2019-2020年高中物理 1.2 單擺教案1 教科版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 1.2 單擺教案1 教科版選修3-4 一、教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)目標(biāo)： （1）知道什么是單擺； （2）理解單擺振動(dòng)的回復(fù)力來(lái)源及做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件； （3）知道單擺的周期和什么有關(guān)，掌握單擺振動(dòng)的周期公式，并能用公式解題。 2．能力目標(biāo)：觀察演示實(shí)驗(yàn)，概括出影響周期的因素，培養(yǎng)由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出物理結(jié)論的能力。 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．本課重點(diǎn)在于掌握好單擺的周期公式及其成立條件。 2．本課難點(diǎn)在于單擺回復(fù)力的分析。 三、教具:兩個(gè)單擺（擺長(zhǎng)相同，質(zhì)量不同） 四、教學(xué)過(guò)程 （－）引入新課 在前面我們學(xué)習(xí)了彈簧振子，知道彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。那么：物體做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是什么？ 答：物體做機(jī)械振動(dòng)，受到的回復(fù)力大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反。 今天我們學(xué)習(xí)另一種機(jī)械振動(dòng)——單擺的運(yùn)動(dòng) （二）進(jìn)行新課 1、 閱讀課本第167頁(yè)到168頁(yè)第一段，思考：什么是單擺？ 答：一根細(xì)線上端固定，下端系著一個(gè)小球，如果懸掛小球的細(xì)線的伸長(zhǎng)和質(zhì)量可以忽略，細(xì)線的長(zhǎng)度又比小球的直徑大得多，這樣的裝置就叫單擺。 圖２ 物理上的單擺，是在一個(gè)固定的懸點(diǎn)下，用一根不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩，系住一個(gè)一定質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)，在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)。所以，實(shí)際的單擺要求繩子輕而長(zhǎng)，擺球要小而重。擺長(zhǎng)指的是從懸點(diǎn)到擺球重心的距離。將擺球拉到某一高度由靜止釋放，單擺振動(dòng)類似于鐘擺振動(dòng)。擺球靜止時(shí)所處的位置就是單擺的平衡位置。 物體做機(jī)械振動(dòng)，必然受到回復(fù)力的作用，彈簧振子的回復(fù)力由彈簧彈力提供，單擺同樣做機(jī)械振動(dòng)，思考：?jiǎn)螖[的回復(fù)力由誰(shuí)來(lái)提供，如何表示？ 1）平衡位置　 當(dāng)擺球靜止在平衡位置O點(diǎn)時(shí)，細(xì)線豎直下垂，擺球所受重力G和懸線的拉力F平衡，O點(diǎn)就是擺球的平衡位置。 2）回復(fù)力　單擺的回復(fù)力F回=G1=mg sinθ，單擺的振動(dòng)是不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)呢？ 單擺受到的回復(fù)力F回=mg sinθ，如圖：雖然隨著單擺位移X增大，sinθ也增大，但是回復(fù)力F的大小并不是和位移成正比，單擺的振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。但是，在θ值較小的情況下（一般取θ≤10），在誤差允許的范圍內(nèi)可以近似的認(rèn)為 sinθ=X/ L，近似的有F= mg sinθ= ( mg /L )x = k x　（k=mg/L）,又回復(fù)力的方向始終指向O點(diǎn)，與位移方向相反，滿足簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件，即物體在大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反的回復(fù)力作用下的振動(dòng)，F(xiàn) = - ( mg / L )x = - k x（k=mg/L）為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。所以，當(dāng)θ≤10時(shí)，單擺振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 條件：擺角θ≤10 位移大時(shí)，單擺的回復(fù)力大，位移小，回復(fù)力小，當(dāng)單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)，單擺的位移為0，回復(fù)力也為0，思考：此時(shí)，單擺所受的合外力是否為0？ 