高中物理 12 单摆 省优获奖课件 教科版选修3 4

高中物理·选修3-4·教科版第一章机械振动1.2单摆

高中物理·选修3-4·教科版第一章机械振动[目标定位]

1.知道什么是单摆.2.理解偏角很小时单摆的振动是简谐运动.3.知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式并能用它进行计算．[目标定位]1.知道什么是单摆.2.理解偏角很小时单摆的振一、单摆的简谐运动1．如图1－2－1，若忽略悬挂小球的细线

的微小变化和

，且线长比球的

大得多，这样的装置就叫做单摆．预习导学图1－2－1长度质量直径一、单摆的简谐运动预习导学图1－2－1长度质量直径2．在偏角很小的情况下，单摆摆球所受的回复力与偏离平衡位置的位移成

，因而单摆在

时的振动是简谐运动． 想一想单摆的回复力是否就是单摆所受的合外力？ 答案不是．单摆的运动可看作是变速圆周运动，其合力可分解为指向圆心的法向力和沿圆周切线的切向力，在沿圆周切线的切向力作用下，单摆做的是简谐运动，因而单摆的回复力只是其所受合力的一个分力．预习导学正比偏角很小2．在偏角很小的情况下，单摆摆球所受的回复力与偏离平衡位置的二、单摆做简谐运动的周期 单摆在偏角很小的情况下做简谐运动的周期T跟

的二次方根成正比，跟

的二次方根成反比，跟

无关，单摆做简谐运动时的周期公式 为T＝

.预习导学摆长l重力加速度g振幅、摆球的质量二、单摆做简谐运动的周期预习导学摆长l重力加速度g振幅、一、单摆及单摆的回复力1．单摆 (1)单摆是实际摆的理想化模型 (2)实际摆看作单摆的条件 ①摆线的形变量与摆线长度相比小得多 ②悬线的质量与摆球质量相比小得多 ③摆球的直径与摆线长度相比小得多课堂讲义一、单摆及单摆的回复力课堂讲义课堂讲义2．单摆的回复力 (1)单摆的回复力是由重力沿圆弧切向的分力F＝mgsinθ提供的．图1－2－2课堂讲义2．单摆的回复力图1－2－2课堂讲义注意：(1)单摆经过平衡位置时，回复力为零，但合外力不为零．(2)单摆的回复力为小球受到的沿切线方向的合力，而不是小球受到的合外力．课堂讲义注意：(1)单摆经过平衡位置时，回复力为零，但合外力课堂讲义【例1】对于单摆的振动，以下说法中正确的是 (

) 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 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mv2/l，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．故应选C.课堂讲义【例1】对于单摆的振动，以下说法中正确的是 (课堂讲义答案C借题发挥单摆振动的回复力是重力在切线方向的分力，或者说是摆球所受合外力在切线方向的分力．摆球所受的合外力在摆线方向的分力作为摆球做圆周运动的向心力，所以并不是合外力完全用来提供回复力．因此摆球经过平衡位置时，只是回复力为零，而不是合外力为零(此时合外力提供摆球做圆周运动的向心力)．课堂讲义答案C课堂讲义针对训练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外力的说法中正确的是 (

)A．回复力为零，合外力不为零，方向指向悬点B．回复力不为零，方向沿轨迹的切线C．合外力不为零，方向沿轨迹的切线D．回复力为零，合外力也为零解析振动的单摆小球通过平衡位置时，回复力为零，合外力指向悬点提供摆球圆周运动的向心力，故A选项正确．答案A课堂讲义针对训练振动的单摆小球通过平衡位置时，关于小球受到课堂讲义3．对周期公式的理解 (1)单摆的周期公式在单摆偏角很小时成立(偏角为5°时，由周期公式算出的周期和精确值相差0.01%)．课堂讲义课堂讲义图1－2－3课堂讲义图1－2－3课堂讲义(3)公式中g是单摆所在地的重力加速度，由单摆所在的空间位置决定．(4)周期T只与l和g有关，与摆球质量m及振幅无关．所以单摆的周期也叫固有周期．课堂讲义(3)公式中g是单摆所在地的重力加速度，由单摆所在的课堂讲义【例2】在“探究单摆的周期和摆长的关系”实验中． (1)下列说法正确的是________和________(填选项序号字母)． A．悬线越短越好 B．悬线上端固定且摆角要小 C．摆球应在竖直平面内摆动 D．摆球摆至最高点时开始计时

