高中物理 第1章 机械运动 第3节 振动的描述教师用书 鲁科版选修3-4-鲁科版高中选修3-4物理学案VIP免费

第3节单摆单摆的运动[先填空]1．单摆模型把一根细线上端固定，下端拴一个小球，线的质量和球的大小可以忽略不计，这种装置叫做单摆．2．单摆的回复力(1)回复力的来源：摆球的重力沿圆弧切线方向的分力．(2)回复力的特点：在偏角很小时(通常θ<5°)，单摆所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成正比，方向总指向平衡位置，即F＝－x.(3)运动规律单摆在偏角很小时做简谐运动，其振动图象遵循正弦函数规律．[再判断]1．单摆模型中对细线的要求是细线的伸缩可忽略，质量可忽略．(√)2．单摆模型中对小球的要求是密度较大，其直径与线的长度相比可忽略．(√)3．单摆回复力不符合简谐运动．(×)[后思考](1)单摆做简谐运动的条件是什么？【提示】单摆做简谐运动的条件是偏角很小，通常应在5°以内．(2)单摆做简谐运动的回复力是否等于小球所受的合力？【提示】小球的重力沿圆弧切线方向上的分力提供回复力，而不是小球所受的合力．[核心点击]1．单摆的回复力(1)单摆受力：如图131所示，受细线拉力和重力作用．(2)向心力来源：细线拉力和重力沿径向的分力的合力．(3)回复力来源：重力沿圆弧切线方向的分力F＝mgsinθ提供了使摆球振动的回复力．1图1312．单摆做简谐运动的推证在偏角很小时，sinθ≈，又回复力F＝mgsinθ，所以单摆的回复力为F＝－x(式中x表示摆球偏离平衡位置的位移，l表示单摆的摆长，负号表示回复力F与位移x的方向相反)，由此知回复力符合F＝－kx，单摆做简谐运动．1．下列有关单摆运动过程中的受力，说法正确的是()A．单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力B．单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力C．单摆经过平衡位置时合力提供向心力D．单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力E．在摆角很小的情况下，单摆回复力符合简谐运动特点【解析】单摆运动的回复力不是由重力与摆线拉力的合力提供，平衡位置时，重力和摆线拉力的合力提供向心力，A错误，C正确；单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力，而不是摆线拉力的分力，故选项B正确，D错误；当θ＜5°时，单摆回复力符合简谐运动特点，E正确．【答案】BCE图1322．一单摆做小角度摆动，其振动图象如图132所示，以下说法正确的是()A．t1时刻摆球速度为零，摆球的回复力最大B．t2时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小C．t3时刻摆球速度为零，摆球的回复力最小D．t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大E．t1到t3摆球的回复力先减小后增大【解析】由振动图象知，t1和t3时刻摆球偏离平衡位置的位移最大，此时摆球的速度为零，摆球的回复力最大；A正确C错误；t2和t4时刻摆球位移为零，正在通过平衡位置，速度最大，由于摆球做圆周运动(一部分)，由牛顿第二定律得出悬线对摆球拉力最大，故D正确，B错误；t1到t3摆球位移先减小再增大，故回复力先减小后增大，E正确．【答案】ADE3．关于单摆摆球在运动过程中的受力，下列结论正确的是()【导学号：78510007】A．摆球受重力、摆线的张力两个力作用2B．摆球的回复力最大时，向心力为零；回复力为零时，向心力最大C.摆球的回复力最大时，摆线中的张力大小比摆球的重力大D．摆球的向心力最大时，摆球的加速度方向沿摆球的运动方向E．摆球由最大位移处向平衡位置运动时回复力逐渐减小，向心力逐渐增大【解析】单摆在运动过程中，摆球受重力和摆线的拉力，故A正确．重力垂直于摆线的分力提供回复力．当回复力最大时，摆球在最大位移处，速度为零，向心力为零，则拉力小于重力，在平衡位置处，回复力为零，速度最大，向心力最大，摆球的加速度方向沿摆线指向悬点，故C、D错，B对．摆球由最大位移处向平衡位置运动时，回复力逐渐减小，向心力逐渐增大，E正确．【答案】ABE单摆中的“回复力”1．单摆振动中的回复力不是它受到的合外力，而是重力沿圆弧切线方向的一个分力．单摆振动过程中，有向心力，这是与弹簧振子不同之处．2．在最大位移处时，因速度为零，所以向心力为零，故此时合外力也就是回复力．3．在平衡位置处时，由于速度不为零，故向心力也不为零，即此时回复力为零，但合外力不为零．单摆的周期[先填空]1．实验探究(1)探究方法：控制变量法．(2)实验结论：①...