2018-2019学年高中物理第1章机械振动第3讲单摆课件鲁科版选修3 .ppt

第1章,机械震动,第3讲单摆,目标定位1.知道什么是单摆.2.理解偏角很小时单摆的振动是简谐运动.3.知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式并能用它进行计算.4.会用单摆测定重力加速度,栏目索引CONTENTSPAGE,一、单摆的运动,1单摆：把一根细线上端固定，下端拴一个小球，线的质量和球的大小可以，这种装置叫做单摆单摆是一种模型2单摆的回复力：在摆角很小的情况下，单摆所受回复力的大小与摆球位移的大小成，方向与摆球位移的方向因此，在摆角很小的条件下，单摆的振动可近似看成运动,忽略不计,理想,正比,相反,简谐,想一想单摆的回复力是否就是单摆所受的合外力？答案不是单摆的运动可看作是变速圆周运动，其重力可分解为沿悬线方向的分力和沿圆弧切线方向的分力，重力沿圆弧切线方向的分力是使摆球沿圆弧振动的回复力,二、单摆的周期,即单摆的振动周期T与摆长l的算术平方根成，与重力加速度g的算术平方根成单摆周期公式是荷兰物理学家首先提出的2单摆的振动周期由单摆振动系统本身的性质(和当地的)决定，与摆球的及单摆的无关,正比,反比,惠更斯,摆长,重力加速度,质量,振幅,三、利用单摆测定重力加速度,摆长,周期,一、单摆及单摆的回复力,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摆线的形变量与摆线长度相比小得多悬线的质量与摆球质量相比小得多摆球的直径与摆线长度相比小得多,2单摆的回复力(1)单摆的回复力是由重力沿圆弧切向的分力Fmgsin提供的,图1,注意：(1)单摆经过平衡位置时，回复力为零，但合外力不为零(2)单摆的回复力为小球受到的重力沿切线方向的分力，而不是小球受到的合外力,例1对于单摆的振动，以下说法中正确的是()A单摆振动时，摆球受到的向心力大小处处相等B单摆运动的回复力就是摆球受到的合力C摆球经过平衡位置时所受回复力为零D摆球经过平衡位置时所受合外力为零,答案C,借题发挥单摆振动的回复力是重力在切线方向的分力，或者说是摆球所受合外力在切线方向的分力摆球所受的合外力在摆线方向的分力作为摆球做圆周运动的向心力，所以并不是合外力完全用来提供回复力因此摆球经过平衡位置时，只是回复力为零，而不是合外力为零(此时合外力提供摆球做圆周运动的向心力),二、单摆的周期,1伽利略发现了单摆运动的等时性，惠更斯得出了单摆的周期公式并发明了摆钟,3对周期公式的理解(1)单摆的周期公式在单摆偏角很小时成立(5)(2)公式中l是摆长，即悬点到摆球球心的距离ll线r球,(3)公式中g是单摆所在地的重力加速度，由单摆所在的空间位置决定(4)周期T只与l和g有关，与摆球质量m及振幅无关所以单摆的周期也叫固有周期,例2若单摆的摆长不变，摆球的质量由20g增加为40g，摆球离开平衡位置的最大角度由4减为2，则单摆振动的()A频率不变，振幅不变B频率不变，振幅改变C频率改变，振幅不变D频率改变，振幅改变,答案B,三、用单摆测定重力加速度,2实验器材铁架台及铁夹、金属小球(上面有一个通过球心的小孔)、秒表、细线(长1m左右)、刻度尺(最小刻度为1mm)、游标卡尺3实验步骤(1)用游标卡尺测小球的直径d，在不同的位置测三次，取平均值(2)让细线穿过球上的小孔，在细线的一端打一个比孔稍大一些的线结，制成一个单摆,(3)把单摆上端固定在铁夹上，使摆球自由下垂(4)用刻度尺测量单摆的摆线的长度L(摆球静止时从悬点到球的上端面间的距离)则摆长lL.