《探究擺鐘的物理原理》

1、1.3探究擺鐘的物理原理學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1了解單擺模型，理解單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的原因。2知道如何比較兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：1、理解單擺模型的理想化要素； 2、學(xué)會(huì)分析單擺振動(dòng)的回復(fù)力。難點(diǎn)：1、理解擺角很小時(shí)單擺的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；2、兩個(gè)振動(dòng)步調(diào)的比較相位?！緦W(xué)習(xí)方法】運(yùn)用已學(xué)的動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析理解相關(guān)問題?！净局R(shí)點(diǎn)】一從教堂吊燈擺動(dòng)的等時(shí)性到常見計(jì)時(shí)工具擺鐘1、伽利略最早發(fā)現(xiàn)教堂里吊燈擺動(dòng)的等時(shí)性；2、1641年惠更斯按照伽利略的構(gòu)想，發(fā)明制作了一個(gè)擺鐘；3、經(jīng)后人逐漸改進(jìn)成為現(xiàn)代常見的計(jì)時(shí)工具擺鐘。二惠更斯的科學(xué)抽象單擺 1、惠更斯分析了鐘擺擺動(dòng)的過程后，將鐘擺簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單模

2、型： 一根很輕的細(xì)線系著一個(gè)有質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)，這個(gè)模型叫做單擺（simple pendulum）。質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量即單擺的質(zhì)量，擺球重心到懸掛點(diǎn)的距離叫做單擺的擺長(zhǎng)。 2、單擺模型的理想化要素： 懸掛小球的細(xì)線的質(zhì)量可忽略，且其伸縮也可忽略；小球的直徑遠(yuǎn)小于懸線的長(zhǎng)度小球可以看做質(zhì)點(diǎn)；質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中所受空氣阻力可以忽略。 3、單擺是實(shí)際擺的理想化模型，實(shí)驗(yàn)室中如果實(shí)際擺的情況接上述要素的情況，那么研究這個(gè)擺時(shí) 就可以把它當(dāng)做單擺來對(duì)待。三、探究單擺運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 1、單擺運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)： O l T TA B F O mg mg一方面擺球以懸點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)；同時(shí)擺球同時(shí)以最低點(diǎn)為平衡位置做機(jī)械振動(dòng)。

3、注意：?jiǎn)螖[的運(yùn)動(dòng)一定是在豎直面內(nèi)，而不是繞懸點(diǎn)的錐擺運(yùn)動(dòng)。單擺擺球的運(yùn)動(dòng)軌跡是一段圓弧，而不是直線段。 2、分析單擺的受力 單擺擺球在運(yùn)動(dòng)中僅受兩個(gè)力作用：一個(gè)是重力，另一個(gè)是懸線的拉力（彈力） 3、單擺振動(dòng)中的回復(fù)力： 思考：是什么力讓小球回到平衡位置的呢？ 如右圖所示：這個(gè)力是重力沿切線方向的分力 結(jié)論：（1）單擺做機(jī)械振動(dòng)的回復(fù)力是重力沿切線方向的分力，其大?。唬?）拉 力與重力沿半徑方向的分力的合力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。一般地，拉力T并不等于重力的分力mgcos ，而是滿足，僅在最大擺角時(shí)才有。 4、在擺角很小時(shí)單擺的振動(dòng)：?jiǎn)螖[在偏角很小的情況下，回復(fù)力滿足，因此做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。由此

4、可見單擺并不是在任何情況下都做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 看書P.17，理解課本上的推導(dǎo)過程。中的k等于什么？四、研究振動(dòng)的步調(diào)問題 1、觀察實(shí)驗(yàn)或做實(shí)驗(yàn)：探究比較同頻率的兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)問題。 2、思考你會(huì)如何描述和比較兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)？物理學(xué)中引入“相”（或稱“相位”、“位相”、“周相”）這個(gè)物理量來描述兩個(gè)同頻率的振動(dòng)的步調(diào)關(guān)系，或者說引入“相”，用來描述同頻率的兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)上的差異。如果兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)總是一致的，就說它們的相是相同的，簡(jiǎn)稱“同相”；如果兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)不一致，我們就說它們的相不同，或者說它們之間存在相差；如果兩個(gè)振動(dòng)的步調(diào)正好相反，就說它們是“反相”的。 3、觀察比較兩個(gè)同相和反相振動(dòng)的圖

