单摆教案
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单摆初中物理教案教学目标:1. 了解单摆的定义和特点,掌握单摆的振动周期公式。
2. 学会使用刻度尺和秒表进行实验测量。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
教学重点:1. 单摆的振动周期公式。
2. 实验操作步骤和数据处理。
教学难点:1. 单摆的振动周期公式的推导。
2. 实验中误差的减小。
教学准备:1. 实验器材:摆线、摆球、刻度尺、秒表、支架。
2. 教学工具:PPT、黑板、粉笔。
教学过程:一、导入(5分钟)1. 利用PPT展示单摆的图片,引导学生关注单摆的特点。
2. 提问:什么是单摆?单摆的振动周期与哪些因素有关?二、理论讲解(10分钟)1. 讲解单摆的定义和特点,得出单摆的振动周期公式:T=2π√(L/g),其中T为振动周期,L为摆长,g为重力加速度。
2. 讲解单摆的振动原理,引导学生理解振动周期公式中的物理意义。
三、实验操作(15分钟)1. 学生分组,每组领取实验器材,按照实验步骤进行操作。
2. 测量摆长:用刻度尺测量摆线的长度,加上摆球直径即为摆长。
3. 测量振动周期:记录摆球完成N次全振动所需的时间t,振动周期T=t/N。
4. 重复实验三次,求平均值。
四、数据处理(10分钟)1. 学生根据实验数据,计算出单摆的振动周期。
2. 分析实验数据,探讨振动周期与摆长的关系。
五、总结与拓展(10分钟)1. 总结实验结论:振动周期与摆长成正比,与重力加速度成反比。
2. 提问:单摆的振动周期在实际应用中有什么意义?3. 拓展:介绍单摆实验在科学研究和工程应用中的重要性。
六、布置作业(5分钟)1. 请学生总结本次实验的收获,撰写实验报告。
2. 思考题:如何改进实验,减小误差?教学反思:本节课通过单摆实验,使学生掌握了单摆的振动周期公式,培养了学生的实验操作能力和科学思维。
在实验过程中,要注意引导学生关注实验操作的细节,如摆长的测量、振动周期的记录等,以提高实验数据的准确性。
同时,通过拓展环节,让学生了解单摆实验在实际应用中的重要性,激发学生对物理学科的兴趣。
一、教学目标1. 知识与技能(1)了解单摆的构成,掌握单摆振动的特点。
(2)理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动,并能解释其成因。
(3)了解单摆的周期与哪些因素有关,掌握单摆的周期公式,并能进行相关计算。
2. 过程与方法(1)通过实验探究,了解单摆的振动特点,掌握实验操作方法。
(2)通过分析、归纳总结,掌握单摆做简谐运动的条件。
(3)通过实验验证,探究单摆周期与摆长、摆角等因素的关系。
3. 情感态度与价值观(1)培养学生在实验中严谨、细致、耐心的科学态度。
(2)激发学生对物理学科的兴趣,提高学习积极性。
(3)培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
二、教学重难点1. 教学重点(1)单摆振动的特点。
(2)单摆做简谐运动的条件。
(3)单摆的周期公式。
2. 教学难点(1)单摆振动回复力的分析。
(2)单摆周期与摆长、摆角等因素的关系。
三、教学过程1. 导入新课(1)通过展示图片或视频,让学生了解单摆的构成和应用。
(2)提问:什么是单摆?单摆的振动有什么特点?2. 新课讲授(1)单摆的构成:摆球、摆线、固定点。
(2)单摆振动的特点:简谐运动、周期性、摆角很小时近似正弦规律。
(3)单摆做简谐运动的条件:摆角小于或等于5°。
3. 实验探究(1)实验目的:验证单摆周期与摆长、摆角的关系。
(2)实验器材:单摆、秒表、米尺、刻度尺、固定装置等。
(3)实验步骤:①固定摆线,测量摆长。
②改变摆角,测量不同摆角下的周期。
③记录实验数据,分析周期与摆长、摆角的关系。
4. 数据分析(1)根据实验数据,绘制周期与摆长、摆角的函数图像。
(2)分析图像,得出结论。
5. 总结归纳(1)总结单摆振动的特点、做简谐运动的条件。
(2)总结单摆周期与摆长、摆角的关系。
6. 课堂小结(1)提问:通过本节课的学习,你对单摆有什么新的认识?(2)布置作业:完成课后习题,巩固所学知识。
四、教学用具1. 单摆、摆球、摆线、固定装置等。
2. 秒表、米尺、刻度尺等测量工具。
幼儿园单摆教案一、教学目标1.了解单摆的基本知识:单摆的定义、摆长、周期等。
2.能够通过实验探究不同摆长条件下单摆的运动特征。
3.能够培养幼儿的观察能力、实验能力和合作精神。
