1.3 探究摆钟的物理原理
高中物理第1章机械振动1.3探究摆钟的物理原理1.4探究单摆振动的周期学案沪科版选修3-4(new)
1.3 探究摆钟的物理原理1。
4 探究单摆振动的周期［学习目标] 1.理解单摆模型及其振动特点。
2。
理解单摆做简谐运动的条件，知道单摆振动时回复力的来源.3。
知道相位的概念，知道同相振动与反相振动的步调特点.4.会用控制变量法探究单摆的周期与哪些因素有关.5.掌握单摆的周期公式,掌握用单摆测定重力加速度的原理和方法．1．如图1所示，细线上端固定,下端系一小球，如果细线的伸缩可以忽略，细线的质量与小球相比可以忽略，小球的直径与细线的长度相比也可以忽略，这样的装置就可看成单摆．单摆在摆角很小时做简谐运动，其振动图像遵循正弦函数规律．图12．相是描述振动步调的物理量．两个单摆振动步调一致，我们称为同相；两个单摆振动步调正好相反，叫做反相．3．单摆振动的周期与摆球质量无关，在振幅较小时与振幅无关,周期公式T＝2π错误!。
一、探究摆钟的物理原理[导学探究] 一阵风吹过，大厅里的吊灯微微摆动起来，久久不停……，伽利略就是通过观察教堂吊灯摆动发现了吊灯摆动的等时性，惠更斯按照伽利略的构想，发明制作了一个摆钟．摆钟的往复运动是简谐运动吗?你能用所学的知识证明吗？答案是简谐运动．证明：把摆钟等效成一个小球，当小球运动到图中的任意位置P时,小球受到的回复力是小球所受重力G沿着圆弧切线方向的分力G1，F＝G1＝mg sin θ.若摆角θ很小，则有sin θ≈θ＝OPl，并且位移x≈OP，考虑了位移和回复力的方向后,有F＝－mg错误!（“－”表示回复力F与位移x的方向相反），m是小球的质量，l是摆长,g是重力加速度,它们都有确定的数值，错误!可以用一个常数k来表示，则上式又可以写成F＝－kx，也就是说，在摆角很小时，小球所受到的回复力跟位移大小成正比而方向相反，所以小球做简谐运动．［知识深化］1．单摆(1）模型：摆线是不可伸长,且没有质量的细线，摆球是没有大小只有质量的质点，这样的装置叫单摆，它是实际摆的理想化模型．(2）实际摆看作单摆的条件:①摆线的形变量与摆线的长度相比小得多，摆线的质量与摆球的质量相比小得多,这时可把摆线看成是不可伸长,且没有质量的细线．②摆球直径的大小与摆线长度相比小得多，这时可把摆球看成是没有大小只有质量的质点．2．单摆的回复力(1）回复力的提供:摆球的重力沿圆弧切线方向的分力．（2）回复力的特点：在摆角很小时,F＝－错误!x。
1.3_探究摆钟的物理原理
C
O
D
B
F kx
秋千 风铃
摆钟
吊灯
一．单摆
在细线的一端拴上一个小球，另一端固 定在悬点上，如果细线的质量与小球相比 可以忽略，球的直径与线的长度相比也可 以忽略，这样的装置就叫做单摆． 单摆是一个理想化的模型。
摆线：
质量不计 长度远大于小球直径 不可伸缩 摆长
摆球：质点（体积小 质量大）
1.3
探究摆钟的物理原理
学习目标： 1. 理解单摆振动的特点及其做简谐运动的条件． 2．理解步调和相位的概念． 3．观察实验，概括单摆振动特点，培养由实验现象得出 物理结论的能力． 重点：单摆运动的特点 难点：相位的理解
温故知新
什么是简谐运动？ 做简谐运动物体的回复力具有什么特征？
回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。
2．用振动图像可以直观地表示不同振动的相． 如图1－3－1所示．
甲
乙 图 1－ 3－ 1
课 堂 练 习 1.一般实验时用下列哪些材料做成单摆较合适 ( A D ) A.长为1米的细线 B.长为0.2米的细铁丝 C.直径为5厘米的泡沫塑料球 D.直径为1厘米的钢球 悬线：细、长、柔、伸缩可以忽略 摆球：小而重（即密度大）
空气阻力不计 说明：实际应用的单摆小球大小不可略，摆长 L＝摆线长度＋小球半径
想一想：下列装置能否看作单摆？
O
细 绳
橡 皮 筋 铁 链
O’
