②分析:当摆球静止在o点时,摆球受到哪些力的作用?这些力有什么关系?
③抽学生回答:摆球受到重力g和悬线的拉力作用,这二个力是平衡的.
④教师强调总结:当摆球静止于o点时,摆球受到的重力g和悬线的拉力f′彼此平衡,o点就是单摆的平衡位置.
(2)单摆的摆动
①演示:用力将摆球拉离平衡位置,使摆线与竖直方向成一角度,然后释放,并用cai课件模拟.
②提问:同学们认为摆球做什么运动?
③学生可能答:以悬挂点为圆心在竖直平面内做圆弧运动.
学生还可能答:摆球以平衡位置o为中心振动.
④教师总结,摆球沿着以平衡位置o为中点的一段圆弧做往复运动,这就是单摆的振动.
⑤问:是什么原因导致摆球以平衡位置o为中点的一段圆弧做往复运动呢?
用cai课件模拟摆球所做的运动.
分析:(如图甲)
摆球被拉到位置a时,摆球受到重力mg,绳的拉力f′,且mg与拉力f′不再平衡,所以摆球在这两个力的共同作用下,将沿以o为中点的一段圆弧做往复运动.
3.关于单摆的回复力
①老师说明:在研究摆球沿圆弧的运动情况时,要以不考虑与摆球运动方向垂直的力,而只考虑沿摆球运动方向的力,如图乙所示.
②因为f′垂直于v,所以,我们可将重力g分解到速度v的方向及垂直于v的方向.且g1=gsinθ=mgsinθg2=gcosθ=mgcosθ
③说明:正是沿运动方向的合力g1=mgsinθ提供了摆球摆动的回复力.
(4)关于单摆做简谐运动的条件
(x表示摆球偏离平衡位置的位移,l表示单摆的摆长)
②师生分析得到:在摆角θ很小时,回复力的方向与摆球偏离平衡位置的位移方向相反,大小成正比,单摆做简谐运动.
④教师讲:我们知道简谐运动的图象是正弦(或余弦曲线),那么在摆角很小的情况下,既然单摆做的是简谐运动,它振动的图象也是正弦或余弦曲线.
⑤做课本图9~19的演示实验,并用实物投影仪投影--漏斗的漏砂落到匀速拉动的硬纸板上形成的图象是简谐运动的图象.
⑥总结:从理论上和实际得到的图象中均可看出:在摆角很小的情况下,单摆做简谐运动.
3.单摆振动的周期
(1)提出问题:决定单摆振动的周期的因素有哪些?
(2)学生进行猜想
单摆振动的周期可能与振幅、摆球质量、摆长、重力加速度及空气阻力有关.
(3)教师说明:在摆角很小时,空气阻力较小,可以忽略.
(4)学生分组做对比实验
①对比实验
甲组:当摆长为1m时,使振幅a1=8 cm,测出单摆的周期t1.
乙组:当摆长为1m时,使振幅a2=5cm,测出单摆的周期t2.
②对比实验