高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 单摆精品ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 单摆精品ppt课件，共33页。PPT课件主要包含了单摆的回复力，第一部分，机械振动，简谐运动，方法一从图像判断，2受力分析如图，F回mgsinθ，当θ很小时x≈弧长，Fmgsinθ，sinθ≈θ等内容，欢迎下载使用。

曾经有个广东人到瑞士旅游，看到摆钟很漂亮，就买了一个回家，但是回到广东之后发现摆钟计时不准了，而在瑞士买的时候是很准的。后来就打电话投诉，但经过鉴定摆钟的质量是没有问题的。那问题出现在哪里？
如何设置钟摆才能让摆钟时间准确？
2.特征：(1)有一个“中心位置”，也是振动物体静止时的位置；(2)运动具有往复性。
生活中你还能举出哪些类似的例子运动和钟摆相同？
这些运动有属于哪类运动，要想研究该类运动规律，可以怎么处理？
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。
实验时要尽量选择质量大、体积小的球和尽量细的线。
简化处理：与小球受到的重力及绳的拉力相比，空气等对它的阻力可以忽略。
单摆是实际摆的理想化模型。
（1）忽略线的伸缩和质量；
（2）线长远大于球的直径；
（3）振动时空气阻力可以忽略；
单摆摆动时摆球在做振动，是不是简谐运动呢？
用什么方法探究单摆的振动是否为简谐运动？
方法一：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即振动图像（x-t图像）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐振动;
方法二：如果回复力与偏离平衡位置的位移大小成正比，这种振动叫简谐振动。
如图，细线下悬挂一除去柱塞的注射器，其内装上墨汁。注射器摆动时，沿垂直摆动方向匀速拖动木板，观察注射器喷出的墨迹图像。
第一步：假定图像为正弦曲线，测量振幅与周期，写出正弦函数表达式。
得到图像后，怎么验证单摆的振动图像是否为正弦函数图像？
第二步：表达式计时开始位移为0，随后位移增加并为正；将每一个点的位移时间（测量值）数值代入表达式中，比较测量值与函数值是否相等，若可视相等，则为正弦曲线。
方法二：从单摆的受力特征判断
思考：单摆平衡位置在哪？哪个力提供回复力？
（1）平衡位置：最低点O
（3）回复力来源：重力沿切线方向的分力G2
单摆的回复力为重力沿圆弧切向的分力：
位移方向与回复力方向相反
可见，在摆角很小（θ＜50）的情况下，单摆做简谐振动。
摆球运动到最低点O（平衡位置）时回复力是否为零？合力是否为零？
平衡位置： x=0， ， 回复力为零 ，合外力不为零
一条短绳系一个小球，它的振动周期较短；悬绳较长的秋千，周期较长；单摆的周期与哪些因素有关？
猜想：振幅、质量、摆长、重力加速度
实验1：摆球质量相同，摆长L相同，观察周期T与振幅的关系？
结论：单摆的振动周期与其振幅无关(等时性)。
实验2：摆长L相同，振幅相同，观察周期T与摆球质量的关系？
结论：单摆的振动周期与摆球质量无关。
实验3：摆球质量相同，振幅相同，观察周期T与摆长L的关系？
结论：单摆的振动周期与其摆长有关。
x、F、a、Ep为零，v、Ek最大.
（二）探究单摆的周期与摆长的关系
问题：刚才的实验表明了单摆的周期与摆长的定性关系，那么二者之间有什么定量关系呢？
请根据如下问题设计实验。
1.如果让你设计一个实验，你认为应该首先注意什么问题？
2.你认为如何测量摆长才较为准确？
3.你认为如何测量周期才较为准确？
4.在探究周期和摆长关系的过程中，你认为如何更加形象直观的反映二者关系？
（1）实验器材的选择和实验条件控制摆线要选择弹性小的轻质细线；选择质量大、直径小的摆球；振幅不要太大；竖直平面内摆动；实验中摆长不变（2）摆长的测量竖直悬挂测摆线长L，用游标卡尺测摆球直径d；（3）累积法测周期摆球通过平衡位置时开始（停止）计时
1.惠更斯原理：单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比。
3.单摆周期跟振幅、摆球的质量无关
4.理解:（1）单摆周期与摆长和重力加速度有关，与振幅和质量无关。（2）摆长、重力加速度都一定时，周期和频率也一定，通常称为单摆的固有周期和固有频率。
根据以前所学知识，结合本节单摆周期规律，你能解释新课引入中广东商人购买的摆钟问题出在哪里了吗？
提示：两地的重力加速度g不同。
影响g的主要因素:①g由单摆所在的空间位置决定。由 知，g随所在地球表面的位置和高度的变化而变化，高度越高，g的值就越小，另外，在不同星球上g也不同。②g还由单摆系统的运动状态决定，如单摆处在向上加速的升降机中，设加速度为a，则重力加速度的等效值g′＝g＋a；若升降机加速下降，则重力加速度的等效值g′＝g－a。
1.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.摆球受到重力、拉力、向心力、回复力四个力的作用B.摆球在A点和C点处,速度为零,合力与回复力也为零C.摆球在B点处,速度最大,细线拉力也最大D.摆球在B点处,速度最大,回复力也最大答案:C解析:摆球在运动过程中只受到重力和拉力作用,A项错误;摆球在摆动过程中,在最高点A、C处速度为零,回复力最大,合力不为零,在最低点B处,速度最大,回复力为零,细线的拉力最大,C项正确,B、D项错误。
2. 对于单摆,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答案:C解析:单摆振动过程中受到重力和细线拉力的作用,把重力沿切向和径向分解,其切向分力提供回复力,细线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,平衡位置处为零。故选项C正确。
3.有一单摆,其摆长l=1.02 m,已知单摆做简谐运动,单摆振动30 次用的时间t=60.8 s。(1)当地的重力加速度是多大?(2)如果将这个单摆改为秒摆,摆长应怎样改变?改变多少?答案:(1)9.79 m/s2(2)缩短　0.027 m
4.一个摆长为2 m的单摆,在地球上某地摆动时,测得完成100次全振动所用的时间为284 s。(结果均保留三位有效数字)(1)求当地的重力加速度g。(2)若把该单摆拿到月球上去,已知月球上的重力加速度是1.60 m/s2,则该单摆振动周期是多少?答案:(1)9.78 m/s2　(2)7.02 s