细粗 绳棍 挂上 在
长 细 线
钢球
1
2
3
4
5
ᄼ
二．单摆运动的特点
做一做：单摆在竖直面内的摆动是简谐运动吗？
1 、 单 摆 振 动 图 像 ： 实 验 演 示 运 动 规 律 正弦图像
高中物理 第1章 机械振动 3 探究摆钟的物理原理课件 沪科版选修3-4
休息时间到啦
同学们，下课休息十分钟。现在是休息时间，你们休息一 看看远处，要保护好眼睛哦~站起来动一动，久坐对身体
(多选)如图是甲、乙、丙三个单摆做简谐运动的图像， 则下列说法中正确的是( )
A．甲、乙两摆的振幅之比为 2∶1 B．乙和丙两振动的相位相同 C．甲、乙两摆的周期之比为 2∶1 D．甲、乙两摆的频率之比为 2∶1
二、探究单摆运动的特点
1．单摆的回复力：在偏角很小的情况下，单摆的回复力跟位移 的关系式是_F_＝__－__m_l_g_x_，其中 l 为摆长，x 为偏离平衡位置的位 移． 2．单摆做简谐运动的条件：在_偏__角__很___小__的情况下，摆球所受 的回复力与它偏离平衡位置的位移成__正__比__，方向总是指向平 衡位置，单摆所做的运动是简谐运动．
单摆运动的综合分析 如图所示为一单摆及其振动图像，请回答下列问题：
(1)单摆的振幅为________，频率为________，一周期内重力势 能 Ep 最大的时刻为________．
(2)摆球从 E 向 G 运动为正方向，α 为最大摆角，则图像中 O、 A、B、C 点分别对应单摆中________点．一周期内加速度为正 且减小，并与速度同方向的时间范围是______，势能增加且速 度为正的时间范围是________． (3)单摆摆动过程中多次通过同一位置时，下列哪些物理量一定 是变化的( ) A．位移 B．速度 C．加速度 D．动能 E．摆线中的张力
[解析] 从题图图像中可直接得振幅之比为 2∶1，选项 A 对．从 题图中知 T 甲＝4 s，T 乙＝8 s，得选项 C 错、选项 D 对；由题 图中可知乙、丙两摆的振动情况始终相反，B 项错． [答案] AD
同频率的两简谐运动比较时，相位差的取值范围一般为： －π≤Δφ≤π，当 Δφ＝0 时，两运动步调完全相同，常称为同相； Δφ＝π(或－π)时，两运动步调相反，常称为反相．
1.3-1.4单摆及其周期
L
3、测周期： 把单摆从平衡位臵拉开一个角度（＜5o）放开它 用秒表测量单摆的周期。
秒表的读数
59
28 57 26 55 24 53 22 51 20 49 18 47 16
13 12 11 10 9 8 14 0
0
1
31 2
2
3 4 5
33 4 35 6 37 812 45 14 43
1.4 探究单摆的振动周期
单摆振动的周期与哪些因素有关呢？ 一、实验方法: 控制变量法 单摆的周期
猜想？
振幅
质量
摆长
重力加速度
演示1：周期与振幅无关
单摆振动周期与振幅无关，这就是单摆的等时性
单摆振动的等时性是意大利物理学家伽利略首先发现的。
演示2：探究单摆周期与摆球的质量的关系
周期与摆球的质量无关
实验： 研究用单摆测重力加速度
一、实验原理
l T 2 单摆做简谐运动时，其周期为： g
l g 4 2 得 T 只要测出单摆的摆长L和振动周期T，就可以求出当地的重力 加速度g的值， 二、实验器材 1、单摆组 2、米尺 3、游标卡尺 4、秒表（停表）
2
三、实验步骤 1、做单摆：取约1米长的线绳栓位小钢球， 然后固定在桌边的铁架台上。 × 2、测摆长： 摆长为L +r (1)用米尺量出悬线长 L，准确到毫米 (2)用游标卡尺测摆球直径 算出半径r，也准确到毫米 0 0 5 1 1 0
2分7.6秒
秒表的读数 1分51.4秒
59 0
14 13 12 11 10 9 8 7 6
31 2
1 2 3 4 5
28
57 26 55 24 53 22
0
33 4 35 6 37 8
1.2探究摆钟的物理原理-沪科教版选修3-4教案
