物理选择性必修 第一册4 单摆教课课件ppt

这是一份物理选择性必修 第一册4 单摆教课课件ppt，共36页。PPT课件主要包含了定位·学习目标，探究·必备知识，突破·关键能力，检测·学习效果，探究新知，可以忽略，平衡位置，想想议议，知识点二单摆的周期，控制变量法等内容，欢迎下载使用。
1.知道单摆是一种理想化模型,理解单摆模型的条件,能将实际问题中的对象和过程转化为单摆模型。2.能通过理论推导,判定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。
1.单摆的组成:由细线和 组成。2.理想化模型(1)细线的质量与小球相比 。(2)小球的直径与线的长度相比 。
知识点一　单摆的回复力
3.单摆的回复力(1)回复力的来源:如图所示,摆球的重力沿圆弧 方向的分力。
答案:生活中常常看到摆钟、秋千等都在竖直平面内做摆动,理想情况下都可看成单摆模型。
1.生活中,我们经常可见悬挂起来的物体在竖直平面内摆动,这样摆动的装置叫单摆,请举几例。
2.判断以下摆动模型是不是单摆,为什么?
答案:模型①不是单摆,因为橡皮筋伸长不可忽略。模型②不是单摆,因为绳子质量不可忽略。模型③不是单摆,因为绳长不是远大于球的直径。模型④不是单摆,因为悬点不固定,因而摆长在发生变化。模型⑤是单摆。
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: 。(2)实验结论。①摆长越长,周期 。②单摆的周期与摆球质量和振幅 。2.周期公式(1)提出:周期公式是荷兰物理学家 首先提出的。
2020年11月24日“嫦娥五号”探测器成功发射,12月1日,在月球正面预选着陆区成功着陆,12月17日,“嫦娥五号”返回器携带月球样品在预定区域安全着陆,首次实现从月球采集样本带回地球,为我国探月工程中“绕、落、回”三步战略画上完美句号。假设“嫦娥五号”将一单摆带到月球上,请问其做简谐运动的周期与在地球上相比应怎样变化?为什么?
如图所示为家庭用的摆钟的摆锤的振动简化图,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定夹角,然后由静止释放。
探究:(1)小球在振动过程中受到哪些力的作用?
答案:(1)小球受重力和细线的拉力作用。
(2)小球振动的回复力由什么力提供?
答案:(2)回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供。
探究:(3)小球经过平衡位置时单摆所受的合力是否为0?单摆的回复力就是单摆所受的合力吗?
答案:(3)单摆的运动可看作圆周运动,单摆经过平衡位置时单摆所受的合力不为0,因为拉力和重力的合力提供向心力。合力不是回复力。
1.单摆的回复力(1)摆球受力:如图所示,摆球受细线拉力和重力作用。
(3)回复力来源:摆球重力沿圆弧切线方向的分力F=mgsin θ提供了使摆球振动的回复力。
2.单摆做简谐运动的推证
[例1] 关于做简谐运动的单摆,下列说法正确的是(　 　)A.摆球经过平衡位置时所受合力为零B.摆球所受合力的大小跟摆球相对平衡位置的位移大小成正比C.只有在最高点时,回复力才等于重力和摆线拉力的合力D.摆球在任意位置处,回复力都不等于重力和摆线拉力的合力
解析:摆球经过平衡位置时,回复力为零,但由于摆球做圆周运动,经过平衡位置,合力不为零,合力提供向心力,方向指向悬点,A错误;摆球所受回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供,重力沿摆线方向的分力与摆线对摆球的拉力的合力提供向心力,所以摆球所受合力的大小跟摆球相对平衡位置的位移大小不成正比,B错误;根据牛顿第二定律可知,摆球在最大位移处时,速度为零,向心加速度为零,重力沿摆线方向的分力等于摆线对摆球的拉力,回复力才等于重力和摆线拉力的合力,在其他位置时,速度不为零,向心加速度不为零,重力沿摆线方向的分力小于摆线对摆球的拉力,回复力不等于重力和摆线拉力的合力,C正确,D错误。
单摆模型中的回复力与平衡位置(1)回复力不是摆球所受的合力(只有在最高点时回复力才等于合力)。在平衡位置,摆球的回复力为零,但合力等于摆球的向心力,指向悬点,不为零。(2)平衡位置具有向心加速度,最高点处具有切向加速度,摆球均不处于平衡状态。
[即时训练1] (多选)一单摆做小角度摆动,其振动图像如图所示,以下说法正确的是(　 　)A.t1时刻摆球速度为零,摆球的合外力为零B.t2时刻摆球速度最大,悬线对它的拉力最小C.t3时刻摆球速度为零,摆球的回复力最大D.t4时刻摆球速度最大,悬线对它的拉力最大
解析:由题图可知t1时刻摆球在正向最大位移处,速度为零,回复力最大,合外力不为零,故A错误;t2、t4时刻位移为零,说明摆球在平衡位置,摆球速度最大,向心加速度最大,悬线对它的拉力最大,故B错误,D正确;t3时刻摆球在负向最大位移处,速度为零,回复力最大,故C正确。
要点二　单摆的周期及其应用
探究:(1)一只冬天很准的摆钟到了夏天却不准了,是走快了还是慢了?
惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器,叫摆钟。摆钟运行时克服摩擦所需的能量由重锤势能提供,运动的速率由钟摆控制。旋转钟摆下端的螺母可以使摆上的圆盘沿摆杆上下移动,如图所示。根据以上情境请探究以下问题。
答案:(1)由冬天到夏天,摆杆变长,周期变大,摆钟走慢了。
探究:(2)怎么调节才能重新准确计时?
答案:(2)应将螺母上移。
(2)等效重力加速度:若单摆系统处在非平衡状态(如加速、减速、完全失重状态),则一般情况下,g值等于摆球相对静止在自己的平衡位置时,摆线所受的张力与摆球质量的比值。
[例2] 如图所示,三根细线在O点处打结,A、B端固定在同一水平面上相距为l的两点上,使△AOB成直角三角形,∠BAO=30°,已知OC线长是l,下端C点系着一个直径可忽略的小球。
(1)让小球在纸面内小角度摆动,求单摆的周期是多少?
(2)让小球垂直纸面小角度摆动,周期又是多少?
涉及单摆周期问题的几点注意事项
(2)改变单摆振动周期的途径。①改变单摆的摆长。②改变单摆的重力加速度(如改变单摆的位置或让单摆失重或超重)。(3)明确小角度情况下,单摆振动周期与单摆的质量和振幅无关。
[即时训练2] (2021·湖南长沙联考)把在北京调准的摆钟由北京移到赤道,则摆钟(　 　)A.变慢了,要使它恢复准确,应该增加摆长B.变慢了,要使它恢复准确,应该减短摆长C.变快了,要使它恢复准确,应该增加摆长D.变快了,要使它恢复准确,应该减短摆长
要点三　单摆模型的拓展
答案:(1)受支持力和重力。
1.类单摆模型除了前面学习的单摆模型,有些物体的运动规律与单摆的运动类似,该类物体的运动即为类单摆模型。2.处理类单摆问题的方法(1)确认符合类单摆模型的条件。(2)确定等效摆长l。(3)确定等效重力加速度g′。
[例3] 如图所示,将小球甲、乙、丙(都可视为质点)分别从A、B、C三点由静止同时释放,最后都到达竖直面内圆弧的最低点D,其中甲从圆心A出发做自由落体运动,乙沿弦轨道从一端B(与圆心A等高)到达另一端D,丙沿圆弧轨道从C点运动到D,且C点很靠近D点。如果忽略一切摩擦阻力,那么下列判断正确的是(　 　)A.甲球最先到达D点,乙球最后到达D点B.甲球最先到达D点,丙球最后到达D点C.丙球最先到达D点,乙球最后到达D点D.甲球最先到达D点,无法判断哪个球最后到达D点
[即时训练3] 如图所示,一根不可伸长的细绳下端拴一小钢球,上端系在位于光滑斜面O处的钉子上,小球处于静止状态,细绳与斜面平行。现使小球获得一平行于斜面底边的初速度,使小球偏离平衡位置,最大偏角小于5°。已知斜面倾角为θ,悬点到小球球心的距离为L,重力加速度为g。则小球回到最低点所需的最短时间为(　 　)
1.(教材第47页第3题改编)如图所示是两个理想单摆的振动图像。下列说法正确的是(　 　)A.甲、乙两个摆的摆长之比为1∶2B.甲摆的速度为零时,乙摆的速度最大C.甲摆的加速度最小时,乙摆的速度最小D.t=2 s时,甲摆的重力势能最小,乙摆的动能最小
2.(2021·浙江杭州月考)摆长是1 m的单摆在某地区的周期是2 s,则在同一地区(　 　)A.摆长是0.5 m的单摆的周期是0.707 sB.摆长是0.5 m的单摆的周期是1 sC.周期是1 s的单摆的摆长为2 mD.周期是4 s的单摆的摆长为4 m