時(shí),頻率是2赫B.擺球的質(zhì)量減小為原來的1/4時(shí),周期是4秒C.振幅減為原來的1/4時(shí)周期是1秒D.如果重力加速度減為原來的1/4時(shí),頻率是0.5赫.2.由單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期公式:可知:（）A.擺長(zhǎng)無限減小,可以使振動(dòng)周期接近于零B.在月球表面的單擺周期一定比地球表面的單擺的周期長(zhǎng)C.單擺的振動(dòng)周期與擺球的質(zhì)量無關(guān)D.單擺的振動(dòng)周期與擺角無關(guān),所以擺角可以是30°作業(yè)：1、知識(shí)點(diǎn)，思想方法等方面的總結(jié)：2、單擺是為研究振動(dòng)而抽象出的理想化模型，其理想化條件是()A、擺線質(zhì)量不計(jì)B、擺線長(zhǎng)度不伸縮C、擺球的直徑比擺線長(zhǎng)度短得多D、主要是單擺的運(yùn)動(dòng)就是一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)3．對(duì)于單擺的振動(dòng)，以下說法中正確的是（）A、單擺振動(dòng)時(shí)，擺球受到的向心力大小處處相等B、單擺運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力就是擺球受到的合力C、擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)所受回復(fù)力為零D、擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)所受合外力為零4．單擺作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的回復(fù)力是：（）A.擺球的重力B.擺球重力沿圓弧切線的分力C.擺線的拉力D.擺球重力與擺線拉力的合力5單擺的振動(dòng)周期在發(fā)生下述哪些情況中增大:（）A.擺球的質(zhì)量增大B.擺長(zhǎng)增大C.單擺由赤道移到北極D.增大振幅6.一擺長(zhǎng)為