1、人教版2019版選擇性必修第一冊第二章 機械振動2.4單擺掌握簡諧運動振幅的物理意義。課堂引入蕩秋千風鈴吊燈擺鐘課堂引入掌握簡諧運動振幅的物理意義。課堂引入單擺：1.單擺模型(1)由細線和小球組成。(2)細線的質量和小球相比可以忽略。(3)小球的直徑與線的長度相比可以忽略。2擺動特點：在擺角很小時，位移時間圖線是一條正弦曲線，說明單擺的運動是簡諧運動。掌握簡諧運動振幅的物理意義。課堂引入以下擺是否是單擺：粗麻繩 細繩橡皮筋 AOOA課堂引入問題：生活中經常可以看到懸掛起來的物體在豎直平面內往復運動。將一小球用細繩懸掛起來，把小球拉離最低點釋放后，小球就會來回擺動。小球的擺動是否為簡諧運動呢？掌

2、握簡諧運動振幅的物理意義。課堂引入思考：用什么方法探究單擺的振動是否為簡諧運動？(1)任意位置如圖所示，G2Gcos ，FG2的作用就是提供擺球繞O做變速圓周運動的向心力；G1Gsin 的作用是提供擺球以O為中心做往復運動的回復力一、單擺的回復力 擺球的受力分析(2)平衡位置擺球經過平衡位置時，G2G，G10，此時F應大于G，FG提供向心力，因此，在平衡位置，回復力F回0，與G10相符(3)單擺的簡諧運動在很小時(理論值為5)，G1 ，G1方向與擺球位移方向相反，所以有回復力F回因此，在擺角很小時，單擺做簡諧運動一、單擺的回復力 擺球的受力分析(1)所謂平衡位置，是指擺球靜止時，擺線拉力與小球

3、所受重力平衡的位置，并不是指擺動過程中的受力平衡位置實際上，在擺動過程中，擺球受力不可能平衡(2)回復力是由擺球受到的重力沿圓弧切線方向的分力 提供的，不可誤認為回復力是重力G與擺線拉力T的合力一、單擺的回復力 對于單擺的兩點說明單擺的受力特點(1)單擺振動的回復力為擺球重力沿圓弧切線方向的分力，回復力不是擺球所受的合外力當擺球擺至平衡位置時，回復力等于零，合外力提供向心力(2)單擺的運動不一定是簡諧運動，只有在擺角較小的情況下才能看成簡諧運動，理論上一般角不超過5，但在實驗中，擺角很小時單擺運動的細節不易觀察清楚，帶來的測量誤差反而會增大，因此實驗中一般角不超過10.一、單擺的回復力 一般規

4、律1單擺的運動特點：(1)擺線以懸點為圓心做變速圓周運動，因此在運動過程中只要速度v0，半徑方向都受向心力(2)擺線同時以平衡位置為中心做往復運動，因此在運動過程中只要不在平衡位置，軌跡的切線方向都受回復力一、單擺的回復力 一般規律2總結一、單擺的回復力 1、回復力的來源擺球的重力沿圓弧切線方向的分力。2、回復力的特點在偏角很小時，擺球所受的回復力與它偏離平衡位置的位移成正比，方向總指向平衡位置，即F 。掌握簡諧運動振幅的物理意義。觀察：單擺的位移時間圖二、單擺的周期 做一做：如圖 ，細線下懸掛一個除去了柱塞的注射器，注射器內裝上墨汁。當注射器擺動時，沿著垂直于擺動的方向勻速拖動木板，觀察噴在

5、木板上的墨汁圖樣。觀察墨汁圖樣二、單擺的周期 一條短繩系一個小球，它的振動周期較短。懸繩較長的秋千（圖），周期較長。單擺的周期與哪些因素有關？下面我們通過實驗來研究這個問題。二、單擺的周期 懸繩長度不同的秋千如圖 ，在鐵架臺的橫梁上固定兩個單擺，按照以下幾種情況，把它們拉起一定角度后同時釋放，觀察兩擺的振動周期。1. 兩擺的擺球質量、擺長相同，振幅不同（都在小偏角下）。2. 兩擺的擺長、振幅相同，擺球質量不同。3. 兩擺的振幅、擺球質量相同，擺長不同。比較三種情況下兩擺的周期，可以得出什么結論？二、單擺的周期 想一想：探究單擺周期與擺長之間的關系研究單擺的振動周期單擺做簡諧運動的周期與擺長有關

