高中物理 第11章 第4节 单摆课件 新人教版选修34.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 4 机械振动 第十一章 第四节单摆 第十一章 你荡过秋千吗 你观察过秋千在摆动时的特点吗 1 单摆在细线的一端拴一个小球 另一端固定在悬点上 如果线的质量相对于 的质量以及球的直径相对于 可以忽略 这样就形成单摆 2 单摆是一个理想化的模型 1 在这个模型里 悬线无弹性 不可 没有 小球是 2 实际做成的单摆 悬线的伸缩 质量 小球的质量 直径与线长相比可忽略 则越接近理想化的单摆 单摆 球 线长 伸缩 质量 质点 越小 越轻 越大 单摆的回复力 圆弧切线 正比 平衡位置 简谐 正弦 1 探究单摆的振幅 质量 摆长对周期的影响 1 探究方法 法 2 实验结论 单摆振动的周期与摆球质量 振幅较小时周期与振幅 摆长越长 周期 摆长越短 周期 单摆的周期 控制变量 无关 无关 越大 越小 刻度尺 游标卡尺 摆长 摆长 3 周期公式 1 公式的提出 周期公式是荷兰物理学家 首先提出的 2 公式 t 即t与摆长l的二次方根成 与重力加速度g的二次方根成 惠更斯 正比 反比 摆长l 周期t 一 单摆的回复力及运动特征1 回复力来源单摆的回复力是重力沿圆弧切向的分力f mgsin 提供的 特别提醒 1 单摆振动的回复力为摆球重力沿圆弧切线方向的分力 回复力不是摆球所受的合外力 2 单摆的摆动不一定都是简谐运动 只有单摆做小角度 摆角小于5 摆动时才认为是简谐运动 关于单摆 下列说法中正确的是 a 摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置b 摆球受到的回复力是它的合力c 摆球经过平衡位置时 所受的合力为零d 摆角很小时 摆球受的合力的大小跟摆球对平衡位置的位移大小成正比答案 a 解析 单摆的回复力不是它的合力 而是重力沿圆弧方向的分力 当摆球运动到平衡位置时 回复力为零 但合力不为零 因为小球还有向心力 方向指向悬点 即指向圆心 另外摆球所受的合力与位移大小不成正比 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 假设王亚平将一个摆钟 如图 带到空间站内 则该摆动的钟摆周期如何变化 答案 在空间站内摆球完全失重 回复力为零 等效值g 0 摆球不摆动了 周期无穷大 3 实验器材铁架台及铁夹 中心有小孔的金属小球 约1m长的细线 停表 米尺 游标卡尺 4 实验步骤 1 让线的一端穿过小球的小孔 然后打一个比小孔大一些的线结 做成单摆 2 把线的上端用铁夹固定在铁架台上 把铁架台放在实验桌边 使铁夹伸到桌面以外 让摆球自由下垂 在单摆平衡位置处做上标记 如图所示 3 用米尺测摆线长 用游标卡尺测小球直径d或直接用米尺测量单摆的摆长 悬点到球心间的距离 4 把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度 不超过5 然后放开小球让它摆动 用停表测出单摆完成30 50次全振动的时间 计算出平均完成一次全振动的时间 这个时间就是单摆的振动周期 5 改变摆长 重做几次实验 6 根据单摆的周期公式 计算出每次实验的重力加速度 求出几次实验得到的重力加速度的平均值 即是本地区的重力加速度的值 7 将测得的重力加速度数值与当地重力加速度数值加以比较 分析产生误差的可能原因 5 注意事项 1 选择材料时应选择细 轻又不易伸长的线 长度一般在1m左右 小球应选用密度较大的金属球 直径应较小 最好不超过2cm 2 单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上 应夹紧在铁夹中 以免摆动时发生摆线下滑 摆长改变的现象 3 注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5 可通过估算振幅的办法掌握 4 摆球振动时 要使之保持在同一个竖直平面内 不要形成圆锥摆 5 计算单摆的振动次数时 应以摆球通过最低位置时开始计时 以后摆球从同一方向通过最低位置时进行计数 且在数 零 的同时按下停表 开始计时计数 一个单摆的摆长为l 在其悬点o的正下方0 19l处有一钉子p 如图所示 现将摆球向左拉开到a 使摆线偏角 5 放手后使其摆动 摆动到b的过程中摆角也小于5 求出单摆的振动周期 单摆的周期 如图所示 单摆甲放在空气中 周期为t甲 单摆乙放在以加速度a向下加速的电梯中 周期为t乙 单摆丙带正电 放在匀强磁场b中 周期为t丙 单摆丁带正电 放在匀强电场e中 周期为t丁 那么 a t甲 t乙 t丁 t丙b t乙 t甲 t丙 t丁c t丙 t甲 t丁 t乙d t丁 t甲 t丙 t乙答案 b 昌乐二中2014 2015学年高二下学期期末 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 单摆摆动周期是 用单摆测定重力加速度 为了提高测量精度 需多次改变l值 并测得相应的t值 现将测得的六组数据标示在以l为横坐标 以t2为纵坐标的坐标系上 即图中用 表示的点 则 1 单摆做简谐运动应满足的条件是 2 试根据图中给出的数据点作出t2和l的关系图线 根据图线可求出g m s2 结果取两位有效数字 点评 秒表的长针是秒针 转一周是30s 因为机械停表采用齿轮传动 指针不可能停留在两小格之间 所以不能估读出比0 1s更短的时间 位于停表上部中间的小圆圈里面的短针是分针 分针走一圈是15min 每小格为0 5min 读数 t 短针读数 t1 长针读数 t2 厦门市2013 2014学年高二下学期期末 某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素 1 他组装单摆时 在摆线上端的悬点处 用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线 再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧 如图所示 这样做的目的是 填字母代号 a 保证摆动过程中摆长不变b 可使周期测量得更加准确c 需要改变摆长时便于调节d 保证摆球在同一竖直平面内摆动 2 他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下 用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度l 0 9990m 再用游标卡尺测量摆球直径 结果如图所示 则该摆球的直径为 mm 单摆摆长为 m 3 下列振动图象真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程 图中横坐标原点表示计时开始 a b c均为30次全振动的图象 已知sin5 0 087 sin15 0 26 这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是 填字母代号 答案 1 ac 2 12 00 9930 3 a解析 1 用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线的目的是保证摆动过程中摆长不变 需要改变摆长时便于调节 选项a c正确 2 根据游标卡尺读数规则 摆球直径为12 0mm 单摆摆长为l d 2 0 9990m 0 0060m 0 9930m 3 单摆测量周期 必须从平衡位置开始计时 且摆角小于10 所以合乎实验要求且误差最小的是a 拓展应用 惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器 叫摆钟 摆钟运行时克服摩擦所需的能量由重锤势能提供 运动的速率由钟摆控制 旋转钟摆下端的螺母可以使摆上的圆盘沿摆杆上下移动 如图所示 下列说法正确的是 a 当摆钟不准时需要调整圆盘位置b 摆钟快了应使圆盘沿