1.2 探究摆钟的物理原理-沪科教版选修3-4教案教学目标1.了解摆钟的构造和基本工作原理；2.理解摆的简谐运动，掌握调整摆钟的方法；3.探究摆钟的误差来源，并了解摆钟在实际应用中的局限性；4.培养学生的动手能力和实验探究精神。
教学重点1.摆钟的构造和基本工作原理；2.摆的简谐运动及其特征。
教学难点1.摆钟误差的来源及其探究方法；2.摆钟实际应用中的局限性。
教学内容1. 摆钟的构造和基本工作原理摆钟是利用重力作用使摆运动的装置。
摆钟的构造通常由挂链、秤锤、摆轮和装置支架等组成。
摆轮向左右摆动时，连接在摆轮下方的重物也随之左右摆动，通过链子串联起来的孔的数量也随之左右摆动。
这个孔的数量越多，链子的长度就越长，与重物连接的支架也就越长。
摆轮的摆动使挂链上的重物不断地向左右方向运动，输出的是一定的能量。
而这个能量与内部的机械装置相互作用，完成计时功能。
2. 摆的简谐运动及其特征摆的简谐运动是指在一定的条件下，重物围绕平衡位置做周期性的振动。
如果摆的摆长为L，重力加速度为g，则摆的周期T是由以下公式计算得到的：$$T=2\\pi\\sqrt{\\frac{L}{g}}$$其中，$\\pi\\approx3.14$，$\\sqrt{}$表示算术平方根。
摆的简谐运动具有以下特征：•周期固定，与摆长、重力加速度无关；•能量在运动中不断转换，但总能量守恒；•摆动的振幅会逐渐减小，直到停止。
3. 摆钟误差的来源及其探究方法在实际应用中，摆钟存在不同程度的误差。
这些误差主要来源于以下几个方面：•摆轮的重心位置不准确；•摆线受到外力的影响；•温度变化和气压变化影响摆长。
为了控制误差，我们可以进行如下探究：•理论计算，计算摆轮的重心位置，以便制造摆轮；•降低摆线对外界干扰的情况；•对气温和气压的变化进行实时测量和监控。
4. 摆钟的局限性尽管摆钟具有稳定的周期和精度，但在实际应用中仍存在一些局限性：•摆钟的精度随着时间的变化而逐渐降低；•摆钟对温度和气压的变化较为敏感，而在实际使用中难以避免这些变化；•摆钟的精度相对于其他更先进的计时装置，已经有了较大的差距。
第1章 1.3 探究摆钟的物理原理+1.4 探究单摆振动的周期
上一页
返回首页
下一页
(3)g 还由单摆所处的物理环境决定 如带电小球做成的单摆在竖直方向的匀强电场中，回复力应是重力和电场 力的合力在圆弧切线方向的分力，所以也有 g′的问题.
上一页
返回首页
下一页
4.如图 1-3-3 所示是一个单摆(摆角 θ＜5°)，其周期为 T，则下列说法正确的
是( )
A.把摆球的质量增加一倍，其周期不变
【答案】 ABE
上一页
返回首页
下一页
2.关于单摆摆球在运动过程中的受力，下列结论正确的是( ) A.摆球受重力、摆线的张力作用 B.摆球的回复力最大时，向心力为零 C.摆球的回复力为零时，向心力最大 D.摆球的回复力最大时，摆线中的张力大小比摆球的重力大 E.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
上一页
图 1-3-2
返回首页
下一页
(2)平衡位置 摆球经过平衡位置时，G2＝G，G1＝0，此时 F 应大于 G，F－G 提供向心力， 因此，在平衡位置，回复力 F 回＝0，与 G1＝0 相符.
上一页
返回首页
下一页
(3)单摆的简谐运动 在 θ 很小时(理论值为＜5°)，sin θ≈tan θ＝xl， G1＝Gsin θ＝mlgx， G1 方向与摆球位移方向相反，所以有回复力 F 回＝G1＝－mlgx＝－kx(k＝mlg). 因此，在摆角 θ 很小时，单摆做简谐运动.
上一页
返回首页
下一页
[核心点击] 1.运动特点 (1)摆线以悬点为圆心做变速圆周运动，因此在运动过程中只要速度 v≠0， 沿半径方向都受向心力. (2)摆线同时以平衡位置为中心做往复运动，因此在运动过程中只要不在平 衡位置，轨迹的切线方向都受回复力.
