学沪科版选修34 1.2研究摆钟的物理原理 课件（5）（19张）.ppt

第1章机械振动 1 2探究摆钟的物理原理 1 理解单摆模型及其振动特点 2 理解单摆做简谐运动的条件 知道单摆振动时回复力的来源 3 知道相位的概念 知道同相振动与反相振动的步调特点 4 会用控制变量法探究单摆的周期与哪些因素有关 5 掌握单摆的周期公式 掌握用单摆测定重力加速度的原理和方法 学习目标定位 知识储备区 知识链接 1 kx2 控制变量法 知识储备区 3 伸缩质量直径摆角正弦4 步调同相反相5 无关无关2 新知呈现 学习探究区 一 探究摆钟的物理原理 二 研究振动的步调问题 三 探究单摆振动的周期 四 测定当地的重力加速度 一 探究摆钟的物理原理 问题设计 一阵风吹过 大厅里的吊灯微微摆动起来 久久不停 伽利略就是通过观察教堂吊灯摆动发现了吊灯摆动的等时性 惠更斯按照伽利略的构想 发明制作了一个摆钟 摆钟的往复运动是简谐运动吗 你能用所学的知识证明吗 答案是简谐运动 证明 把摆钟等效成一个小球 当小球运动到图中的任意位置p时 小球受到的回复力是小球所受重力g沿着圆弧切线方向的分力g1 f g1 mgsin 若摆角 很小 则有sin 并且位移x 考虑了位移和回复力的方向后 有f mg 表示回复力f与位移x的方向相反 m是小球的质量 l是摆长 g是重力加速度 它们都有确定的数值 可以用一个常数k来 表示 则上式又可以写成f kx 也就是说 在摆角很小时 小球所受到的回复力跟位移大小成正比而方向相反 所以小球做简谐运动 要点提炼 1 单摆 1 模型 摆线是伸长 且没有的细线 摆球是没有只有质量的质点 这样的装置叫单摆 它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的长度相比 摆线的质量与摆球的质量相比 这时可把摆线看成是不可伸长 且没有质量的细线 不可 质量 大小 小得多 小得多 摆球直径的大小与摆线长度相比 这时可把摆球看成是没有大小只有质量的质点 2 单摆的回复力 1 回复力的提供 摆球的重力沿方向的分力 2 回复力的特点 在摆角很小时 f 3 运动规律 在摆角很小时做运动 其振动图像遵循函数规律 小得多 圆弧切线 x 简谐 正弦 单摆经过平衡位置时 合外力为零吗 答案不为零 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法线方向 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的 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 延伸思考 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 可见最大摆角处向心力为零 平衡位置处向心力最大 而回复力在最大摆角处最大 平衡位置处为零 故应选c 答案c 问题设计 二 研究振动的步调问题 1 如图2所示 在铁架台上悬挂两个相同的单摆 将两个摆球拉离平衡位置且保证摆角相同 然后同时放开 可观察到什么现象 图2 答案它们的运动总是一致的 也可以说是步调一致 即同时沿相同方向经过平衡位置 并同时达到同一侧最大位移处 2 如图3所示 再将两个摆球拉开相同的摆角 先放开一个 等它摆到另一边最大位移处时 再放开第二个 又可观察到什么现象 图3 答案它们的运动总是相反的 也可以说是步调相反 即同时沿相反方向经过平衡位置 并同时达到两侧最大位移处 要点提炼 1 相 或相位 位相 周相 描述振动的物理量 1 两个单摆振动步调一致 称为 2 两个单摆振动步调不一致 就说它们存在着 3 两个单摆振动步调正好相反 叫做 2 相差 指两个相位之差 在实际中经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差 反映出两简谐运动的步调差异 步调 同相 相差 反相 例2如图4所示是在同一个坐标系里画出的三个振动系统的振动图像 下列说法正确的是 图4 a a b c三个振动系统的频率相同b a b两个系统振动时存在着相差c a b两个系统振动同相d a c两个系统振动反相 解析由题图可知 三个振动系统的周期相同 故频率相同 a正确 a b两个系统振动的振幅不同 但总是同时来到