以“单摆”教学为例谈对学生能力的培养

对学生能力的培养是物理教学中极其重要的内容。本文以“单摆”的教学为例,探讨在新课教学中如何培养学生的能力。一、培养观察、分析问题的能力教学过程设计:教学内容1.实验:单摆运动2.通过多媒体课件重现单摆运动(1)慢放模拟单摆运动过程(2)摆球在某一位置停止3.问题:(1)摆球运动有什么特点?(2)摆球为什么能回到平衡位置?(3)回复力的来源是什么?教师活动实物演示课件演示提问启发引导思考分析回答观察思考观察学生活动教师说明:通过演示使学生直观看到实验现象:摆球沿圆弧来回摆动。再利用课件慢放、重现,让学生仔细观察,说明每当摆球离开平衡位置时,总有一个把物体拉回平衡位置的力,这个力就是重力沿切线方向的分力,非常直观地找到回复力。在这一部分教学中,有针对性地对学生进行观察指导,培养学生良好的观察习惯,提高他们判断与理解能力。二、培养推理及利用数学工具的能力教学过程设计:教师说明:这一部分是“单摆”教学的难点,在得出F=mgsinθ中几个物理量之间关系的时候,如何对比得出F=-kx,完全通过教师的示范性分析、讲述,并采取近似处理方法,推导得出正确结论,使学生深刻体会到使用数学工具进行理论推导的无穷魅力,进一步理解简谐振...     

根据力的效果辨析单摆振动的回复力

单摆做简谐运动的首要条件是 :“在摆球离开平衡位置做简谐运动时 ,必然受到指向平衡位置的回复力 .”单摆在全振动过程中 ,由于摆球始终只受重力与悬线拉力的作用 ,因此 ,不少学生认为单摆振动的回复力就是摆球所受的重力与悬线拉力的合力 ,显然这是错误的 .因为回复力是根据力的效果命名的 ,摆球所处的位置不同 ,研究的方法不同 ,回复力的来源的表述也有所不同 .但是 ,体现回复力作用的效果却总是相同的 .为此 ,我们可以依据力产生的效果 ,通过力的合成或分解 ,从中辨析和确定单摆在各种不同位置时的回复力 .一、单摆运动情况的简要分析单…     

几个值得注意的振动问题

1 作简谐振动的单摆的平衡位置 关于作简谐振动的单摆的平衡位置,有一种意见认为:“单摆的摆球通过最低点时,在竖直方向上的作用力并不平衡,故最低点不能叫做平衡位置,只能叫做最低位置。”为了弄清这个问题,必须强调:(1)单摆作为振动的例子,是指摆球沿圆弧的往复运动,它的向心力只改变摆球的运动方向,而不改变摆球在弧线上运动的快慢。因此,在研究摆球运动的回复力时,不必考虑向心力,只需考虑重力沿圆弧切线方向的分力。而摆球在最低位置时这一切向分力为零,所以从摆动的方面讲这一位置是平衡位置。(2)只有当摆角很小(不超过5°时,单摆的回复力才近似满足F=-k(?)的条件。所以只有当摆角很小时,单摆的运动才可当作简谐振动,而当摆角很小时,圆弧也可近似看成直线了。     

位于平衡位置不一定处于平衡状态

《物理教学探讨》中教版 2 0 0 2年第 3期 ,刊有《对单摆平衡位置的一点看法》一文 (以下简称原文章 ) ,针对教材中单摆的“平衡位置”这一提法 ,原文章认为会导致学生以为“单摆小球运动到平衡位置时 ,摆球处于平衡状态” ,从而引起学生对力的平衡认识上的模糊 ,本人不敢苟同 ,特提出观点‘位于平衡位置的摆球不一定处于平衡状态” ,亦即“平衡位置与平衡状态不是同一概念 ,不应混淆” ,以与同行们探讨。首先 ,看教材对单摆的描述 :“摆球静止在O点时 ,悬线竖直下垂 ,摆球所受重力G和悬线的拉力F′彼此平衡 ,O点是单摆的平衡位置 ,拉开摆…     

位于平衡位置不一定处于平衡状态

《物理教学探讨》中教版2002年第3期，刊有《对单摆平衡位置的一点看法》一文(以下简称原文章)，针对教材中单摆的“平衡位置”这一提法，原文章认为会导致学生以为“单摆小球运动到平衡位置时，摆球处于平衡状态”，从而引起学生对力的平衡认识上的模糊，本人不敢苟同，特提出观点‘位于平衡位置的摆球不一定处于平衡状态”，亦即“平衡位置与平衡状态不是同一概念，不应混淆”，以与同行们探讨。     

单摆振动中的“力”