二、教学内容1. 单摆的定义单摆是由一根细线和一枚重物称为摆球组成的物体,简单的说,它就像是一个吊着重物的钟摆。
2. 摆长在物理学当中,摆长的概念是指摆球离悬挂点的距离。
影响摆长主要有两个因素:摆球质量和下方的重物。
3. 周期单摆的周期指的是完成一次从左侧摆到右侧再回到左侧的时间。
周期和摆长有关系,周期的公式为:T= 2π√(L/g),其中T表示周期,L表示摆长,g表示重力加速度。
4. 实验探究设计实验,让幼儿通过改变单摆的摆长,观察不同条件下单摆的运动特征,学习单摆的基本知识。
三、教学步骤1. 导入引导幼儿观察教室墙上的挂钟,并询问他们钟摆的运动是否存在规律,为引入单摆做准备。
2. 讲解通过图片、视频等多种形式,向幼儿讲解单摆的基本定义、摆长、周期等基本知识。
3. 实验操作教师将带不同长度的摆线的单摆拿出,向幼儿演示不同条件下单摆的运动特征。
让幼儿在教师的引导下完成实验操作,探究单摆的运动规律。
4. 整理归纳通过实验探究,将单摆的运动特征进行概括总结,对幼儿进行知识点的整理与归纳。
四、教学要点1.单摆的基本定义、摆长、周期等概念。
2.实验探究单摆的运动特征。
3.幼儿要培养观察能力、实验能力和合作精神。
五、教学策略1.使用多种教学方法和教具,让幼儿尽可能多地参与课堂。
2.在引导孩子完成探究任务的过程中,多和孩子交流、互动,关注和纠正孩子的错误认知。
3.注意难度等级,防止幼儿因为不理解或是不愿意参与而对学科技术产生厌恶心理。
一、教学目标1. 知识与技能:了解单摆的基本原理,掌握单摆的周期公式,能够运用周期公式进行简单的计算。
2. 过程与方法:通过实验探究,培养学生的观察、分析、归纳和总结能力,提高学生的科学探究能力。
3. 情感态度与价值观:激发学生对物理学的兴趣,培养学生的科学精神和严谨态度。
二、教学重点与难点1. 教学重点:掌握单摆的周期公式,能够运用公式进行计算。
2. 教学难点:理解单摆周期公式的推导过程,分析影响单摆周期的因素。
三、教学过程1. 导入新课(1)教师通过展示单摆实验装置,引导学生观察并思考单摆的运动特点。
(2)提出问题:单摆的运动周期与哪些因素有关?2. 实验探究(1)学生分组进行实验,观察不同摆长、摆角的单摆运动周期。
(2)教师引导学生分析实验数据,归纳出单摆周期与摆长、摆角的关系。
(3)教师引导学生进行理论推导,得出单摆周期公式。
3. 讲解与应用(1)教师讲解单摆周期公式的推导过程,解释公式的物理意义。
(2)学生运用单摆周期公式进行计算,解决实际问题。
4. 总结与反思(1)教师引导学生回顾本节课所学内容,总结单摆周期公式及其应用。
(2)学生反思自己在实验探究过程中的收获与不足。
5. 课后作业(1)完成课后练习题,巩固所学知识。
(2)思考单摆周期公式在实际生活中的应用。
四、教学评价1. 课堂表现:观察学生在实验探究、讲解与应用等环节的表现,评价学生的参与度和学习效果。
2. 作业完成情况:检查学生课后作业的完成情况,了解学生对知识的掌握程度。
3. 实验报告:评价学生实验报告的撰写质量,考察学生的实验探究能力和总结归纳能力。
五、教学资源1. 单摆实验装置2. 单摆周期公式推导过程的相关资料3. 课后练习题4. 单摆周期公式在实际生活中的应用案例通过本节课的教学,旨在帮助学生掌握单摆的基本原理和周期公式,提高学生的科学探究能力和应用能力。
同时,激发学生对物理学的兴趣,培养学生的科学精神和严谨态度。
初中物理单摆教案一、教学目标:1. 让学生了解单摆的定义、特点和应用,掌握单摆的周期公式。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3. 培养学生的实验操作能力,提高学生的观察、思考、分析问题的能力。
二、教学内容:1. 单摆的定义、特点和应用。
2. 单摆的周期公式。
3. 单摆实验的操作步骤和注意事项。
三、教学重点和难点:1. 重点:单摆的定义、特点和应用,单摆的周期公式。
2. 难点:单摆周期公式的推导和应用。
四、教学方法:1. 采用问题驱动法,引导学生思考单摆的定义、特点和应用。
2. 采用实验教学法,让学生亲自动手进行单摆实验,提高学生的实验操作能力。
3. 采用讲解法,讲解单摆的周期公式及其推导过程。
五、教学过程:1. 导入:通过提问方式引导学生回顾之前学过的简单机械知识,为新课的学习做好铺垫。
2. 讲解单摆的定义、特点和应用:讲解单摆的定义,阐述单摆的周期性特点,介绍单摆在现实生活中的应用。
3. 推导单摆的周期公式:讲解单摆的周期公式,引导学生通过数学推导理解公式的含义。