摆钟工作原理
摆钟工作原理
摆钟是一种常见的时钟类型，其工作原理基于物理学原理。
摆钟由一个或多个摆杆组成，摆杆上悬挂着一个质量较大的重物，称为摆锤。
摆锤在重力作用下，由于重力的作用力沿着摆杆方向下垂，产生一个回复力，使得摆锤沿着摆杆做定幅度的周期性摆动。
摆钟的运行机制涉及到几个重要的物理量：
1.摆杆长短：摆杆的长度决定了一个摆动周期所需要的时间。
较长的摆杆将需要更长的时间来完成一个摆动周期。
2.重力加速度：重力作用下，摆锤沿着垂直方向做周期性摆动，重力加速度决定了摆锤摆动的速度。
3.摩擦力：摩擦力会对摆杆的振幅和振动的持续时间产生影响。
摩擦力较小，摆杆的振幅和持续时间会较长。
4.空气阻力：空气阻力会对摆杆振动的过程产生影响，但通常
对摆钟的运行不会有显著影响。
综上所述，摆钟的工作原理是利用摆杆的周期性摆动，通过摆锤在重力作用下的回复力来驱动钟表的运动。
通过控制摆杆的长度、重力加速度、摩擦力等因素，可以实现摆钟的精确计时功能。
摆钟的工作原理
摆钟的工作原理
摆钟是一种古老而精确的时间测量设备，其工作原理基于物理摆动的运动规律。
摆钟通常由一个长而重的摆杆和一个附有重物（称为“摆球”或“摆锤”）的摆动器组成。
摆钟的工作原理是利用重力和简谐振动理论。
当摆球被向一侧偏移并释放时，重力开始作用，使摆球向反方向摆动。
重力的作用导致摆球在两个最远点间来回摆动，称为“摆动周期”。
摆动的频率和周期取决于摆杆的长度和重力加速度。
如果摆杆的长度和摆球的重量恰好调整到一个特定的比例，摆钟将保持固定的振荡频率，并且每秒摆动的次数将保持不变。
这种恒定的频率使得摆钟可以精确地测量时间。
摆钟通常还配备了一个机械设备，例如齿轮系统和摆锤装置。
这些部件的作用是为了保持摆杆的运动，并通过传递能量和调整振动幅度确保摆动的持续和稳定。
总而言之，摆钟通过利用重力和简谐振动原理来测量时间。
通过恒定的振荡频率和精确的机械设备，摆钟能够提供准确的时间表示。
1.3探究摆钟的物理原理
同官高级中学2011---2012学年度第二学期物理选修3—4 导学案编号3 班级：高二（）班小组：姓名：学生编号：组内评价：教师评价：【上堂检测】1、做简谐运动的质点通过平衡位置时，具有最大值的物理量是_________。
A．加速度B．速度C．位移D．动能Ｅ．回复力Ｆ．势能2、关于做简谐运动物体的说法正确的是( )A．加速度与位移方向有时相同，有时相反B．速度方向与加速度有时相同，有时相反C．速度方向与位移方向有时相同，有时相反D．加速度方向总是与位移方向相反3、甲、乙两弹簧振子的周期比为1:3，振幅之比为2:5，则每秒路程之比为：( )A．5︰6；B．3︰10；C．6︰5；D．10︰31.3 《探究摆钟的物理原理》导学案编制：和力审核：薛贵清王江峰冯旭利审批：马生科【学习目标】知识与技能：知道单摆的概念以及由一般单摆抽象为单摆的条件，理解单摆的运动特点，定性了解振动的相位及相位差的概念。
过程与方法：经历单摆科学抽象的过程，掌握单摆运动特点的分析方法。
情感态度与价值观：体会科学和技术对社会进步的作用。
【重点】论证单摆在摆角很小时的运动是简谐运动。
【难点】对以上论证方法和过程的理解。
【预习自测】一、单摆1、单摆的定义：。
2、单摆是实际摆的理想模型，被看成单摆的条件：（1）；（2）。
二、探究单摆运动的特点分析论证单摆在摆角很小时的运动是简谐运动。
三、研究振动的步调问题同相：反相：。
我的疑惑：。
【合作探究】（10分钟）【探究一】：课本P17上面的“请思考”。
【探究二】课本P17中间的讨论与思考。
【探究三】课本P18页第2题。
【课后检测】课本P18页第1、3、4题。
我的收获：。
13_探究摆钟的物理原理讲解
13_探究摆钟的物理原理讲解摆钟是一种利用摆动的物理原理来测量时间的仪器。
它的原理基于摆动周期的恒定和重力对摆球的作用。
首先，我们来看摆钟的结构。
