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  3. 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。

admin2022-08-02  75
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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