物理4 单摆备课ppt课件

这是一份物理4 单摆备课ppt课件，共57页。PPT课件主要包含了微小变化，大得多，圆弧切线，平衡位置，简谐运动，可以忽略，控制变量，刻度尺，游标卡尺，惠更斯等内容，欢迎下载使用。
一、单摆的简谐运动1.单摆的定义:忽略悬挂小球细线长度的_________和_____,且线长比球的直径_______的装置.
2.单摆的回复力:(1)回复力的来源:摆球的重力沿_________方向的分力.(2)回复力的特点:在偏角很小时,摆球所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成_____,方向总指向_________,即F=_____.从回复力特点可以判断单摆做简谐运动.
3.摆动特点:单摆的运动是_________.4.单摆的理想化条件:(1)细线的质量和小球相比_________.(2)小球的直径与线的长度相比_________.
【判一判】(1)制作单摆的细线伸缩性越大越好.　(　　)(2)制作单摆的细线不能太长也不能太短,1m左右为宜.　(　　)(3)制作单摆的摆球越大越好.　(　　)
提示:(1)×.单摆摆动中摆线长应保持不变,所以制作单摆的细线伸缩性越小越好.(2)√.制作单摆的摆线越长,运动中空气阻力越大;摆线越短,小球直径的影响越大.所以,摆线不宜太长,也不宜太短,1 m左右较为合适.(3)×.为减小空气阻力的影响,摆球尽量选质量大、体积小的球.
二、单摆做简谐运动的周期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:_________法.(2)实验结论.①单摆振动的周期与摆球的质量_____.②振幅较小时,周期与振幅_____.③摆长越长,周期_____;摆长越短,周期_____.
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T=__计算它的周期.(2)摆长的测量:用_______测出细线长度l0,用_________测出小球直径D,利用l=_____求出摆长.(3)数据处理:改变_____,测量不同_____及对应周期,作出T-l、T-l2或T- 图像,得出结论.
3.周期公式:(1)公式的提出:周期公式是荷兰物理学家_______首先提出的.(2)公式:T=_____.
【想一想】摆钟的结构如图所示,发现它走时不准时,为什么要调整摆锤下面的螺母?
提示:调整摆锤下面的螺母,以改变摆钟的摆长,从而改变摆钟的周期,以调整摆钟的走时快慢.
知识点一　对单摆做简谐运动的理解思考探究:如图是一单摆模型示意图.(1)摆球所受的重力按力的作用效果怎样分解?(2)哪个力提供了摆球做往复运动的回复力?
提示:(1)可分解为沿径向方向的G2和沿圆弧切线方向的G1两个分力.(2)重力沿圆弧切线方向的分力提供了回复力.
【归纳总结】1.单摆做简谐运动:如图所示:
(1)O点为单摆的最低点,即平衡位置.在任意位置P,有向线段 为此时的位移x,重力G沿圆弧切线方向的分力G1=mgsinθ提供摆球以O点为中心做往复运动的回复力.
(2)在摆角很小时,sinθ≈θ≈ ,mgsinθ= ,mgsinθ方向与摆球位移方向相反,所以回复力表示为F=-mgsinθ=- x.令k= ,则F=-kx.因此,在摆角θ很小时,单摆做简谐运动.(摆角一般不超过5°)
2.单摆做简谐运动的规律:(1)单摆做简谐运动的位移随时间变化的图像是一条正弦(或余弦)曲线.(2)回复力、加速度、速度、动能、势能都随时间做周期性变化,其变化规律与弹簧振子相同.例如,当摆球到达最低点(平衡位置)时,位移、回复力、水平加速度都等于零,而速度、动能都最大,而到达最高点(最大位移处)时,位移、回复力都最大,速度、动能都等于零.
【特别提醒】(1)单摆的摆动不一定都是简谐运动,只有单摆做小角度(摆角小于5°)摆动时才可认为是简谐运动.(2)单摆摆动的回复力不是摆球所受的合外力,而是摆球所受重力沿圆弧切线方向的分力.
【典例示范】图中O点为单摆的固定悬点,现将摆球(可视为质点)拉至A点,此时细线处于张紧状态,释放摆球,摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动,B点为运动中的最低位置,则在摆动过程中 　(　　)
A.摆球在A点和C点处,速度为零,合力也为零B.摆球在A点和C点处,速度为零,回复力也为零C.摆球在B点处,速度最大,回复力也最大D.摆球在B点处,速度最大,细线拉力也最大
【解题探究】(1)单摆振动的回复力是什么力?提示:单摆简谐运动的回复力是摆球所受重力沿切线方向的分力,或者说是摆球所受合力沿切线方向的分力.
(2)单摆做简谐运动,当摆球运动到平衡位置时,摆球是处于平衡状态吗?提示:不是.简谐运动回复力为零的位置叫平衡位置.当摆球运动到平衡位置时,只有回复力为零,而不是合外力为零,所以摆球运动到平衡位置时不是处于平衡状态.
【正确解答】选D.摆球在摆动过程中,最高点A、C处速度为零,回复力最大,合力不为零,故A、B错误;在最低点B,速度最大,回复力为零,摆球做圆周运动,绳的拉力最大,合力指向O,故C错误,D正确.
【过关训练】1.(多选)下列说法正确的是　(　　)A.单摆是实际摆的理想化的物理模型B.单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力C.在摆角很小时,圆弧可以近似地看成直线D.摆球所受重力越大,其周期越小
【解析】选A、C.单摆就是一根不可伸缩的没有质量的线下面悬挂一个质点的理想化模型,A对;单摆运动的回复力为重力沿圆弧切线方向的分力,B错;当摆角θ很小时圆弧可以近似看成直线,C对;摆球所受重力大,重力加速度并不一定大,D错.
2.关于单摆振动的回复力,下列说法正确的是　(　　)A.是单摆小球的重力B.是重力和摆线对摆球拉力的合力C.是重力沿切线方向的分力,重力的另一分力小于或等于摆线拉力D.是重力沿切线方向的分力,重力的另一分力与摆线拉力平衡
【解析】选C.单摆振动的回复力在摆球运动的方向上,所以是重力沿切线方向的分力,选项A、B错误;由于小球做圆周运动,在沿摆线的方向上合力大于或等于零,所以选项C正确,D错误.
【补偿训练】1.(多选)单摆是为研究振动而抽象出的理想化模型,其理想化条件是　(　　)A.摆线质量不计B.摆线长度不伸缩C.摆球的直径比摆线长度小得多D.只要是单摆的运动就是一种简谐运动
【解析】选A、B、C.单摆由摆线和摆球组成,摆线只计长度不计质量,摆球只计质量不计大小,且摆线不伸缩,A、B、C正确;但把单摆作为简谐运动来处理是有条件的,只有在摆角很小(θ