高中物理-单摆教案.pdf

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1、高中物理高中物理-单摆教案单摆教案【教学目标】【教学目标】一、知识与技能1知道单摆是一种理想化模型和做简谐运动的条件2.知道单摆做简谐运动时回复力的特点和表达式3知道单摆(偏角较小时)的周期与振幅、摆球质量、摆长和当地重力加速度g 的关系。二、过程与方法1知道测量单摆周期的方法，会用单摆测定重力加速度2通过探究过程体会猜想、设计实验、分析论证、评估等科学探究要素;3通过制定探究方案体会“控制变量”的研究方法。三、情感、态度和价值观1通过实验,领悟实事求是的理念,并在探究活动中培养合作精神。2 通过动手合作调动学生的学习主动性,培养他们的探究意识,激发他们的学习热情,体会研究的乐趣。【重点、难点

2、、疑点】【重点、难点、疑点】1.重点:单摆的振动规律和周期公式。2.难点:单摆回复力的分析。3.疑点:怎样确定单摆的振动周期与哪些因素有关,以及具体关系。【教具准备】【教具准备】摆球、铁架台、细线、支架、盛砂漏斗、硬纸板、砂、计算机、投影仪等【教学过程】【教学过程】一、复习引入新课一、复习引入新课在前面我们学习了弹簧振子，知道弹簧振子做简谐运动。那么：怎么判断物体的运动是否是简谐运动答：有两种方法：方法一：位移时间图像为正弦函数方法二：物体在跟位移大小成正比、并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动F=-kx在生活中有很多种机械振动。比如建筑物挂钟的振动、房顶吊灯的摆动、秋千的运动、座钟的钟摆

3、的摆动。这些运动都是摆动。我们对实际生活中的摆进行理想化处理，忽略次要因素、突出主要因素，这样所构建的模型称之为单摆。二、新课教学二、新课教学（一）单摆（一）单摆问题：以上这些运动有什么共同点？物理中常抽象出一种模型1、单摆概念：细线一端固定在悬点，另一端系一个小球，如果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。摆线质量 m 远小于摆球质量 M，即 m M摆球的直径 d远小于单摆的摆长，即 d。摆球所受空气阻力远小于摆球重力及绳的拉力，可忽略不计。摆线的伸长量很小，可以忽略。2、摆长：悬点到摆球重心的距离。摆长 L=L0+ROO（二）单摆的运动（二）

4、单摆的运动问题 1：运动的平衡位置在哪里细线竖直下垂，摆球所受重力G 和悬线的拉力 F 平衡，O 点就是摆球的平衡位置。问题：摆球的受力情况小球收到的力有重力、拉力问题 3:小球的运动情况分析以点为平衡位置的振动以悬点为圆心的圆周运动问题 4：力与运动的关系回复力大小：F回 mgsinF向 N mg cos向心力大小：单摆受到的回复力为重力沿着切线方向的分力 F回=mg sin，不是物体受到的合力。v2因为在平衡位置的物体受到合力为m，r图（三）单摆做简谐运动的条件（三）单摆做简谐运动的条件问题：如何判断单摆的运动是否是简谐运动方法一：从单摆的振动图象判断方法二、从单摆的受力特征判断如图：虽然

5、随着单摆位移X 增大，sin也增大，但是回复力F 的大小并不是和位移成正比，单摆的振动不是简谐运动。但是，在 值较小的情况下（一般取 10），在误差允许的范围内可以近似的认为 sin=X/L，近似的有 F=mg sin=(mg/L)x=k x（k=mg/L）,又回复力的方向始终指向 O 点，与位移方向相反，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，F=-(mg/L)x=-k x（k=mg/L）为简谐运动。所以，当10时，单摆振动是简谐运动。结论：在摆角很小的情况下，单摆所受回复力跟位移成正比且方向相反，单摆做简谐运动（四）单摆的周期（四）单摆的周

6、期我们知道做机械振动的物体都有振动周期，请思考：问题 1：单摆的周期受那些因素的影响呢？可能和摆球质量、振幅、摆长有关。单摆的周期是否和这些因素有关呢？下面我们用实验来证实我们的猜想问题 2：为了减小对实验的干扰，每次实验中我们只改变一个物理量，需要的研究方法是什么？控制变量法首先，我们研究摆球的质量对单摆周期的影响：那么就先来看一下摆球质量不同，摆长和振幅相同，单摆振动周期是不是相同。演示 1将摆长相同，质量不同的摆球拉到同一高度释放。现象：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。这个实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期，所以摆角不要超过10。接下来看一下振幅

7、对周期的影响。演示 2摆角小于 10的情况下，把两个摆球从不同高度释放。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现象：摆球同步振动，说明单摆振动的周期和振幅无关。刚才做过的两个演示实验，证实了如果两个摆摆长相等，单摆振动周期和摆球质量、振幅无关。如果摆长 L 不等，改变了这个条件会不会影响周期？演示 3取摆长不同，两个摆球从某一高度同时释放，注意要10。（由一名学生来完成实验验证，教师加以指导）现象：两摆振动不同步，而且摆长越长，振动就越慢。这说明单摆振动和摆长有关。具体有什么关系呢？荷兰物理学惠更斯研究了单摆的振动，在大量可靠的实验基础上，经过一系列的理论推导和证明得到：单摆的周期和摆长l

8、 的平方根成正比，和重力加速度g的平方根成反比，周期公式：同时这个公式的提出，也是在单摆振动是简谐运动的前提下，条件：摆角10由周期公式我们看到 T 与两个因素有关，当 g 一定，T 与成正比；当 L 一定，T 与成反比；L，g 都一定，T 就一定了，对应每一个单摆有一个固有周期T。（五）单摆的应用：（五）单摆的应用：利用它的等时性计时惠更斯在 1656 年首先利用摆的等时性发明了带摆的计时器（1657 年获得专利权）测定重力加速度42llg 2T 2Tg(六六)巩固练习：巩固练习：1.下列哪些材料能做成单摆:A.长为 1 米的细线 B.长为 1 米的细铁丝C.长为 1 米的橡皮条 D.长为

9、0.2 米的细丝线E.直径为 5 厘米的钢球 F.直径为 5 厘米的泡沫塑料球G.直径为 1 厘米的钢球 H.直径为 1 厘米的塑料球2.单摆作简谐运动时的回复力是：A.摆球的重力 B.摆球重力沿圆弧切线的分力C.摆线的拉力 D.摆球重力与摆线拉力的合力3.单摆的振动周期在发生下述哪些情况中增大:A.摆球的质量增大 B.摆长增大C.单摆由赤道移到北极 D.增大振幅5、如右图所示，悬挂于同一点的两个单摆的摆长相等，A 的质量大于 B 的质量，O 为平衡位置，分别把它们拉离平衡位置同时释放，若最大的摆角都小于 10，那么它们将相遇在（）、点、点左侧、点右侧、无法确定5、在光滑圆弧凹槽的一端，在圆弧的圆心。半径远大于弧长。、同时无初速释放，谁先到达点？为什么?6、固定在天花板上的两根细线与水平面均成 角，线长相等，下端系于同一个小球。给小球一个较小的初速度，让它在前后摆动，小球将作什么运动？能否求出它的周期？L LLsinT 2g7.一摆长为L的单摆,在悬点正下方5L/9处有一钉子,则这个单摆的周期是:L4LT g9g【教学反思】【教学反思】1、学生对 sin的范围不是很清楚，需要解释2、对简谐运动回复力的推导方式有另一种方法mgsin mg3、对等效摆长和等效重力加速度的问题留习题课解决xcosl2