一个摆钟主要由一个摆杆和一个摆球组成。
摆球一端固定在摆杆上，另一端可以自由摆动。
摆杆一般被装在一个钟壳内。
摆动的物理原理在于重力对摆球的作用。
当摆球被释放时，重力将使得摆球开始摆动。
摆动的过程中，摆球会在两个极限位置之间来回摆动。
在任意一侧极限位置，摆球受到重力的最大作用，而在通过中间位置时，重力的作用最小。
摆钟利用摆动周期的恒定来测量时间。
摆动周期是指摆球从一个极限位置摆动到另一个极限位置所需的时间。
当摆动周期恒定时，每一个周期的时间就固定为一个单位时间，称为“秒”。
摆动周期的恒定性依赖于重力和摆长（摆球到转轴的距离）。
根据复摆的数学表达式可以得知，摆动周期与摆长的平方根成正比。
这意味着，当摆长缩短一倍时，摆动周期将减小约为原来的0.707倍。
同样地，当摆长增加一倍时，摆动周期将增加约为原来的1.414倍。
因此，为了保持摆动周期的恒定，钟制造者需要精确控制摆长的长度。
在实际的摆钟中，为了进一步提高精确度，制造者还可以在摆杆上添加一个齿轮系统和一个逃逸轮。
当摆动周期恒定时，逃逸轮会转动一个固定的角度，使齿轮系统进一步驱动钟表的指针运动。
总结起来，摆钟的物理原理基于摆动周期的恒定和重力对摆球的作用。
通过精确控制摆长的长度，摆钟可以利用摆动周期来测量时间。
摆钟的结构还可以通过齿轮系统和逃逸轮来提高精确度。
摆钟作为一种古老而经典的计时器，至今仍在许多地方被使用。
制成摆钟的原理
制成摆钟的原理
摆钟是一种通过摆动定时的钟表。
摆钟的原理可以分为三个方面：摆杆摆动、摆锤能量转换和摆锤周期调节。
首先，摆钟的核心部分是摆杆，摆杆通常由悬挂在其上方的轴承连接，在下方则用重物称作摆锤。
摆杆的摆动是摆钟运作的基础。
当摆杆被给予一个小的初速度时，在重力的作用下，摆杆会不断摆动。
而摆杆的摆动是一个周期性的过程，即摆到一侧再回到另一侧的过程。
接下来，摆锤在摆杆摆动的过程中，能量会不断地在势能和动能之间转换。
当摆杆到达最高点时，势能达到最大值；而当摆杆到达最低点时，动能达到最大值。
当摆杆摆动到最高点时，势能会转化为动能，因为此时的摆杆速度最快；同样地，当摆杆摆动到最低点时，动能又会转化为势能，因为此时的摆杆速度最慢。
最后，为了确保摆钟的运作稳定，需要调节摆锤的周期。
这是通过调节摆锤的长度来实现的。
根据物理定律，摆锤的周期和摆锤长度之间存在一个很特殊的关系，称为摆锤的周期公式。
据此公式，如果想改变摆锤的周期，则需要调整摆锤的长度。
通过增加或减小摆锤的长度，可以使摆锤的周期变长或变短，进而调节摆钟的运作速率。
总结起来，摆钟的原理主要涉及摆杆摆动、摆锤能量转换和摆锤周期调节。
摆钟通过摆杆的摆动来实现定时，摆锤在摆杆摆动的过程中能量在势能和动能之间转
换，同时通过调节摆锤的长度来调节摆钟的运作速率。
摆钟的原理可以说是简单而又精妙，它的稳定性和准确性使得摆钟成为了人们常用的计时工具之一。
钟摆小实验的原理
钟摆小实验的原理钟摆小实验是一种常见的物理实验，旨在研究钟摆的运动规律。
它涉及到一根线或绳子上悬挂的一定质量的物体，在给定的固定点处进行摆动。
这个实验可以帮助我们理解物体在重力作用下的运动，并且也有重要的应用价值。
钟摆小实验的原理可以从以下几个方面解释。
首先，钟摆的运动是受到重力作用的影响的。
在实验中，物体悬挂在一根线或绳子上，并且在重力的作用下，物体受到向下的重力而产生张力。
根据牛顿第二定律（F = ma），物体会产生一个向下的加速度。
然而，由于线或绳子的限制，物体只能沿着垂直线运动，因此产生一个向中心的加速度。
其次，物体的运动可以分解为两个相互垂直的分量。
一方面，物体具有径向分量，指向中心点。
这个分量控制了物体沿曲线运动的差异。
另一方面，物体还具有切向分量，指向物体的运动方向。
这个分量定义了时钟摆的运动速度。
另外，物体的运动受到摩擦力的影响。
在实际的钟摆中，总会有一些摩擦力，例如空气阻力或摆线的阻力。