(5)把此单摆从平衡位置拉开一个角度，并使这个角小于等于5，再释放小球当摆球摆动稳定以后，过最低点位置时，用秒表开始计时，测量单摆全振动30次(或50次)的时间，求出一次全振动的时间，即单摆的振动周期(6)改变摆长，反复测量几次，将数据填入表格,图2,注意：(1)选择材料时应选择细而不易伸长的线，长度一般为1m左右小球应选用质量大、体积小的金属球(2)摆动时控制摆线偏离竖直方向的角度应很小(5)(3)摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆(4)计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低点位置时开始计时，以摆球从同一方向通过最低点时计数，要多测几次(如30次或50次)全振动的时间，并用取平均值的办法求周期,例3甲、乙两个学习小组分别利用单摆测量重力加速度(1)甲组同学采用如图3甲所示的实验装置,图3,为比较准确地测量出当地重力加速度的数值，除秒表外，在下列器材中，还应该选用_；(用器材前的字母表示)a长度接近1m的细绳b长度为30cm左右的细绳c直径为1.8cm的塑料球d直径为1.8cm的铁球e最小刻度为1cm的米尺f最小刻度为1mm的米尺,答案adf,该组同学先测出悬点到小球球心的距离L，然后用秒表测出单摆完成n次全振动所用的时间t.请写出重力加速度的表达式g_.(用所测物理量表示),在测量摆长后，测量周期时，摆球振动过程中悬点O处摆线的固定出现松动，摆长略微变长，这将会导致所测重力加速度的数值_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)解析摆长略微变长，则摆长的测量值偏小，则导致测得的重力加速度偏小,偏小,(2)乙组同学在图甲所示装置的基础上再增加一个速度传感器，如图乙所示将摆球拉开一小角度使其做简谐运动，速度传感器记录了摆球振动过程中速度随时间变化的关系，如图丙所示的vt图线由图丙可知，该单摆的周期T_s；解析由vt图线可知，单摆的周期T2.0s,2.0,更换摆线长度后，多次测量，根据实验数据，利用计算机作出T2L(周期平方摆长)图线，并根据图线拟合得到方程T24.04L.由此可以得出当地的重力加速度g_m/s2.(取29.86，结果保留3位有效数字),9.76,1单摆振动的回复力是()A摆球所受的重力B摆球重力在垂直悬线方向上的分力C悬线对摆球的拉力D摆球所受重力和悬线对摆球拉力的合力,单摆及其回复力,解析摆球振动的回复力是其重力沿切线方向的分力，即摆球重力在垂直于悬线方向上的分力，B正确答案B,2单摆原来的周期为T，下列哪种情况会使单摆周期发生变化()A摆长减为原来的B摆球的质量减为原来的C振幅减为原来的D重力加速度减为原来的,单摆的周期公式,答案AD,3图4为甲、乙两单摆的振动图象，则()A若甲、乙两单摆在同一地点摆动，则甲、乙两单摆的摆长之比l甲l乙21B若甲、乙两单摆在同一地点摆动，则甲、乙两单摆的摆长之比l甲l乙41C若甲、乙两摆摆长相同，且在不同的星球上摆动，则甲、乙两摆所在星球的重力加速度之比g甲g乙41D若甲、乙两摆摆长相同，且在不同的星球上摆动，则甲、乙两摆所在星球的重力加速度之比g甲g乙14,图4,解析由图象可知T甲T乙21，若两单摆在同一地点，则两摆长之比为l甲l乙41，故A错，B对；若两摆长相等，则所在星球的重力加速度之比为g甲g乙14，故C错，D对答案BD,用单摆测定重力加速度,4在做“用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g_.若已知摆球直径为2.00cm，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂，如图5甲所示，则单摆摆长是_m若测定了40次全振动的时间如图乙中秒表所示，则秒表读数是_s，单摆摆动