2.4单摆 学案-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册 (1)（含答案）

2.4单摆学案一学科核心素养1、通过分析单摆运动的动力学特征，促使学生形成经典物理相互作用观。2、通过从定性和定量两个方面分析单摆的周期与哪些物理量的关系进行归纳推理，提升了学生的科学思维能力。3、通过设计实验、制定方案、改进方案、应用科技手段获取和处理信息以及基于证据得到结论，培养学生的科学探究能力。4、通过对单摆周期与摆长定量研究，使学生逐步形成对科学本质的认识，体会物理学是人类有意识的探究而形成的对自然现象的描述和解释，是一项建立在观察和实验基础上的创造性工作。通过使学生应用学到的知识正确解决生活和社会的实际问题，增强学生的成就感和责任感。二学习重难点重点通过对单摆运动规律和单摆周期公式的探究，单摆简谐运动模型的建立，体会运动与相互作用观念。难点单摆回复力的判定以及对小角度的近似处理，渗透极限思维

三课前预习1．在地球表面附近，有一摆长为L的单摆做小角度摆动，摆球经过最低点时速率为v，已知地球半径为，表面重力加速度为g。（1）求最低点位置摆球的瞬时加速度；()（2）摆球从最低点开始，到第N次回到最低点的过程中，求它的平均加速度；()（3）将此单摆移到某座高山的山顶位置，改变摆长仍使单摆做小角度摆动。测量摆长L及相应的周期T后，分别取L和T的对数，所得到的图线为___________（选填“直线”、“对数曲线”或“指数曲线”）；读得图线与纵轴交点的纵坐标为c，求山顶位置离地的高度h。()2．单摆振动的周期与摆球质量____________（填“有关”或“无关”），在振幅较小时与振幅____________（填“有关”或“无关”），但与摆长____________（填“有关”或“无关”），摆长越长，周期____________（填“越大”“越小”或“不变”）。3．振动的“回复力”是按力的_________命名的，弹簧振子的回复力是由_______提供的，单摆的回复力是由________提供的．4．（1）单摆定义：如果细线的长度_____改变，细线的质量与小球相比可以____，球的直径与线的长度相比也可以_____，这样的装置叫作单摆。（2）如图回复力：F=______（填“G1”或者“G2”）=_________。摆线的拉力和摆球重力沿摆线方向分力的合力充当______，F向=____________。（绳的拉力为FT）（3）视为简谐运动的条件：θ<____。此时，F回＝mgsinθ＝－x＝－kx，负号表示回复力F回与位移x的方向______。（4）单摆简谐运动时的周期公式：T＝2π。①l为等效摆长，表示从悬点到摆球_____的距离。②g为当地的重力加速度。（5）单摆的等时性：单摆的振动周期取决于_______和____________，与振幅和振子（小球）质量_________。5．单摆的回复力（1）回复力的来源：摆球的重力沿____________方向的分力。（2）回复力的特点：在摆角很小时，摆球所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成____________，方向总指向____________，即F=-x。从回复力特点可以判断单摆做简谐运动。6．判断下列说法的正误。（1）单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力。___________（2）单摆经过平衡位置时受到的合力为零。___________（3）制作单摆的摆球越大越好。___________（4）摆球的质量越大，周期越大。___________（5）若单摆的振幅变为原来的一半，则周期也将变为原来的一半。___________四自我检测1．如图所示，置于地球表面上的一单摆在小振幅条件下摆动的周期为，下列说法中正确的是（）A．单摆摆动过程，绳子的拉力始终大于摆球的重力B．单摆摆动过程，绳子的拉力始终小于摆球的重力C．小球所受重力和绳的拉力的合力提供单摆做简谐运动的回复力D．将该单摆置于月球表面，其摆动周期为2．下列关于物理学史实、物理概念和方法的说法中，正确的是（）A．电动势表征的是电源将电能转化为其他形式的能的本领，在大小上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极搬运到正极所做的功B．同一地点，两单摆的质量不同但摆长相等时，周期也相等C．法拉第首先提出了“场”的概念，安培利用电场线、磁感线形象地描述了电场和磁场D．利用v−t图象与坐标轴围成面积推导位移公式的过程中，用到了等效替代的物理学方法3．对于做简谐运动的单摆，下列说法正确的是（）A．在位移为正的区间，速度和加速度都一定为负B．当位移逐渐增大时，回复力逐渐增大，振动的能量也逐渐增大C．摆球经过平衡位置时，速度最大，势能最小，摆线所受拉力最大D．摆球在最大位移处时，速度为零，处于平衡状态4．下列关于单摆周期的说法正确的是（）A．用一个装满沙的漏斗和长细线做成一个单摆，在摆动时沙从漏斗中缓慢漏出，周期不变B．只将摆球的质量增大，单摆振动周期增大C．将摆由赤道移到北极，单摆振动周期减小D．将单摆的摆角由3°增加到5°（不计空气阻力），单摆的周期减小5．如图所示为同一地点的两单摆甲、乙的振动图像，且甲、乙两摆球质量相等，忽略空气阻力。则下列说法中正确的是（）A．甲的振幅与乙的振幅相等B．甲的摆长比乙的摆长长C．甲的机械能比乙的大D．在t=0.5s时有负向最大加速度的是乙摆6．如图甲所示为挖掘机的顶部垂下一个大铁球并让它小角度的摆动，即可以用来拆卸混凝土建筑，可视为单摆模型，它对应的振动图像如图乙所示，则下列说法正确的是（）A．单摆振动的周期是6sB．t=2s时，摆球的速度最大C．摆球的质量增大，周期越大D．该单摆的摆长约为14m7．摆长为l的单摆在竖直平面内做小角度摆动，振动周期为T，为使该单摆的周期变为2T，正确的做法是（）A．将单摆的振幅增大为原来的2倍 B．将单摆的摆长调整为C．将单摆的摆长调整为4l D．将摆球的质量增大为原来的2倍8．单摆的振动图像，根据此振动图像不能确定的物理量是（）A．摆长 B．回复力 C．频率 D．摆角9．站在升降机里的人发现，升降机中摆动的单摆周期变大，以下说法正确的是（）A．升降机可能加速上升 B．升降机一定加速上升C．升降机可能加速下降 D．升降机一定加速下降10．下列有关单摆的说法，正确的是（）A．一根橡皮筋一端系在悬点，另一端连接一个小球，可以构成一个单摆B．单摆的摆动一定是简谐运动C．若单摆在同一平面内摆动，且偏角小于5°，可以认为该单摆的运动是简谐运动D．单摆做简谐运动时，摆长越长，其运动周期越小参考答案：三课前预习1．

见解析

直线

2．

无关

无关

有关

越大3．

效果

弹簧弹力

重力切向分力4．

不可

忽略

忽略

G1

Gsinθ

向心力

FT－Gc