这些摩擦力会使得钟摆逐渐减速并停下来。
实验中可以通过减小摩擦力的方式，来研究钟摆的长期运动。
此外，钟摆的运动还受到长度和重量的影响。
更长的线或绳子会导致更长的周期，而更重的物体会导致更快的摆动速度。
这是因为长线产生更大的摆动半径，而重物体具有更大的向心加速度。
最后，钟摆的运动可以通过简单的数学模型进行描述。
假设钟摆的摆角不超过小角度，即摆角足够小以使得正弦函数近似成立。
可以使用简单的几何关系，如正弦关系，来推导出钟摆的运动方程。
总之，钟摆小实验的原理是基于重力作用下物体的运动规律。
物体在重力作用下产生向中心的加速度，并受到线或绳子的限制。
物体的运动可以分解为径向和切向分量，并受到摩擦力、长度和重量等因素的影响。
通过数学模型可以描述钟摆的运动规律。
1.3《探究钟摆的物理原理》.ppt解析
一般摆角α < 10°
三、单摆的周期
单摆振动的周期可能与哪些因素 有关呢？ 1、周期与振幅是否有关 ?
演示
2、周期与摆球的质量是否有关 ?
3、周期与摆长是否有关 ? 4、周期与重力加速度是否有关?
结 论
单摆振动的周期 1、与振幅无关——单摆的等时性 伽利略首先发现的 2、与摆球的质量无关 3、与摆长有关——摆长越长，周期越大 4、与当地的重力加速度有关——重力加 速度越大，周期越小
3.一摆长为L的单摆,在悬点正下方 5L/9处有一钉子,则这个单摆的周期 是多少？
5 T 3
L g
思考:小明家从广州搬到北京去,搬家
时把家中的大摆钟也带到北京去了. 问:1.这个摆钟到 北京后是否还准时? 2.若不准,是偏慢还是偏快? 3.如须调整应该怎样调节?
θ T A
O G2 Q G
B
G1
x
x
x
当θ很小时，x ≈弧长=L θ sin θ ≈ θ F回＝G2=Gsinθ =mg sinθ ≈mg θ X ≈ mg L L 位移方向与回复力方向相反 x F回 = –
mg
L
X （ k= mg L
）
F回=-kx
结 论
在摆角很小的情况下，摆球所受 的回复力跟位移大小成正比，方向 始终指向平衡位置（即与位移方向 相反），因此单摆做简谐运动
1.3探究钟摆的物理原理
一、单 摆
1、在细线的一端拴一小球，另一端固定 在悬点上，如果悬挂小球的细线的伸 缩和质量可以忽略，线长又比球的直 径大得多，这样的装置就叫做单摆。 2、单摆是实际摆的理想化模型
以下摆是否是单摆：
O
细 绳
橡 皮 筋
教学设计2：探究摆钟的物理原理
探究摆钟的物理原理教学设计●教学目标●课标解读1．知道什么是单摆，知道单摆是一种理想化的模型，学会用理想化的方法建立物理模型。
2．理解单摆振动的回复力简谐运动。
●教学地位单摆作为一个机械振动的具体实例，为巩固理解简谐运动的规律及其特点起了重要的作用。
单摆作为生活中抽象出的物理模型，与日常生活、生产实践、科学研究有密切联系。
是高中物理振动的核心内容。
既是本章教学重点。
又是高考的热点。
●新课导入建议播放一个摆钟的视频引入新课。
学生看后并列举生活中与之类似的运动秋千。
学生总结其运动规律。
教师在实验桌上摆出铁架台、细线和钢球组成的一个简单的单摆装置，引导学生认识什么是单摆。
●新课教学一、单摆的运动1基本知识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＝－错误!。
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。
2．思考判断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单摆模型中对摆角的要求是小于5°。
√3．探究交流单摆做简谐运动的回复力是摆球所受重力与悬线对摆球的拉力的合力提供的吗【提示】单摆做简谐运动的回复力是摆球所受重力在圆弧切线方向上的分力。
