2.4 单摆（教师版） 2024-2025学年高二物理同步学与练（ 人教版2019选择性必修第一册）.pdf

2.4单摆

01学习目标

物理素养学习目标

1.物理观念：知道什么是单摆，了解单摆的构成及单1.知道单摆是一种理想化模型，理解单摆模型的条

摆的回复力。件，能将实际问题中的对象和过

4.科学思维：①理解单摆做简谐振动的条件，会利用程转化为单摆模型。

图像法分析单摆的运动。②掌握单摆的周期公式，并2.能通过理论推导，判断单摆小角度振动时的特点。

能够进行计算。3.在探究单摆的周期与摆长的定量关系时,能分析数

3.科学探究：经历单摆周期与摆长关系的探究过程，据、发现规律、形成合理的结论

体会实验设计思路。能用已有的物理知识解释相关的现象。

4.科学态度与责任：借助单摆周期影响因素的分析，4.知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系，能运用

培养严谨的科学态度。其解决实际问题。

重点关注：①单摆②回复力③周期

02思维导图

03知识梳理

（一）课前研读课本，梳理基础知识

一、单摆

1．单摆的组成：由细线和小球组成。

2．理想化模型

①细线的质量与小球相比可以忽略。

②小球的直径与线的长度相比可以忽略。

③细线的形变量与细线长度相比可以忽略。

④空气阻力与小球的重力及细线的拉力相比可以忽略。

3．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，即F＝mgsinθ。

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正比，方向总指向平

mg

衡位置，即F=-x。从回复力特点可以判断单摆做简谐运动。

l

二、单摆的周期

1．单摆振动的周期与摆球质量无关(选填“有关”或“无关”)，在振幅较小时与振幅无关(选填“有关”或

“无关”)，但与摆长有关(选填“有关”或“无关”)，摆长越长，周期越大(选填“越大”“越小”或“不

变”)。

2．单摆周期公式

①提出：单摆周期公式是荷兰物理学家惠更斯首先提出的。

l

②公式：T=2p，即周期T与摆长l的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，而

g

与振幅、摆球质量无关。

（二）辨析

1.单摆是一种理想化模型,你认为除了细线的质量和球的直径这两点之外,还有什么“可以忽略”?

【答案】空气等对小球的阻力与它受到的重力及细线的拉力相比可以忽略。

2.在制作单摆时,对小球和细线有什么要求?

【答案】单摆是实际摆的理想化模型。我们总要尽量选择质量大、体积小的球和尽量细的线。

3.摆球经过平衡位置时,回复力是否为零,合外力是否为零?摆球到达最大位移处时v=0,加速度是否等于0?

【答案】单摆摆动过程中平衡位置不是平衡状态,有向心力和向心加速度,回复力为零,合外力不为零。最

大位移处速度等于零,但不是静止状态。一般单摆回复力不是摆球所受合外力,而是重力沿圆弧切线方向的分

力,所以加速度不等于零。

4.怎样证明单摆在摆角很小的情况下的运动是简谐运动?

xmg

【答案】单摆的偏角很小时.重力的分力提供回复力,回复力的大

sinq»q»F=-mg