高中物理 1.2 单摆课件 教科版选修34.ppt

高中物理 选修3 4 教科版 第一章机械振动1 2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 一 单摆的简谐运动1 如图1 2 1 若忽略悬挂小球的细线的微小变化和 且线长比球的大得多 这样的装置就叫做单摆 预习导学 图1 2 1 长度 质量 直径 2 在偏角很小的情况下 单摆摆球所受的回复力与偏离平衡位置的位移成 因而单摆在时的振动是简谐运动 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 其合力可分解为指向圆心的法向力和沿圆周切线的切向力 在沿圆周切线的切向力作用下 单摆做的是简谐运动 因而单摆的回复力只是其所受合力的一个分力 预习导学 正比 偏角很小 二 单摆做简谐运动的周期单摆在偏角很小的情况下做简谐运动的周期t跟的二次方根成正比 跟的二次方根成反比 跟无关 单摆做简谐运动时的周期公式为t 预习导学 摆长l 重力加速度g 振幅 摆球的质量 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 课堂讲义 课堂讲义 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f mgsin 提供的 图1 2 2 课堂讲义 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沿切线方向的合力 而不是小球受到的合外力 课堂讲义 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解析单摆振动过程中受到重力和细线拉力的作用 把重力沿切向和径向分解 其切向分力提供回复力 细线拉力与重力的径向分力的合力提供向心力 向心力大小为mv2 l 可见最大偏角处向心力为零 平衡位置处向心力最大 而回复力在最大偏角处最大 平衡位置处为零 故应选c 课堂讲义 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 课堂讲义 针对训练振动的单摆小球通过平衡位置时 关于小球受到的回复力及合外力的说法中正确的是 a 回复力为零 合外力不为零 方向指向悬点b 回复力不为零 方向沿轨迹的切线c 合外力不为零 方向沿轨迹的切线d 回复力为零 合外力也为零解析振动的单摆小球通过平衡位置时 回复力为零 合外力指向悬点提供摆球圆周运动的向心力 故a选项正确 答案a 课堂讲义 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 偏角为5 时 由周期公式算出的周期和精确值相差0 01 课堂讲义 图1 2 3 课堂讲义 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 课堂讲义 例2 在 探究单摆的周期和摆长的关系 实验中 1 下列说法正确的是 和 填选项序号字母 a 悬线越短越好b 悬线上端固定且摆角要小c 摆球应在竖直平面内摆动d 摆球摆至最高点时开始计时 课堂讲义 2 以摆球通过平衡位置时开始计时 用停表记下摆球通过平衡位置n次所用的时间t 则单摆周期t 用米尺量出悬线的长度l0 用游标卡尺量出摆球的直径d 则摆长l 3 根据记录的数据 在坐标纸上以t为纵轴 l为横轴 作出t l图像 发现图线是曲线 然后尝试以t2为纵轴 l为横轴 作出t2 l图像 发现图线是一条过原点的倾斜直线 由此得出单摆做简谐运动的周期和摆长的关系是 课堂讲义 课堂讲义 3 根据题述 t2 l图线是一条过原点的倾斜直线 可知 t2 l 选项d正确 课堂讲义 例3 若单摆的摆长不变