202X高中物理第十一章4单摆课件新人教版选修3_4

1、自主学习基础知识 4 单摆 学习目标1.知道什么是单摆及单摆做简谐运动的条件2.会分析单摆做简谐运动的回复力以及摆球所受的合外力(难点)3.知道单摆的周期跟什么因素有关，理解单摆的周期公式，并能用来进行有关的计算(重点)4.知道用单摆可测定重力加速度合作探究重难疑点课时作业1单摆模型如果悬挂小球的细线的_和_可以忽略，线长又比球的_大得多，这样的装置叫做单摆单摆是实际摆的_的物理模型伸缩质量直径理想化2单摆的回复力(1)回复力的提供：摆球的重力沿_方向的分力(2)回复力的特点：在偏角很小时，单摆所受的回复力与 它 偏 离 平 衡 位 置 的 位 移 成 _ _ _ _ _ ， 方 向 总 指

2、向_(3)运动规律：单摆在偏角很小时做_运动，其振动图象遵循_函数规律切线正比平衡位置简谐正弦单摆的回复力是由摆球所受的合外力提供的吗？【提示】不是单摆的回复力是由摆球的重力沿切线方向的分力提供，沿半径方向的合力提供向心力 1实际的摆的摆动都可以看作是简谐运动( )2单摆回复力的方向总是指向悬挂位置( )3单摆的回复力是由摆球重力的分力提供的( )1影响单摆周期的因素(1)单摆的周期与_、_无关(2)单摆的周期与_有关，摆长越长，周期_摆球质量振幅摆长越大摆长 周期 摆钟的结构如图1141所示，发现它走时不准时，为什么要调整摆锤下面的螺母？ 图1141【提示】调整摆锤下面的螺母，以改变摆的摆长

3、，从而改变摆的周期，以调整摆的走时快慢1单摆的振幅越大周期越大( )2单摆的周期与摆球的质量无关( )3摆长应是从悬点到摆球球心的距离( )学生分组探究一分析单摆的回复力第1步探究分层设问，破解疑难1摆球经过平衡位置时，合外力是否为零？摆球到达最大位移处，v0，加速度是否等于0?【提示】单摆摆动中平衡位置不是平衡状态，有向心力和向心加速度，回复力为零，合外力不为零最大位移处速度等于零，但不是静止状态一般单摆回复力不是摆球所受合外力，而是重力沿圆弧切线方向的分力，所以加速度不一定等于零2怎样证明单摆的运动是简谐运动？第2步结论自我总结，素能培养1单摆的回复力如图1142所示，重力G沿圆弧切线方向

4、的分力G1mgsin 是沿摆球运动方向的力，正是这个力提供了使摆球振动的回复力：FG1mgsin .图1142第3步例证典例印证，思维深化振动的单摆小球通过平衡位置时，关于小球受到的回复力及合力的说法中正确的是()A回复力为零，合力不为零，方向指向悬点B回复力不为零，方向沿轨迹的切线C合力不为零，方向沿轨迹的切线D回复力为零，合力也为零【思路点拨】(1)考虑摆动情况，小球在平衡位置回复力为零(2)考虑圆周运动情况，小球在平衡位置所受合外力不为零【解析】单摆的回复力不是它的合力，而是重力沿圆弧切线方向的分力；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

5、向圆心)【答案】A(1)单摆振动中的回复力不是它受到的合外力，而是重力沿圆弧切线方向的一个分力单摆振动过程中，有向心力，这是与弹簧振子不同之处(2)在最大位移处时，因速度为零，所以向心力为零，故此时合外力也就是回复力(3)在平衡位置处时，由于速度不为零，故向心力也不为零，即此时回复力为零，但合外力不为零 第4步巧练精选习题，落实强化1(2015衡阳高二检测)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、摆线的张力、回复力、向心力作用B摆球的回复力最大时，向心力为零；回复力为零时，向心力最大C摆球的回复力最大时，摆线中的张力大小比摆球的重力大D摆球的向心力最大时，摆球的加速度

6、方向沿摆球的运动方向【解析】单摆在运动过程中，摆球受重力和摆线的拉力，故A错；重力垂直于摆线的分力提供回复力当回复力最大时，摆球在最大位移处，速度为零，向心力为零，则拉力小于重力，在平衡位置处，回复力为零，速度最大，向心力最大，摆球的加速度方向沿摆线指向悬点，故C、D错，B对【答案】B2关于单摆的运动，下列说法正确的是()A单摆摆球运动的回复力是摆线张力和重力的合力B单摆摆球经过轨迹上的同一点速度是相同的C单摆摆球经过轨迹上的同一点加速度是相同的D单摆摆球经过平衡位置时受力是平衡的【解析】摆球运动的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供，A错；根据简谐运动的对称性可知摆球经过轨迹上的同一点时速度