4. 实验操作:引导学生分组进行单摆实验,讲解实验步骤和注意事项,确保实验安全、准确。
5. 数据分析:引导学生根据实验数据,计算单摆的周期,分析实验结果与理论公式的关系。
6. 总结:对本节课的内容进行总结,强调单摆的周期公式及其应用。
7. 作业布置:布置一道有关单摆的应用题,巩固所学知识。
六、教学反思:在课后,教师应认真反思本节课的教学效果,针对学生的掌握情况,调整教学策略,以提高教学效果。
同时,关注学生在实验过程中的表现,培养学生的实验操作能力和科学素养。
七、教学评价:通过课堂讲解、实验操作和课后作业,评价学生对单摆知识的掌握程度,以及对单摆实验的操作能力和数据分析能力。
同时,关注学生在学习过程中的态度和合作精神,鼓励学生积极参与课堂讨论和实验操作。
4 单摆-人教版高中物理选择性必修第一册(2019版)教案一、教学目标1.了解单摆的定义和组成结构,能够描述单摆的运动规律;2.掌握通过实验测定单摆周期的方法;3.深入理解单摆振动的线性特征,能够应用公式计算单摆的运动参数;4.掌握单摆的应用,例如在人们日常生活中用到的测量和计时。
二、教学重点1.单摆的定义和运动规律;2.单摆周期的测定方法;3.单摆的线性特征;4.单摆的应用。
三、教学内容及安排1. 单摆基础知识(20分钟)•引入:通过问答的方式了解学生对单摆的了解程度;•观察实验:通过实验展示单摆的组成结构和运动规律,并介绍单摆的定义;•概念讲解:对单摆运动的基本概念进行详细讲解。
2. 单摆周期的测定(30分钟)•学生自行实验:由学生自行组装单摆,在实验中掌握通过测定单摆周期的方法计算单摆长度;•实验过程与分析:教师引导学生在实验过程中进行数据记录和分析,掌握单摆周期的计算方法;•实验结论与总结:结合实验结果,提出单摆周期与单摆长度、重力加速度之间的关系。
3. 单摆的线性特征和运动参数计算(30分钟)•理论讲解:对单摆的线性特征和运动参数进行详细讲解,并提出计算方法;•实例演示:通过实例演示,帮助学生掌握单摆运动参数的计算方法;•计算练习:提供多个计算练习,帮助学生熟练掌握单摆运动参数的计算方法。
4. 单摆的应用(20分钟)•理论讲解:介绍单摆在人们日常生活中的应用,如宝石的切割、大钟的计时等;•分组讨论:将学生分组讨论单摆在实际应用中的具体实现方法;•工作汇报:每组派出一名代表进行汇报。
五、教学方法1.教师讲授与学生合作学习相结合;2.观察实验、自主探究、合作探究;3.课堂讨论与工作汇报。
六、教学评估1.回答老师提出的问题;2.实验报告;3.计算题讲解;4.应用场景设计。
七、教学参考资料1.人教版高中物理选择性必修第一册(2019版);2.《物理实验指导书》。
高中物理单摆实验教案实验目的1. 观察并了解单摆的构造和运动特点。
2. 掌握测量单摆周期的方法。
3. 验证单摆周期与摆长、重力加速度的关系。
4. 学会处理实验数据,得出单摆周期公式。
实验原理单摆是由一根不可伸长的轻绳和一个小质点组成的简单摆动系统。
在不计空气阻力和绳子质量的理想情况下,单摆的周期T与其摆长L和当地重力加速度g有关,其关系可由以下公式表示:\[ T = 2\i \sqrt{\frac{L}{g}} \]其中,T是单摆的周期,即完成一次完整摆动所需的时间;L是摆长,即固定点到质点的距离;g是重力加速度。
实验器材- 支架和摆球- 米尺或卷尺- 秒表- 夹子或挂钩(用于固定摆线)- 细线- 重物(如小铁球)实验步骤1. 搭建单摆:将细线的一端用夹子固定在支架上,另一端连接重物作为摆球。
2. 测量摆长:使用米尺或卷尺从固定点到摆球中心的距离即为摆长L。
3. 调整摆球位置,使摆线水平拉直,并确保摆球在垂直平面内摆动。
4. 释放摆球,让其自由摆动,避免给予初速度或外力干扰。
5. 测量周期:启动秒表,记录摆球完成30至50次完整摆动的总时间,然后除以摆动次数得到平均周期T。
6. 改变摆长,重复步骤2至5,记录不同摆长下的周期时间。
7. 数据处理:利用实验数据计算得出不同摆长下的周期T,并与理论公式进行对比分析。
注意事项- 确保摆球质量足够大,以忽略空气阻力的影响。
- 测量时,应保持摆球在同一平面内摆动,避免出现圆锥摆现象。
- 记录时间要准确,减少人为误差。
- 多次测量取平均值,以提高实验准确性。
实验结果分析学生应根据收集的数据,绘制摆长L与周期平方T²的关系图,通过线性拟合验证T²与L 是否成正比关系。
最终,学生应能够根据图表和数据,验证单摆周期公式的正确性,并理解其中物理量之间的关系。
结论。