课堂讲义【例2】在“探究单摆的周期和摆长的关系”实验中．课堂讲义(2)以摆球通过平衡位置时开始计时，用停表记下摆球通过平衡位置n次所用的时间t，则单摆周期T＝________；用米尺量出悬线的长度l0，用游标卡尺量出摆球的直径d，则摆长l＝________.(3)根据记录的数据，在坐标纸上以T为纵轴，l为横轴，作出T－l图像，发现图线是曲线；然后尝试以T2为纵轴，l为横轴，作出T2－l图像，发现图线是一条过原点的倾斜直线，由此得出单摆做简谐运动的周期和摆长的关系是 (

)课堂讲义(2)以摆球通过平衡位置时开始计时，用停表记下摆球通课堂讲义课堂讲义课堂讲义(3)根据题述“T2－l图线是一条过原点的倾斜直线”可知，T2∝l，选项D正确．课堂讲义(3)根据题述“T2－l图线是一条过原点的倾斜直线”课堂讲义【例3】若单摆的摆长不变，摆球的质量由20g增加为40g，摆球离开平衡位置的最大角度由4°减为2°，则单摆振动的 (

) A．频率不变，振幅不变 B．频率不变，振幅改变 C．频率改变，振幅不变 D．频率改变，振幅改变 答案B课堂讲义【例3】若单摆的摆长不变，摆球的质量由20g增加高中物理·选修3-4·教科版第二章机械波2.1机械波的形成和传播

高中物理·选修3-4·教科版第二章机械波[目标定位]

1.理解机械波的形成过程和产生条件.2.知道波的种类及横波和纵波的概念.3.明确机械波传播的特点．[目标定位]一、机械波的形成和传播1．波的形成 由于绳的各部分之间都有相互作用的弹力联系着，所以当手抖动绳的一端，紧靠这一端的质点运动，它会

相邻的质点运动，依次传递下去．每一个质点都在重复绳一端的振动，后一个质点的运动状态总是

于前一个质点的运动状态．预习导学带动滞后一、机械波的形成和传播预习导学带动滞后2．介质 能够传播振动的物质．3．机械波

在介质中的传播．4．波源 引起

振动的装置．5．机械波是

这一运动形式(包括波源的振动信息)的传播，介质本身并没有沿着波的方向发生．6．波是传递

的一种方式．预习导学机械振动初始机械振动迁移能量2．介质预习导学机械振动初始机械振动迁移能量二、横波与纵波1．按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系不同，常将波分为

和

．2．横波 (1)定义：介质中质点的振动方向与波的传播方向

的波． (2)标识性物理量 ①波峰：凸起来的

处． ②波谷：凹下去的

处．预习导学横波纵波垂直最高最低二、横波与纵波预习导学横波纵波垂直最高最低3．纵波 (1)定义：介质中质点的振动方向和波的传播方向

的波． (2)标识性物理量 ①密部：介质中质点分布

的部分． ②疏部：质点分布

的部分．4．简谐波：如果传播的振动是

运动，这种波叫做简谐波．预习导学平行密集稀疏稀疏3．纵波预习导学平行密集稀疏稀疏一、波的形成和传播1．波的形成 传播波的物质，如水、绳、空气等，可以分成许多小部分，每一小部分都可以看作质点．当其中一个质点振动时，由于质点间的相互作用，就带动相邻的质点振动起来，该质点又带动后面的质点振动起来，这样振动的状态就传播出去，形成了机械波．课堂讲义一、波的形成和传播课堂讲义课堂讲义2．机械波的传播 (1)各质点的振动周期都与波源的振动周期相同． (2)离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同． (3)波传播的只是振动形式，介质中的每个质点只在自己平衡位置附近振动，并不随波迁移．课堂讲义2．机械波的传播课堂讲义【例1】下列关于机械波的说法中，正确的是 (