7、大小相等，方向可能相同，也可能不同，加速度的大小、方向都相同，故B错，C对； 摆球经过平衡位置时，回复力为零，合外力不为零，并不平衡，所以D错【答案】C 学生分组探究二单摆周期公式的理解和应用第1步探究分层设问，破解疑难1由于单摆的回复力是由摆球的重力沿切线方向的分力提供的，那么是否摆球的质量越大，回复力越大，单摆摆动得越快，周期越小？2把单摆从赤道处移至两极处时，要保证单摆的周期不变，应如何调整摆长？第3步例证典例印证，思维深化一个单摆的长为l，在其悬点O的正下方0.19 l处有一钉子P(如图1143所示)，现将摆球向左拉开到A，使摆线偏角5，放手后使其摆 图1143动，求出单摆的振动周期【

8、思路点拨】(1)左边和右边摆长不同(2)单摆的周期等于两个摆周期之和的一半【解析】摆球释放后到达右边最高点B处，由机械能守恒可知B和A等高，则摆球始终做简谐运动摆球做简谐运动的摆长有所变化，它的周期为两个不同单摆的半周期的和(3)单摆振动周期改变的途径：改变单摆的摆长；改变单摆的重力加速度(改变单摆的地理位置或使单摆超重或失重)(4)明确单摆振动周期与单摆的质量和振幅没有任何关系第4步巧练精选习题，落实强化1.如图1144所示是一个单摆(5)，其周期为T，则下列说法正确的是()A把摆球的质量增加一倍，其周期变小 图1144B摆球的振幅变小时，周期也变小2.如图1145所示，一个内表面光滑的球壳

9、，球圆弧所对圆心角小于5，一个小球从与最低点O很近的A点释放，经30 s往返20次，则该球壳的半径有多大？(g取9.8 m/s2)图1145学生分组探究三实验：用单摆测定重力加速度第1步结论自我总结，素能培养1实验目的用单摆测定重力加速度g.3实验步骤(1)做单摆让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的结把线的上端用铁夹固定在铁架台上，并把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处作上标记(3)测周期将单摆从平衡位置拉开一个角度，且满足偏角小于5，然后释放摆球，当单摆振动稳定后，过平衡位置时用停表开始计时，测量3050次全振动的时间计算出平均摆动一次的时

10、间，即为单摆的周期T.实验次数实验次数摆长摆长l(m)周期周期T(s)加速度加速度g(m/s2)g平均值平均值123(1)用游标卡尺测量小钢球直径，示数如图乙所示，读数为_ mm.(2)以下是实验过程中的一些做法，其中正确的有_a摆线要选择细些的、伸缩性小些的，并且尽可能长一些b摆球尽量选择质量大些、体积小些的c为了使摆的周期大一些，以方便测量，开始时拉开摆球，使摆线相距平衡位置有较大的角度第3步巧练精选习题，落实强化1(多选)(2014苏州高二检测)在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，有人提出如下建议，其中对提高测量结果精确度有利的是()A适当加长摆线B质量相同、体积不同的摆球，应选用体积

11、较大的C单摆偏离平衡位置的角度不能太大D当单摆经过平衡位置开始计时，经过一次全振动后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期【解析】单摆实验的精确度取决于实验装置的理想化程度及相关物理量的测量精度适当加长摆线，有利于把摆球看成质点，在摆角小于5的条件下，摆球的空间位置变化较大，便于观察，A对；摆球体积越大，所受空气阻力越大，对质量相同的摆球影响越大，B错；摆角应小于5，C对；本实验采用累积法测量周期，若仅测量一次全振动的时间，由于球过平衡位置时速度较大，难以准确记录，且一次全振动的时间太短，偶然误差较大，D错【答案】AC2(1)在用单摆测定重力加速度的实验中，应选用的器材为_A1 m长的细线 B1 m长的粗线C10 cm长的细线 D泡沫塑料小球E小铁球 F秒表G时钟 H厘米刻度尺I毫米刻度尺 J游标卡尺(2)在该实验中，单摆的摆角应_，从摆球经过_开始计时，