11.4 单摆教案(第一课时)【学习目标】一、知识与技能 1.知道什么是单摆; 2.理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动; 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;二、过程与方法 1.通过单摆的教学,知道单摆是一种理想化的系统,学会用理想化的方法建立物理模型. 2.通过单摆做简谐运动条件的教学,体会用近似处理方法来解决物理问题. 3.通过研究单摆的周期,掌握用控制变量的方法来研究物理问题. 三、情感与价值 1.单摆在小角度情况下做简谐运动,它既有简谐运动的共性,又有其特殊性,理解共性和个性的概念. 2.当单摆的摆角大小变化时,单摆的振动也将不同,理解量变和质变的变化规律.【学习重难点】1.重点是认识单摆这个理想化模型,理解单摆做简谐运动条件;2.难点是单摆回复力形成的理解;【教学过程】一.课前预习1、物体做简谐运动的条件是。
2、一根细线上端固定,下端系着一个小球,如果悬挂小球的细线的伸长和质量可以忽略,细线的长度又比小球的直径大得多,这样的装置就叫单摆。
在的情况下,单摆的运动可视为简谐运动。
3、单摆的回复力由提供。
4、探究单摆周期实验采用的方法是。
5、单摆周期公式是。
6、提出疑惑答案:1、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。
2、偏角很小3、重力沿切线方向的分力4、控制变量法5、二.新课导学导生活中,我们经常可见悬挂起来的物体在竖直平面内摆动,这样摆动的装置叫做摆。
请举几例!认识单摆判断以下摆动模型是不是单摆,为什么?BACFED理想化的条件:悬点_________;摆线_____________________;摆球_____________________;答案:固定细长且伸缩性小小而重(密度大)探一.探究单摆振动性质(1)提出问题:单摆振动是不是简谐运动?(2)进行猜想提出猜想: (是)(3)理论证明原理:简谐运动的回复力特征——如果质点所受的力与________(位移)成正比,并且总是指向_______ (平衡位置即位移反方向),质点的运动就是简谐运动,即满足公式____________________;(F= - kx )理论推导过程:设小球运动到任意点B时,摆线与竖直方向的夹角为θ,摆球偏离平衡位置的位移为x,摆长为L:(1)画出小球受力示意图;(2)问题:什么力充当回复力?(3)小球摆动的回复力F回 =_________________________(4) 很小时:sin ≈_________,弧长OB≈ _________,则sin ≈_________得到:F回=______________【结论】:在偏角_________的情况下,摆球所受的回复力跟____________成正比,方向始终指向______(即与位移方向相反),因此单摆做简谐运动,满足:____________________说明:一般情况要求偏摆角___________二.探究单摆做简谐运动的周期1、单摆周期T可能与什么因素有关呢?(1)猜想:__________________________________________________________________;(2)实验验证:①方法:_____________________________;②注意:偏角________________________;摆球质量m M m m振幅A A1A2A摆长L L L1L2周期T(3)定性分析:①________________________________________________________________;②________________________________________________________________;③________________________________________________________________;结论:在同一个地方,单摆周期T________________________________________________________________________________________________________________。
高中物理单摆实验教案
实验目的:通过观察和测量单摆的摆动情况,探究单摆的物理规律。
实验材料:
1.单摆(包括线、小球和支架)
2.计时器
3.测量尺
4.万能表
5.实验笔记本和笔
实验步骤:
1.搭建单摆:将线穿过小球,固定在支架上,使小球能够自由摆动。
2.测量线的长度,并记录在实验笔记本上。
3.将小球拉到一侧,放开,开始计时。
4.利用计时器测量单摆的摆动周期,并记录下来。
5.重复步骤3和4至少3次,求出单摆的平均摆动周期。
6.根据测得的数据,计算单摆的摆动频率、角频率和周期的平方。
实验要点:
1.确保单摆能够自由摆动,线的长度必须符合实验要求。
2.利用计时器准确测量摆动周期。
3.注意记录实验数据,及时计算并分析结果。
4.小心操作实验仪器,避免发生意外。
实验结果:
根据实验数据的计算,我们可以得到单摆在不同条件下的摆动频率、角频率和周期的平方,进而探究单摆的摆动规律。
实验拓展:
1.改变单摆的线的长度,观察对摆动的影响。
2.改变单摆的质量,观察对摆动的影响。
3.探究单摆的摆动与重力、摩擦力等因素的关系。
实验总结:
通过这个实验,我们可以深入了解单摆的摆动规律,加深对物理学知识的理解,培养实验和观察能力,提高科学素养。
《单摆》(说课)《单摆》说课稿一、教材分析1、本说课内容出处:人民教育出版社的高中二年级“全日制普通高级中学教科书——物理”“第九章机械振动”中的第四节(P29——P32)。
2、教材的地位和作用:单摆是简谐振动的实例应用,在整个物理学中占有重要的地位,是高中物理振动的核心内容。
它既是本章的中心,又是本章的教学重点。
单摆的振动是简谐运动的重要特例,教材中安排这节内容,不仅使学生了解一种典型的简谐运动,而且也对前面所学的简谐运动概念起到加深理解和巩固的作用。
3、教学目标:知识与技能:理解摆角很小的单摆振动是简谐振动,掌握单摆振动的周期公式。
过程与方法:在探究过程中让学生掌握理想模型的方法。
情感态度与价值观:培养学生处理事物注意抓住主要矛盾,学会运用物理学常用的近似方法解决问题。
4、重点:单摆振动周期公式的掌握及应用。
5、难点:对单摆振动是简谐振动的理解;公式的应用。
二、“说”教和学的方法(一)教学方法1、知识迁移法:教学中,我利用生活中常见的摆钟钟摆的摆动,通过知识的迁移,引出了“单摆”模型,让学生进行自主探究。
旧知识经验只有通过迁移、转换过程,才能与新知识相接。
所以学生在了解单摆的同时,又要变通、灵活地思考问题,拓展了思维的广度与深度,培养了思维的变通性。
保证了教学目标的完成,是探索中学物理教学实施素质教育的课堂教学方法。
2、实验探究法:本节课主要是通过三个实验探究来逐步认识影响单摆振动周期的因素。
应将学生分组进行探究,并采用师、生互动和生、生互动的交流合作的学习方式进行。
通过对演示实验的观察、比较,获得必要的感性知识,建立物理概念,探索物理规律。
(二)学法指导新课程要求构建“双主型”课堂教学,通过师生互动,情感交流来启动学生的求知原动力,通过教师的启发、引导、组织学生进行自主活动,让学生在活动中获取知识,学到方法,发展能力,得到愉快的情感体验,最终提高学生的科学素质。
三、“说”教学程序导入新课:运用多媒体课件,展示生活中常见的摆钟钟摆的摆动画面,并启发引导学生列举自己在生活中所遇到的相关现象,引出单摆的课题,激发起学生认识单摆、探究单摆的振动规律和周期的兴趣和动机。
单摆
一、教学目标
1.在物理知识方面的要求:
(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.观察演示实验,概括出周期的影响因素,培养学生由实验现象得出物理结论的能力。
3.在做演示实验之前,可先提出疑问,引起学生对实验的兴趣,让学生先猜想实验结果,由教师实验验证,使学生能更好的有目的去观察实验。
二、重点、难点分析
1.本课重点在于掌握好单摆的周期公式及其成立条件。
2.本课难点在于单摆回复力的分析。
解决方案:对于重点内容通过课堂巩固练习加深印象。
本课难点在于力的分析上,由教师画好受力分析图,用彩粉笔标示,同时引导学生看书,这部分内容属于A类要求及了解内容,只要使大部分学生能明白基本过程即可,重在强调最后结论。
三、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)
四、主要教学过程
(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
(教师拿出单摆展示,同时介绍单摆构成)这就是单摆,一根绳子上端固定,下端系着一
个球。
物理上的单摆,是在一个固定的悬点下,用一根不可伸长的细绳,系住一个一定质量的质点,在竖直平面内小角度地摆动。
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。
