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如图所示为高中物理某版本教材“单摆”一节中“单摆是否是简谐运动”的探究实验。
如图所示为高中物理某版本教材“单摆”一节中“单摆是否是简谐运动”的探究实验。
admin
2022-08-02
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问题
如图所示为高中物理某版本教材“单摆”一节中“单摆是否是简谐运动”的探究实验。演示:如图11.4-2.细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器,注射器向下喷出细细的一束墨水。沿着与摆动方向垂直的方向匀速拖动一张白纸,白纸上的墨迹便画出振动图像(x-t图像)。注射器的摆动是不是简谐运动?
任务:(1)这个演示实验可用于什么物理知识的教学?(2)用此实验设计一个教学片段,帮助学生理解与该现象相关的物理知识。
选项
答案
解析
(1)这个演示实验可用于探究单摆运动的图像、性质。(2)师:刚才我们已经学习了单摆的定义,也可以看到单摆摆动时摆球在做振动。那么单摆的这种运动,是不是简谐运动呢?在研究这个问题之前,谁能回想一下什么样的运动是简谐运动呢?生:如果质点的位移和时间的关系遵从正弦函数的规律,即它的振动图像是正弦曲线.这样的振动叫作简谐振动。师:很好,这位同学掌握得非常好,我们要判定单摆的摆动是不是正弦曲线。看下面这个实验,细线下边悬挂一个除去柱塞的注射器,注射器能往下喷细细的一束墨水,这样就组成一个近似的单摆。沿与摆动方向垂直的方向匀速拖动一张白纸,用它模拟时间轴,这样就能画出单摆的振动图像:大家仔细观察它的振动图像。生:单摆的振动图像是正弦。师:很好,通过这个实验,我们看到振动的图像是正弦曲线:一般来说,只靠观察来判断是不严谨的,我们要研究单摆是不是简谐运动,还需要严密地计算,要看这种振动不是满足简谐振动的性质。谁能说一下简谐振动的性质?生:简谐振动的回复力为
师:很好,那我们只需要验证在运动的过程中。看回复力是否是
那好大家先对这个运动选取一个普通点(不要是最低点没有代表性)做受力分析,找找看哪一个力是回复力,怎么表示的。生:重力的切线方向分力
师:对,很好。那现在大家讨论下什么情况下可以看作简谐运动。生:在偏角很小时,摆球对于0点的位移x的大小,与θ角所对应的弧长、与θ角所对的弦近似相等,因而
所以单摆的回复力为
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