【优化指导】2016-2017学年高中物理第11章机械振动4单摆新人教版选修3-4选编.ppt

* 4　单摆 填一填 练一练 1.单摆及单摆的回复力(见课本第13页) (1)单摆。 ①组成:由细线和小球组成。 ②理想化模型: a.细线的质量和小球相比可以忽略。 b.小球的直径与线的长度相比可以忽略。 ③摆动特点:x-t图线是一条正弦曲线,说明单摆的运动是简谐运动。 (2)单摆的回复力。 ①回复力的提供:摆球的重力沿圆弧切线方向的分力。 ②回复力的特点:在偏角很小时,单摆所受的回复力和它偏离平衡位置的位移大小成正比,方向总是指向平衡位置,即 ③运动规律:单摆在偏角很小时做简谐运动,其振动图象遵循正弦函数规律。 填一填 练一练 2.单摆的周期(见课本第14页) (1)定性探究单摆的振幅、质量、摆长对周期的影响: ①探究方法:控制变量法。 ②实验结论: a.单摆振动的周期与摆球的质量无关。 b.振幅较小时,周期与振幅无关。 c.摆长越长,周期越长;摆长越短,周期越短。 填一填 练一练 (2)定量探究单摆的周期与摆长的关系: ①周期的测量:用停表测出单摆n(30~50)次全振动的时间t,利用 计算它的周期。 ②摆长的测量:用刻度尺测出细线长度l0,用游标卡尺测出小球直径D,利用l= 求出摆长。 ③数据处理:改变摆长,测量不同摆长及对应周期,作出T-l、T-l2或T- 图象,得出结论。 填一填 练一练 (3)周期公式:荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的振动,在大量可靠的实验基础上,经过一系列的理论推导和证明得到:单摆的周期和摆长l的二次方根成正比,和重力加速度g的二次方根成反比,而与振幅、摆球的质量无关。 惠更斯确定了单摆振动的周期公式: (4)应用——测重力加速度: 由周期公式可得 ,只要测出单摆的摆长和周期,就可以求出当地的重力加速度。 填一填 练一练 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 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。 答案:A 探究一 探究二 探究三 探究一对单摆的回复力及运动特征的理解? 问题导引 如图所示,一根细线上端固定,下端连接一个金属小球,用手使小球偏离竖直方向一个夹角,然后释放。 (1)小球受到哪些力的作用? (2)什么力提供向心力? (3)什么力提供回复力? 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 名师精讲 1.运动规律 摆球以悬点为圆心做变速圆周运动,也是以平衡位置为中心的往复运动。 2.受力规律 (1)在运动过程中只要v≠0,半径方向一定有合力。 (2)在运动过程中只要不在平衡位置,小球一定受回复力。 (3)在平衡位置,回复力为零,小球的合力并不为零,还有合力提供圆周运动的向心力。 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 典例剖析 【例题1】 下列有关单摆运动过程中的受力,说法正确的是(　　) A.单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力 B.单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力 C.单摆经过平衡位置时合力为零 D.单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力 解析:单摆运动是在一段圆弧上运动,因此单摆运动过程不仅有回复力,而且有向心力,即单摆的合外力不仅要提供回复力,而且要提供向心力,故选项A错误;单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力,而不是摆线拉力的分力,故选项B正确,D错误;单摆经过平衡位置时,回复力为零,向心力最大,故其合外力不为零,所以选项C错误。 答案:B 探究一 探究二 探究三 变式训练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.单摆振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 解析:单摆振动过程中受到重力和绳子拉力的作用,把重力沿切向和径向分解,其切向分力提供回复力,绳子拉力与重力的径向分力的合力提供向心力,向心力大小为 ,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,在平衡位置处为零。选项C正确,选项A、B、D错误。 答案:C 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 探究二对单摆周期公式的理解及应用? 问题导引 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(如图所示)带到空间站内,则该摆动的钟摆周期如何变化? 探究一 探