單擺此時(shí)做的是圓周運(yùn)動(dòng)，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受向心力，單擺也不能例外，也受到向心力的作用（引導(dǎo)學(xué)生思考，單擺作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力從何而來(lái)？）。在平衡位置，擺球受繩的拉力F和重力G的作用，繩的拉力大于重力G，它們的合力充當(dāng)向心力。 所以，單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)，受到的回復(fù)力為0 ，但是所受的合外力不為0。 3．單擺的周期 我們知道做機(jī)械振動(dòng)的物體都有振動(dòng)周期，請(qǐng)思考： 單擺的周期受那些因素的影響呢？ 生：可能和擺球質(zhì)量、振幅、擺長(zhǎng)有關(guān)。 單擺的周期是否和這些因素有關(guān)呢？下面我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)我們的猜想 為了減小對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，每次實(shí)驗(yàn)中我們只改變一個(gè)物理量，這種研究問(wèn)題的方法就是——控制變量法。首先，我們研究擺球的質(zhì)量對(duì)單擺周期的影響： 那么就先來(lái)看一下擺球質(zhì)量不同，擺長(zhǎng)和振幅相同，單擺振動(dòng)周期是不是相同。 ［演示1］將擺長(zhǎng)相同，質(zhì)量不同的擺球拉到同一高度釋放。 現(xiàn)象：兩擺球擺動(dòng)是同步的，即說(shuō)明單擺的周期與擺球質(zhì)量無(wú)關(guān)，不會(huì)受影響。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要是為研究屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單擺振動(dòng)的周期，所以擺角不要超過(guò)10。 接下來(lái)看一下振幅對(duì)周期的影響。 ［演示2］擺角小于10的情況下，把兩個(gè)擺球從不同高度釋放。（由一名學(xué)生來(lái)完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，教師加以指導(dǎo)） 現(xiàn)象：擺球同步振動(dòng)，說(shuō)明單擺振動(dòng)的周期和振幅無(wú)關(guān)。 剛才做過(guò)的兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了如果兩個(gè)擺擺長(zhǎng)相等，單擺振動(dòng)周期和擺球質(zhì)量、振幅無(wú)關(guān)。如果擺長(zhǎng)L不等，改變了這個(gè)條件會(huì)不會(huì)影響周期？ ［演示3］取擺長(zhǎng)不同，兩個(gè)擺球從某一高度同時(shí)釋放，注意要θ≤10。（由一名學(xué)生來(lái)完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，教師加以指導(dǎo)） 現(xiàn)象：兩擺振動(dòng)不同步，而且擺長(zhǎng)越長(zhǎng)，振動(dòng)就越慢。這說(shuō)明單擺振動(dòng)和擺長(zhǎng)有關(guān)。 具體有什么關(guān)系呢？荷蘭物理學(xué)惠更斯研究了單擺的振動(dòng)，在大量可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)一系列的理論推導(dǎo)和證明得到：?jiǎn)螖[的周期和擺長(zhǎng)l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： 同時(shí)這個(gè)公式的提出，也是在單擺振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的前提下，條件：擺角θ≤10 由周期公式我們看到T與兩個(gè)因素有關(guān)，當(dāng)g一定，T與成正比；當(dāng)L一定，T與成反比；L，g都一定，T就一定了，對(duì)應(yīng)每一個(gè)單擺有一個(gè)固有周期T， （三）課堂小結(jié)：本節(jié)課主要講了單擺振動(dòng)的規(guī)律，只有在θ<10時(shí)單擺振動(dòng)才是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；單擺振動(dòng)周期 例 1：已知某單擺的擺長(zhǎng)為L(zhǎng)，振動(dòng)周期為T，試表示出單擺所在地的重力加速度g. 例 2：有兩個(gè)單擺，甲擺振動(dòng)了15次的同時(shí)，乙擺振動(dòng)了5次，則甲乙兩個(gè)擺的擺長(zhǎng)之比為_(kāi)________。