二、单摆做简谐运动的条件【问题导思】1．如何确定单摆运动的回复力2．如何证明单摆的运动是简谐运动图1－3－2判断单摆是否做简谐运动，可分析摆球的受力情况，看回复力是否符合F＝－的特点，如图1－3－2所示。
1．在任意位置，G1方向与摆球位移方向相反，所以回复力表示为F回＝－G1＝－错误!，令＝错误!，则F回＝－因此，在摆角θ很小时，单摆做简谐运动。
摆角一般不超过5°3．单摆做简谐运动的规律单摆做简谐运动的位移随时间变化的图象是一条正弦或余弦曲线。
摆钟的工作原理与保养教案
摆钟的工作原理与保养教案摆钟是一种历史悠久的机械钟表，其工作原理是基于摆动来计时。
当钟摆摆动时，它的周期周期性地变化，而这个周期是由钟摆的长度和重力加速度来决定的。
因此，我们可以通过测量摆钟振动的周期来得到准确的时间。
在本文中，我们将介绍摆钟的工作原理及其保养教案，帮助您更好地维护这个古老而珍贵的设备。
一、摆钟工作原理1.1 摆钟的测量方法摆钟是一个基于摆动的机械钟表。
它包括一个以一定周期在水平方向摆动的钟摆和一个与钟摆相连的机械装置，用于对摆钟进行测量。
测量摆钟时间的方法是计算摆动周期的长度。
具体来说，需要测量摆钟每摆动一次所需的时间。
1.2 摆钟测量周期的原理摆钟的周期是影响它测量精度的关键因素。
摆钟的周期取决于钟摆的长度和重力加速度。
钟摆的长度越长，其周期也就越长，而重力加速度越大，其周期也就越短。
因此，摆钟的整个机制是根据这两个因素来计算和测量时间的。
1.3 摆钟机械装置的工作原理摆钟机械装置的主要部分包括发条、游丝、牙轮、逃逸轮、摆轮和挂钩等。
发条是驱动摆钟的主要力量。
它会通过游丝和摆轮将能量输出，并通过牙轮传递到逃逸轮上。
逃逸轮是一个带有齿轮的轮子，可以将能量传递到摆轮上，帮助钟摆维持其周期性的运动。
挂钩会不断地拉动牙轮，让摆钟“滴答滴答”地前进。
二、摆钟的保养教案2.1 清洁摆钟的表面摆钟上的表面往往是由金属、木材或玻璃等材料组成的。
因此，我们需要采取不同的方法进行清洁。
对于金属表面，可以使用一些金属护理剂或清洁剂来保持其光滑和亮丽。
对于木材表面，则需要使用木屑和润滑油来清洗。
需要特别注意的是，当我们清洗玻璃表面时，需要使用软布，以免划伤表面。
2.2 定期更换发条发条是驱动摆钟的主要力量，因此它的质量和状态直接影响摆钟的工作状态。
为了确保发条的正常工作，我们需要定期更换其油脂。
在更换油脂时，需要将发条开盖，将旧油脂擦拭干净，并再次添加新油脂。
需要注意的是，在添加新油脂之前，必须先缓慢曲折地移动发条，以确保油脂在其内部充分覆盖。
摆钟工作原理
摆钟是一种使用摆锤作为计时元件的钟表。
其工作原理基于简单的摆动运动和重力作用。
摆钟的工作原理如下：
摆锤：摆钟中的摆锤是一个重物，通常是一个金属球体，悬挂在一个细长的杆上。
摆锤的重量和长度决定了摆钟的周期和频率。
摆动运动：当摆锤被拉向一侧并释放时，它会开始做摆动运动。
摆动运动的频率由摆锤的长度决定，较长的摆锤摆动频率较低。
重力作用：摆钟的工作依赖于重力的作用。
当摆锤摆动到一侧时，重力会产生一个恢复力，将摆锤推向反方向。
这种周期性的摆动使得摆锤来回摆动。
摆周期：摆钟的周期是指摆锤从一侧摆动到另一侧再返回的时间。
周期的长度取决于摆锤的长度，较长的摆锤具有较长的周期。
驱动装置：摆钟通常有一个驱动装置，如发条或电池，用来给予摆锤起始能量。
驱动装置通过齿轮系统将能量传递给摆锤，使其保持摆动。
逃逸机构：摆钟还配备了逃逸机构，用于控制摆锤的摆动。
逃逸机构通过与摆锤交互，使其每次摆动时只向时针传递一定的能量，实现秒、分、时的计时功能。
通过摆锤的周期性摆动和逃逸机构的作用，摆钟实现了精准的计时功能。
调整摆锤的长度和逃逸机构的设计可以调整摆钟的精度和稳定性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
结论：当最大摆角很小时，单摆在竖直面 内的摆动可看作是简谐运动。
mg
4、单摆的回复力