我们这一章研究的是机械振动,而单摆振动也属于机械振动,单摆振动也是在某一平衡位置附近来回振动,这个平衡位置,就是绳子处于竖直的位置。
我们在学习机械振动时,曾经提到过机械振动的两个必要条件,一是运动中物体所受阻力要足够小;二是物体离开平衡位置后,总是受到回复力的作用。
对于第一个条件单摆是符合的,单摆绳要轻而长,球要小而重都是为了减少阻力;第二个条件说
到回复力。
提问:单摆的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。
)
1.单摆的回复力
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C为例,此时摆球受重力G,拉力T作用,由于摆球沿圆弧运动,所以将重力分解成切线方向分力G1和沿半径方向G2,悬线拉力T和G2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G1不论是在O左侧还是右侧始终指向平衡
位置,而且正是在G1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G1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°。
(见附表,打印在投影片上。
)由投影片我们可知α在5°之内,并且以弧度为角度单位,sinα≈α。
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,为简谐运动。
所以,当α<5°时,单摆振动是一种简谐运动。
2.单摆振动是简谐运动
特征:回复力大小与位移大小成正比,方向与位移方向相反。
但这个回复力的得到并不是无条件的,一定是在摆角α<5°时,单摆振动回复力才具有这个特征。
这也就是单摆振动是简谐运动的条件。
条件:摆角α<5°。
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。
3.单摆的周期
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。
那么就可以用这两个单摆去研究周期和振幅的关系了,在做之前还要明确一点,振幅是不是可任意取?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5°。
[演示2] 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。
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] 取摆长不同,两个摆球从某一高度同时释放,注意要α<5°。
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?经过一系列的理论推导和证明得到:
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,即满足摆角α<5°。
条件:摆角α<5°
还可以根据这个周期公式测某地的重力加速度,由公式可知只要测出单摆的摆长、周期,就可以得到单摆所在地的重力加速度。
提问:由以上演示实验和周期公式,我们可知道周期与哪些因素有关,与哪些因素无关?答:周期与摆长和重力加速度有关,而与振幅和质量无关。
单摆周期的这种与振幅无关的性质,叫做等时性。
单摆的等时性是由伽利略首先发现的。
(此处可以讲一下伽利略发现单摆等时性的小故事。
)钟摆的摆动就具有这种性质,摆钟也是根据这个原理制成的,据说这种等时性最早是由伽利略从教堂的灯的摆动发现的。
如果条件改变了,比如说(拿出摆钟展示)这个钟走得慢了,那么就要把摆长调整一下,应缩短L,使T减小;如果这个钟在北京走得好好的,带到广州去会怎么样?由于广州g,小于北京的g值,所以T变大,钟也会走慢;同样,把钟带到月球上钟也会变慢。
4.课堂练习(见投影片)
[题目]甲乙两个单摆,甲的摆长是乙摆长的4倍,乙摆球质量是甲球质量的2倍。
在甲振动5次的时间内,乙摆球振动______次。
分析:此题考查的是周期的影响因素。
已知摆长和质量比例关系,但由周期公式和前面所做演示实验可知,周期与质量无关,甲的摆长是乙的摆长的4倍,那么甲的周期就是乙的周期的2倍,频率是1/2,所以甲振动5次,同时乙振动10次。
(三)课堂小结
本节课主要讲了单摆振动的规律,只有在小角度时单摆振动才能近
式测某地的重力加速度,由公式可知只要测出单摆的摆长、周期,就可以得到单摆所在地的重力加速度。