6、，擺長越長，周期越大；單擺的周期與擺球質量和振幅無關。單擺周期與擺長之間有什么定量的關系呢？實驗表明：二、單擺的周期 改變擺長l，測出對應的單擺周期T（在小偏角下）。根據你的實驗數據，嘗試在坐標紙上畫出T-l圖像或T-l2圖像。它們分別是什么曲線？你能根據圖像判斷單擺周期與擺長的關系嗎？二、單擺的周期 做一做：1.影響單擺周期的因素二、單擺的周期 (1)單擺的周期與擺球質量、振幅無關(2)單擺的周期與擺長有關，擺長越長，周期越大單擺的等時性：單擺的周期與振幅無關的性質單擺的運動是一種簡諧運動，其圖像的意義、擺球的運動過程與彈簧振子的運動分析相似，只是擺球運動中還受向心力的作用二、單擺的周期 2

7、周期公式(1)公式的提出:周期公式是荷蘭物理學家惠更斯首先提出的。(2)公式:T=2 ,即T與擺長l的二次方根成正比,與重力加速度g的二次方根成反比。周期公式的應用:由單擺周期公式可得g= ,只要測出單擺的擺長l和周期T就可算出當地的重力加速度。3.單擺周期公式的理解和應用1對公式 的理解由公式 知，某單擺做簡諧運動(擺角小于5)的周期只與其擺長l和當地的重力加速度g有關，而與振幅或擺球質量無關，故又叫做單擺的固有周期(1)擺長l：實際的單擺擺球不可能是質點，所以擺長應是從懸點到擺球球心的長度，即 ，l1為擺線長，d為擺球直徑二、單擺的周期 3.單擺周期公式的理解和應用(2)重力加速度g若單擺

8、系統只處在重力場中且處于靜止狀態，g由單擺所處的空間位置決定，即g ，式中R為物體到地心的距離，M為地球的質量，g隨所在地表的位置和高度的變化而變化在不同星球上M和R一般不同，g也不同，g9.8 m/s2只是在地球表面附近時的取值二、單擺的周期 二、單擺的周期 在人類文明進步和科學技術發展的歷史長河中，人類活動與時間測量的精度是密不可分的。很久很久以前，我們的祖先記錄時間是利用天體的周期性運動。例如利用太陽和月亮相對自己的位置等來模糊地定義時間。 后來，人們從觀察自然現象到逐漸發明了日晷、水鐘、沙漏等人造計時裝置，這標志著人造時鐘開始出現（圖 1） 當鐘擺等可長時間周期性運動的振蕩器出現后，人

9、們把能產生確定的振蕩頻率的裝置，作為時間頻率標準，并以此為基礎發明了真正可持續運轉的時鐘。 從 20 世紀 30 年代開始，隨著晶體振蕩器的發明，小型化、低能耗的石英晶體鐘表代替了機械鐘，廣泛應用在電子計時器和其他各種計時領域。科學漫步從日晷到原子鐘二、單擺的周期 20 世紀 40 年代開始，科學家們利用原子超精細結構躍遷能級具有非常穩定的躍遷頻率這一特點，發展出比晶體鐘更高精度的原子鐘。 隨著激光冷卻原子技術的發展，利用激光冷卻的原子制造的冷原子鐘（圖 2）使時間測量的精度進一步提高。到目前為止，地面上精度最高的冷原子噴泉鐘已經達到每 3 億年只有 1 s 的誤差，更高精度的冷原子光鐘也在快

10、速發展中。 近年來，科學家們將激光冷卻原子技術與空間微重力環境相結合，有望在空間軌道上獲得比地面上的線寬要窄一個數量級的原子鐘譜線，從而進一步提高原子鐘的精度，這將是原子鐘發展史上又一個重大突破。科學漫步從日晷到原子鐘二、單擺的周期 科學漫步從日晷到原子鐘我國制造的空間冷原子鐘日晷課堂總結1、單擺的理想化模型：在細線的一端拴上一個小球，另一端固定在懸點上，如果線的伸縮和質量可以忽略不計，球的直徑比線長短得多。2、單擺運動的性質：在擺角 10的條件下，單擺的振動可看作簡諧振動。3、單擺振動的周期公式 ：單擺周期與擺長和重力加速度有關,與振幅和質量無關。隨堂練習例1、（多選）關于單擺擺球在運動過程

11、中的受力，下列結論正確的是() A擺球受重力、擺線的張力作用B擺球的回復力最大時，向心力為零C擺球的回復力為零時，向心力最大D擺球的回復力最大時，擺線中的張力大小比擺球的重力大E擺球的向心力最大時，擺球的加速度方向沿擺球的運動方向ABC隨堂練習【答案】：ABC【解析】：單擺在運動過程中，擺球受重力和擺線的拉力，故A對；重力垂直于擺線的分力提供回復力當回復力最大時，擺球在最大位移處，速度為零，向心力為零，則拉力小于重力，在平衡位置處，回復力為零，速度最大，向心力最大，擺球的加速度方向沿擺線指向懸點，故D、E錯，B、C對隨堂練習例2、(單選）有一個正在擺動的秒擺(T=2 s),若取擺球正從平衡位置向左運動時開始計時,那么當t=1.6 s時,以下對擺球的運動情況及回復力變化情況正確的是()A.正在