仔细观察下面表格：你能得到什么结论？
角度 sinθ 弧度值θ 1o 0.01754 0.01754 2o 0.03490 0.03491 3o 0.05234 0.05236 4o 0.06976 0.06981 5o 0.08716 0.08727 6o 0.10453 0.10472 7o 0.12187 0.12217 8o 0.13917 0.13863 当θ 角很小（θ ＜50）时，角的正弦值近似等于θ 所对 应的弧度值，即sinθ ≈θ
三、研究振动的步调问题 1．几个概念 2π 2π (1)相位、初相位：公式 x＝Acos( t＋φ)中 t＋φ T T 称为相位，φ 表示初相位． 相同 相等 不同 (2)相位差：对于频率____、振幅____、相位_____ 的振子，相位的差值叫做相位差． 只 要相位 差不为 零，则 两振 动的步 调一定 不一 致．若 Δφ＝φ2－φ1，则 2 的相位比 1 超前 Δφ，或 1 的相位比 2 落后 Δφ.
2．用振动图像可以直观地表示不同振动的相． 如图1－3－1所示．
甲
乙 图1－3－1
小结：
摆线：
1.单摆模型
摆球：
质量不计 长度远大于小球直径 不可伸缩 质点（体积小 质量大）
mg mg F x kx(令k ) 2.单摆的回复力： 回 l l
在最大摆角很小的情况下，单摆做简谐运动．
2．单摆的的回复力
1）的来源示意
2）回复力的来源说明：
摆球所受重力沿着圆弧切线方向的分力
O'
法向： Fy
T mg cos （向心力）
T
切向： Fx mgsinθ （回复力） 回复力：
F回 mgsinθ
O
在平衡位置振子所受回复力 是零，但合力是向心
l 3.单摆的周期： T 2 g
单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正 比，跟重力加速度的平方根成反比，跟振幅、摆 球的质量无关．
X F A
C
O
D
B
F kx
秋千 风铃
摆钟
吊灯
一．单摆
在细线的一端拴上一个小球，另一端固 定在悬点上，如果细线的质量与小球相比 可以忽略，球的直径与线的长度相比也可 以忽略，这样的装置就叫做单摆． 单摆是一个理想化的模型。
摆线：
质量不计 长度远大于小球直径 不可伸缩 摆长
摆球：质点（体积小 质量大）
mg cos
mg
3.单摆的回复力特点
F回=mgsinθ
当很小时，
（1）弧长≈x
弧 x = l l (2)sin
x sin l
T
x mg sin mg l
若考虑回复力和位移的方向，
mg F回 x kx、 l
mg (令式中k ) l
x
mg sin
空气阻力不计 说明：实际应用的单摆小球大小不可略，摆长 L＝摆线长度＋小球半径
想一想：下列装置能否看作单摆？
O
细 绳
橡 皮 筋 铁 链
O’
细粗 绳棍 挂上 在
长 细 线
钢球
1
2
3
4
5
ᄼ
二．单摆运动的特点
做一做：单摆在竖直面内的摆动是简谐运动吗？
1 、 单 摆 振 动 图 像 ： 实 验 演 示 运 动 规 律 正弦图像
(3)同相：如果Δφ＝0(或者2π的整数倍)，两振动 质点将同时到达各自的极大值，并且同时越过原 点并同时到达极小值，它们的步调________．这 始终相同 种情况我们说二者同相． (4)反相：如果Δφ＝π(或者π的奇数倍)，两振动 质点中的一个到达极大值时，另一个将同时到达 极小值，并且将同时越过原点并同时到达各自的 相反 另一个极值，它们的步调正好______．这种情况 我们说二者反相．
1.3
探究摆钟的物理原理
学习目标： 1. 理解单摆振动的特点及其做简谐运动的条件． 2．理解步调和相位的概念． 3．观察实验，概括单摆振动特点，培养由实验现象得出 物理结论的能力． 重点：单摆运动的特点 难点：相位的理解
温故知新
什么是简谐运动？ 做简谐运动物体的回复力具有什么特征？
回复力与位移成正比而方向相反，总是指向平衡位置。