单摆在振动过程中虽只受到重力和悬线拉力这两个力的作用,但在分析单摆运动时,经常涉及到“回复力”、“向心力”、“合外力”这三个力,且这三个力容易混淆,下面对此作一些分析. 如图所示的单摆模型,摆长为l,摆球质量为m,摆球在A、A’间来回摆动.O点是单摆的平衡位置,摆线与竖直方向的最大夹角为α(α<5°),摆球运动到任一点P时(摆线与竖直方向的夹角为θ),分析如下:     

浅谈回复力对单摆周期的影响

使单摆做简谐振动,且其摆长一定时,单摆振动的周期是由回复力决定的。若摆球所受的某一力在摆球运动的切线方向上的分力为零时,它不提供回复力,若摆球所受的某一力在摆球运动的切线方向上的分力不为零时,它将提供回复力。使单摆的周期发生变化。因此,当处理有关单摆振动的周期问题时,受力分析是关键。     

在物理教学中外加力对单摆周期的影响分析

在摆角很小（小于5°）,忽略空气阻力对摆球运动影响的情况下,单摆的振动周期只与摆长（l）及摆球所处位置的重力加速度（g）有关,跟振幅（A）、摆球的质量（m）无关。单摆的周期公式为：T=2π√l/g,公式中的“l”应理解为等效摆长,它是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离;公式中的“g”应理解为等效重力加速度,实质上就是小球在平衡位置处的等效重力F产生的加速度g,即g=F/m。对于原来只在重力场中做单摆运动的小球来说,如果外加的力不改变小球做单摆运动的回复力大小和方向,那么周期公式中的g不改变,周期T不改变;如果外加的力改变小球做单摆运动的回复力大小和方向,那么周期公式中的g改变,从而使周期T改变。     

浅谈回复力对单摆周期的影响

使单摆做简谐振动,且其摆长一定时,单摆振动的周期是由回复力决定的。若摆球所受的某一力在摆球运动的切线方向上的分力为零时,它不提供回复力,若摆球所受的某一力在摆球运动的切线方向上的分力不为零时,它将提供回复力。使单摆的周期发生变化。因此,当处理有关单振动的周期问题时,受力分析是关键。     

单摆振动的回复力

物体产生振动的首要条件是离开平衡位置时就受到回复力的作用 .回复力是以效果命图 1名的力 .由于受现行高一《物理》教材第 133面 ,如图 1所示的影响 ,不少学生将单摆做简谐运动的回复力理解为摆球所受的重力和悬绳拉力的合力 ,这是不正确的 .单摆在摆动过程中 ,摆球要受两个力的作用 ,即重力 G和悬线的拉力 T,如图 1所示 .它在做变速率圆周运动 ,变速率圆周运动既有法向加速度 ,又有切向加速度 .由牛顿第二定律可知 ,单摆所受的合力可分解为沿法向和切向的两个分力 .法向力使单摆改变运动方向产生向心加速度 ,切向力使单摆沿圆周运动的切…     

决定单摆周期因素的直观演示

高中《物理》(实验修订本·必修 )第一册 16 9面(图 9- 2 0 )中用停表测量单摆周期来验证单摆的周期与摆球质量、振幅、摆长的关系 ,虽然精确但不直观 ,用下述方法可做直观演示 .一、验证单摆的周期与摆球质量无关取体积相等的金属球和橡胶球 (保证两球的质量图 1不相等 )各 1个 ,调整摆线的长度使两单摆的摆长相等 (约6 0 cm) ,再调节铁架台使两摆球处在同一高度 .把两铁架台分开相距约 2 0 cm,将两摆球拉离平衡位置且处在同一高度 (振幅相等 )处 ,如图 1所示 .将两摆球同时放手 ,比较两单摆的振动 ,发现两摆球总是同时回到出发点 ,这说明…     

影响单摆周期的因素

在偏角很小时,单摆的运动可视为简谐运动,在此基础上得出单摆运动的周期:T=2π(l/g),从而得出影响单摆周期的因素:当地的重力加速度g,摆长l决定,与运动的振幅及摆球的质量无关.但在涉及到电、磁等复合场中运动时。有些同学出现这样或那样的错误.究其原因,是对单摆的周期公式,尤其是公式的来源不明,盲目硬套公式所致.现说明如下: 1.单摆运动的向心力及回复力     

单摆振动回复力教学的再补充

贵刊在 2 0 0 1年第 4期上 ,刊登了周老师的“单摆振动的回复力”一文 ,文中明确指出单摆振动的回复力不是摆球所受的重力与悬绳拉力的合力 ,而是摆球所受的重力沿圆弧切线方向的分力 .但读后总感觉文中的论述缺少一个重要内容 ,即为什么摆球所受的重力与悬绳拉力的合力不是回复力 .教学中也确有一些学生认为单摆所受的回复力是摆球所受的重力与悬绳拉力的合力 .要纠正这种错误认识 ,笔者认为除了用到周老师的原文论述外 ,还应分析摆球所受合力方向的变化 .一、重力沿圆弧的切向分力是摆球振动的回复力如图 1所示 ,重力的一个分力 G1的方向…     

