2.4单摆课件-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

单摆高中物理选择性必修第一册第二章1.知道单摆时一种理想化模型，理解单摆的模型的条件，能将实际问题中的对象和过程转换为单摆模型。2.能通过理论推导，判断单摆小角度振动时的运动特点。3.在探究单摆的周期与摆长的定量关系时，能分析数据、发现规律、形成合理的结论，能用已有的物理知识解释相关现象。4.知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系，能运用其解决相关实际问题。学习目标引入生活中的计时仪器日晷沙漏我国制造的空间冷原子钟生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内往复运动。将一小球用细绳悬挂起来，把小球拉离最低点释放后，小球就会来回摆动。小球的摆动是否为简谐运动呢？

1.单摆:

如果细线的长度不可改变，细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫作单摆。一、单摆——理想模型2.理想模型：（1）细线的伸缩、质量不计（2）球的直径与线长相比可以忽略1．单摆的回复力：如图所示，摆球的重力沿切线方向的分力，即F＝mgsinθ，在平衡位置O点时，F＝0。二、单摆的回复力3．单摆的圆周运动：摆球以悬挂点为圆心在竖直平面内沿圆弧做变速圆周运动，向心力由绳子的拉力与重力径向分力的合力提供，即F＝FT－mgcosθ，在平衡位置O点时，F＝FT－mg。【做一做】如图，细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器，注射器内装上墨汁。当注射器摆动时，沿着垂直于摆动的方向匀速拖动木板，观察喷在木板上的墨汁图样。txo通过图像，可看出墨汁做简谐运动。三、单摆的周期实验：探究单摆周期与哪些因素有关猜想1.单摆的周期与振幅有关猜想3.单摆的周期与摆长有关猜想2.单摆的周期与摆球质量有关实验1.两摆的摆球质量、摆长相同，振幅不同（都在小偏角下）。实验3.两摆的振幅、摆球质量相同，摆长不同。比较三种情况下两摆的周期，可以得出什么结论？实验2.两摆的摆长、振幅相同，摆球质量不同。三、单摆的周期实验：探究单摆周期与哪些因素有关【实验表明】单摆做简谐运动的周期与摆长有关，摆长越长，周期越大；单摆的周期与摆球质量和振幅无关。

惠更斯（荷兰）2.单摆周期的公式思考：如图,某同学家中的摆钟慢了,他认为是摆锤过轻造成的,于是他在摆锤上绑了一块金属块。(1)你认为他的做法正确吗? (2)你能帮他校准一下吗? 提示:(1)不正确,因为单摆的周期与摆锤的轻重无关。(2)可以通过缩短摆长的方法,使单摆的周期减小。

例：周期是2s的单摆叫秒摆，秒摆的摆长是多少？把一个地球上的秒摆拿到月球上去，已知月球上的自由落体加速度为1.6m/s2，它在月球上做50次全振动要用多少时间？解:由得将摆长l=1m，g=1.6m/s2代入得t＝250s例.如图所示，一小球用细线悬挂于O点，细线长为L，O点正下方处有一铁钉。将小球拉至A处无初速释放(摆角很小)，这个摆的周期为多大？解:小球再次回到A点时所用的时间为一个周期，其中包括了以L为摆长的简谐运动半个周期和以L/2为摆长的简谐运动半个周期。由得拓展：等效重力加速度问题如图所示，将摆长为L的单摆放在一升降机中，若升降机以加速度a向上匀加速运动，求单摆的摆动周期．[解析]

单摆的平衡位置在竖直位置，若摆球相对升降机静止，则摆球受重力mg和绳拉力F，根据牛顿第二定律：F－mg＝ma，此时摆球的视重mg′＝F＝m(g＋a)，所以单摆的等效重力加速度，因而单摆的周期为本课小结单摆在摆角很小的情况下做简谐运动：1.由受力特征判断：单摆的回复力满足，单摆做简谐运动2.由单摆的振动图像判断：符合正弦函数图像，单摆做简谐运动3.影响单摆周期的因素(1)单摆的周期与摆球质量、振幅无关．(2)单摆的周期与摆长有关，摆长越长，周期越大．4.周期荷兰物理学家惠更斯确定了计算单摆周期的公式：当堂检测1.

对于单摆的振动，下列说法正确的是（）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外力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C2.

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（g>a）向下加速的电梯中，周期为T乙；单摆丙带正电荷，放在匀强磁场B中，周期为T丙；单摆丁带正电荷，放在匀强电场E中，周期为T丁，单摆甲、乙、丙及丁的摆长l相同，则下列说法正确的是（）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乙甲

乙丙

丁B3