互动探究·关键能力
探究点一 单摆及其回复力
情境探究
2013年6月20日，中国首位“太空教师”王亚平在“天宫一号”内进行了授课。 形支架上，细绳拴着一颗小球。这是物理课上常见的实验装置——单摆。王亚平将小球拉升至一定高度后放掉，小球像着了魔似的，不像在地面上那样往复摆动，而是悬停在半空中。随后，王亚平用手指轻推小球，小球开始绕着支架的轴心不停地做圆周运动。
试分析原因，并比较与地面上的单摆的受力与运动的区别。
提示 在地面，单摆的运动周期与摆的长度、重力加速度有关。但在失重的状态，没有了回复力，小球就静止在原始位置。这时，细绳并没有给小球拉力。手推小球，相当于给了小球一个初始速度，同时细绳又给小球提供了拉力，细绳拉力提供向心力，小球便绕着支架的轴心做圆周运动。
探究归纳
1. 单摆
（1）单摆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长度相比可忽略；
②摆线的质量与摆球质量相比可忽略；
③摆球的直径与摆线长度相比可忽略；
④空气等阻力与摆球的重力及细线的拉力相比可忽略。
2. 单摆的回复力
如图所示，重力 沿圆弧切线方向的分力 是摆球沿运动方向的合力，正是这个力提供了使摆球做简谐运动的回复力 。
3. 单摆的运动特点
（1）摆球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 ，半径方向都受向心力（最高点其向心力为零）。向心力由细线的拉力和重力沿细线方向的分力的合力提供。
（2）摆球在平衡位置附近做往复运动，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。
4. 单摆做简谐运动的推证
在 很小时， 。 ， 方向与摆球位移方向相反，所以有回复力 。因此，在摆角 很小时，单摆做简谐运动。