5、像 x a b O t 兩個(gè)同相振動(dòng)的圖像 x a O tb 兩個(gè)反相振動(dòng)的圖像【課堂練習(xí)】課本：P.18家庭作業(yè)與活動(dòng)1、2、3、4【思考與探究】多學(xué)一點(diǎn)：相位 如果我們用函數(shù)關(guān)系來表示位移與時(shí)間的關(guān)系那么，一般可以表示為 ，其實(shí)物理學(xué)中把就成為相位，把稱為初相。 對(duì)同頻率的兩個(gè)振動(dòng)， 相差（相位之差） 顯然相差就可以反映出振動(dòng)步調(diào)的關(guān)系：若=0，則兩振動(dòng)同相（步調(diào)相同）；若=，則兩振動(dòng)反相（步調(diào)相反）；若=/2，則振動(dòng)1比振動(dòng)2超前四分之一周期?！菊n后檢測(cè)】見下頁(yè)探究擺鐘的物理原理檢測(cè)題1、下列說法正確的是 【 】A單擺的等時(shí)性是惠更斯首先發(fā)現(xiàn)的B單擺的等時(shí)性是伽利略首先發(fā)現(xiàn)的C惠更斯首先

6、將單擺的等時(shí)性用于計(jì)時(shí)并發(fā)明了擺鐘D伽利略首先將單擺的等時(shí)性用于計(jì)時(shí)并發(fā)明了擺鐘2、對(duì)單擺在豎直面內(nèi)的振動(dòng),下面說法中正確的是 【 】A、擺球所受向心力處處相同B、擺球的回復(fù)力是它所受的合力C、擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)所受回復(fù)力為零D、擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)所受合外力為零3、下列所給各組器材，用于制作單擺最理想的一組是 【 】A鉆有細(xì)孔的直徑為1cm的輕質(zhì)木球、長(zhǎng)約25cm較粗的線B質(zhì)量約50kg的鉤碼、長(zhǎng)約50cm較粗而不易伸長(zhǎng)的線C鉆有細(xì)孔的直徑為1cm的表面光滑的鋼球、長(zhǎng)約100cm不易伸長(zhǎng)的細(xì)線D鉆有細(xì)孔的直徑為1cm的表面粗糙的鋼球、長(zhǎng)約100cm極易伸長(zhǎng)的細(xì)線4、 關(guān)于單擺振動(dòng)時(shí)的回復(fù)力分析

7、正確的是 【 】A單擺振動(dòng)的回復(fù)力是擺球所受拉力與重力的合力B單擺振動(dòng)的回復(fù)力是細(xì)線對(duì)小球的拉力C單擺振動(dòng)的回復(fù)力是小球所受的重力D單擺振動(dòng)的回復(fù)力是擺球所受重力在切線方向的分力5、關(guān)于單擺振動(dòng)過程中細(xì)線的拉力分析正確的是 【 】A擺球所受拉力總等于重力在半徑方向的分力B擺球所受拉力總大于于重力在半徑方向的分力C在最大位移處擺球所受拉力總等于重力在半徑方向的分力D在最大位移處擺球所受拉力最大6關(guān)于單擺的振動(dòng)下列說法正確的是 【 】A任何情況下，單擺的振動(dòng)總是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) B只有在擺角很小時(shí)單擺的振動(dòng)才可以認(rèn)為是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)C在平衡位置處單擺振動(dòng)的加速度最大 D在最大位移處單擺振動(dòng)的加速度最大7關(guān)于單擺擺球的運(yùn)動(dòng)情況下列說法正確的是 【 】A擺球的運(yùn)動(dòng)是變速圓周運(yùn)動(dòng) B擺球的加速度是拉力和重力的合力產(chǎn)生的C擺球的加速度總是沿圓弧的切線方向 D擺球的加速度總是沿圓的半徑指向懸點(diǎn)8*已知兩個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)