对单摆“平衡位置”的释疑

笔者阅读了刊登在贵刊 2 0 0 2年第 4期的“对单摆平衡位置的质疑”一文后 ,认为要消除学生的这些质疑 ,关键是要对简谐运动平衡位置的概念有一个正确的认识 .现行的人教版高中物理教材中没有对简谐运动“平衡位置”的明确定义 ,但在教材第 59面指出弹簧振子运动时 ,平衡位置处受到的弹力为零 .由此可引导学生得出做简谐运动的质点的平衡位置就是回复力等于零的位置 ,并补充说明 :平衡位置的合力不一定等于零 ,有的等于零 ,如弹簧振子 ,有的不等于零 ,如单摆 ,平衡位置与平衡状态不是同一个概念 ,为今后讲单摆的“平衡位置”埋下伏笔 .讲完…     

单摆受到的回复力、向心力及合力的区别

单摆在摆角θ(θ≤10°)很小时的振动是简谐振动:单摆的运动是一种较复杂的机械运动———变加速运动.单摆在运动过程中所受的回复力、向心力及合力有本质上的区别,不能混为一谈.一、单摆在最大位移处所受的回复力、向心力及合力的区别如图1所示,当单摆运动到最大位移处A点时,它受到的回复力F=mgsinθ,方向与切线重合,回复力的作用是使单摆回到平衡位置.因为单摆在最大位移处A点的速度vA=0,所以,它受到的向心力F向=T-mgcosθ=mvL2A=0又因为切线方向的合力Ft=F回=mgsinθ法线方向的合力Fn=F向=0所以单摆运动到最大位移处A点时受到的合…     

单摆应用问题归类例析

单摆由一根不可伸长的细线和可视为质点的摆球构成.它是一种抽象的理想化模型.当单摆振动时,其回复力由重力沿圆弧切线方向的分力G1=mgsinθ提供,如图1所示.当单摆的最大摆角θm<10°时,由于sinθ≈x/l(x为摆球偏离平衡位置0的位移,l为摆长),考虑到回复力F的方向与位移x的方向相反,有     

用比较法验证单摆的振动周期

本文介绍用两个单摆作比较实验来研究单摆的振动周期。一、取两单摆,摆长相等 (摆长100厘米)。摆球质量不等。让两摆球偏离平衡位置,使它们的偏角相等。同时开始振动后,可观察到它们总是同步振动。于是可以得出结论,单摆的振动周期与摆球质量无关。二、两摆以不同的偏角开始振动,也可观察到两摆总是同步振动。说明单摆的周期与振幅无关。三、改变摆长,一个摆长还是100厘米,另一个摆长取50厘     

由一幅图引出的思考

现行高中物理课本(必修)第一册在讲单摆时,学生就p.129页图5—3(本文图1),提出了几个问题,这些问题确有弄清的必要,现分别讨论如下。 [问题1] 单摆振动的回复力是重力G和线的拉力T的合力吗? [分析和讨论] 教材中没有说明单摆的回复力是什么,只是提到“摆球在重力G和线的拉力T的作用下”做来回往复摆动。学生看到教材中的图示,便很容易把单摆的回复力视为重力G和线的拉力T的合力,实际情况如何呢?请看图2(a)所示。由于单摆的运动是竖直面内变速圆周运动的一部分,所以单摆所受的合力F=T+G在摆球速度不为零时,F一定不在切线上,也不在法线上,是F在切线     

对单摆“平衡位置”的质疑

单摆是一种理想化的物理模型 ,在摆角很小的 ,它的振动可以看做是简谐运动 .现行的高中物理教材 ,为在知识上“以旧引新”,在分析单摆的简谐运动规律的时候 ,采用了对照分析弹簧振子做简谐运动的方法 ,分析单摆的受力特点 ,为与弹簧振子运动相对应 ,也称单摆的摆球运动到“最低点”的位置为“平衡位置”.很多年来 ,课本这样讲 ,教师也这样教 ,但笔者在教学过程中 ,通过调查分析、与学生交谈 ,却发现由此给学生思维上带来许多障碍 ,给学生的概念认知上造成许多误区 ,下面就对此作以分析 .在弹簧没有形变时 ,弹簧振子只受重力和支持力 ,且二力…     

在不同"力场"中单摆周期公式g的取值

单摆的周期公式T=2π√L/g中的g许多情况下我们可以用等效重力加速度g'来代替,但是在不同"力场"中g'的取值是不同的,那么如何求g'呢?g'应为单摆在摆动平面内处于平衡位置时,摆球所受到的能提供其回复力的所有力场中力的合力与其质量的比值,即:g'=F合/m.