高中人教物理选择性必修一第2章第4节单摆课件.pptVIP

单摆 人教版 选择性必修1 新知导入 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? 新知讲解 摆长：悬点到球心的距离 定义：一根不可伸长的细线下面悬挂一个小球就构成了单摆。 摆角：摆到最高点时，摆线与竖直方向的夹角。 摆长 L 摆 角 θ 摆球质量m 思考讨论1：什么是单摆？ 摆长 L=L0+R 摆线长 L0 新知讲解 单摆是实际摆的理想化模型。 在细线的一端拴上一个小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸缩和质量可以忽略不计，球的直径比线长短得多，这样的装置叫单摆。 悬点： 不可伸缩，质量不计，长度远大于小球直径 固定 细线： 摆球： 体积小，质量大 课堂练习 A B C D E F 1、谁能看作单摆? 我才能！ 新知讲解 思考讨论2：如何若判断单摆振动是不是简谐运动？用什么方法判断？ （1）根据回复力的规律F=-kx去判断 （2）根据物体的振动图像去判断 新知讲解 B A O 一、单摆的回复力 方向： 沿切线指向平衡位置 P T G G2 G1 重力沿切线的分力提供回复力 回复力大小： 向心力大小： 方向： 沿半径指向悬点 与该点速度方向在同一直线上，不断改变速度大小 与该点速度方向垂直，只改变速度方向 新知讲解 摆角θ 正弦值 弧度值 1° 0.01754 0.01745 2° 0.03490 0.03491 3° 0.05234 0.05236 4° 0.06976 0.06981 5° 0.08716 0.08727 6° 0.10453 0.10472 7° 0.12187 0.12217 8° 0.13917 0.13963 在摆角小于5度的条件下：Sinθ≈θ（弧度值） 新知讲解 ? x 当θ很小时，x≈弧长 F＝G1=mgsinθ 位移方向与回复力方向相反 摆角θ＜5°的单摆运动可认为是简谐运动 新知讲解 思考讨论3：分析单摆运动时其对平衡位置位移、回复力、加速度、速度在一次全振动中的变化？ 减小 增大 减小 增大 速度 增大 减小 增大 减小 加速度 增大 减小 增大 减小 回复力 增大 减小 增大 减小 对平衡位置的位移 O→A′ A—O O—A A′→O 单摆的运动 新知讲解 单摆的振动图像 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。 新知讲解 综上，在摆角很小的情况下，单摆做简谐振动。 结论：单摆振动的x-t图象是一条正弦（余弦）函数图像。 课堂练习 2、(多选)关于单摆摆球在运动过程中的受力,下列结论正确的是( 　　) A.摆球受重力、摆线的拉力作用 B.摆球受重力、摆线的拉力、回复力作用 C.摆球的回复力为零时,向心力最大 D.摆球的回复力最大时,摆线中的拉力大小比摆球的重力大 解析:单摆在运动过程中,摆球受重力和摆线的拉力,重力沿圆弧切线的分力提供回复力,故A对、B错;在平衡位置处,回复力为零,速度最大,向心力最大,选项C正确;当回复力最大时,摆球在最大位移处,速度为零,向心力为零,则拉力等于重力沿半径方向的分力,即拉力小于重力,选项D错误。 AC 新知讲解 单摆的周期 猜想？ 振幅 质量 摆长 重力加速度 思考讨论4：摆角θ很小时，单摆做的是简谐运动，单摆的周期与什么因素有相关呢？ 新知讲解 摆球质量相同，振幅相同，观察周期T与摆长l的关系？ 1、实验方法：控制变量法 摆长l相同，摆角相同，观察周期T与摆球质量的关系？ 摆球质量相同，摆长l相同，观察周期T与振幅的关系？ 二、单摆的周期 新知讲解 在同一个地方，单摆周期T与摆球质量和振幅无关，仅与摆长 l 有关系，且摆长越长，周期越大。 荷兰物理学家惠更斯（1629---1695）通过实验进一步得到： 单摆做简谐运动的周期T与摆长L的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，与振幅、摆球质量无关． 2、实验结论 单摆的周期公式： 新知讲解 做一做： 改变摆长L,测出对应的单摆周期T(在小偏角下)。根据你的实验数据，尝试在坐标纸_上画出T-L图像或T-L2图像。它们分别是什么曲线?你能根据图像判断单摆周期与摆长的关系吗? 新知讲解 （1）计时器：利用等时性 惠更斯在1656年首先利用摆的等时性发明了带摆的计时器（1657年获得专利权）。 周期T =2s的单摆叫做秒摆 （2）测定当地的重力加速度 3. 单摆周期的应用 测出单摆的摆长和周期就可求重力加速度