) A．各质点都在各自的平衡位置附近振动 B．相邻质点间必有相互作用力 C．前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点 D．各质点随波的传播而迁移 E．离波源越远，质点的振动频率越小课堂讲义【例1】下列关于机械波的说法中，正确的是 (课堂讲义解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确；质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的频率相同，选项A正确，E错误；波在传播过程各质点不随波迁移，选项D错误．答案ABC课堂讲义解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的课堂讲义图2－1－1课堂讲义图2－1－1课堂讲义课堂讲义课堂讲义答案见解析课堂讲义答案见解析课堂讲义借题发挥根据波的形成特点，先振动的质点带动后面的质点振动，后面质点总是落后于前面质点的振动，每一个质点都在自己的平衡位置附近振动，正确画出各时刻的波形图，可以使问题变得更形象直观．课堂讲义借题发挥根据波的形成特点，先振动的质点带动后面的质课堂讲义二、振动与波动的区别与联系1．区别 (1)研究对象不同 振动是单个质点所表现出的周而复始的运动现象，波动是大量质点表现出的周而复始的运动现象．课堂讲义二、振动与波动的区别与联系课堂讲义(2)运动成因不同振动是质点由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力的作用．波动是由于介质中质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并将振动形式由近及远传播开去，各质点间存在相互作用的弹力，各个质点受到回复力作用．(3)运动性质不同质点的振动是变加速运动，在同一介质中波动的传播速度不变．课堂讲义(2)运动成因不同课堂讲义2．联系 (1)振动是波动的起因，波是振动的传播； (2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动； (3)波动的周期等于质点振动的周期，波动和振动都是周期性运动．课堂讲义2．联系课堂讲义【例3】关于振动和波的关系，下列说法中正确的是 (

) A．振动是波的成因，波是振动的传播 B．振动是单个质点呈现的运动现象，波是许多质点联合起来呈现的运动现象 C．波的传播速度就是质点振动的速度 D．波源停止振动时，波立即停止传播课堂讲义【例3】关于振动和波的关系，下列说法中正确的是 (课堂讲义解析机械波的产生条件是有波源和介质．由于介质中的质点之间相互作用，一个质点的振动带动相邻质点的振动由近及远传播而形成波，所以选项A和B正确；波的传播速度是波形由波源向外伸展的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播，当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的运动形式，不会随波源停止振动而停止传播，即波不会停止传播，选项D错误．答案AB课堂讲义解析机械波的产生条件是有波源和介质．由于介质中的质课堂讲义针对训练关于振动和波的说法正确的是 (

)A．有机械波必有振动B．有机械振动必有波C．离波源远的质点振动较慢D．质点的振动方向总是垂直于波的传播方向解析机械振动在介质中向外传播就形成了机械波，所以有机械波必定有机械振动．但如果只有振动，而没有介质的传播就不会有机械波的产生．因各质点的振动都是重复波源的振动，不论距波源远近，振动的快慢都一样；波分横波和纵波，纵波的质点振动方向与波的传播方向在一条直线上．答案A课堂讲义针对训练关于振动和波的说法正确的是 ()高中物理·选修3-4·教科版第一章机械振动1.2单摆

高中物理·选修3-4·教科版第一章机械振动[目标定位]

1.知道什么是单摆.2.理解偏角很小时单摆的振动是简谐运动.3.知道单摆的周期跟什么因素有关，了解单摆的周期公式并能用它进行计算．[目标定位]1.知道什么是单摆.2.理解偏角很小时单摆的振一、单摆的简谐运动1．如图1－2－1，若忽略悬挂小球的细线

的微小变化和

，且线长比球的

大得多，这样的装置就叫做单摆．预习导学图1－2－1长度质量直径一、单摆的简谐运动预习导学图1－2－1长度质量直径2．在偏角很小的情况下，单摆摆球所受的回复力与偏离平衡位置的位移成

，因而单摆在

时的振动是简谐运动． 想一想单摆的回复力是否就是单摆所受的合外力？ 答案不是．单摆的运动可看作是变速圆周运动，其合力可分解为指向圆心的法向力和沿圆周切线的切向力，在沿圆周切线的切向力作用下，单摆做的是简谐运动，因而单摆的回复力只是其所受合力的一个分力．预习导学正比偏角很小2．在偏角很小的情况下，单摆摆球所受的回复力与偏离平衡位置的二、单摆做简谐运动的周期 单摆在偏角很小的情况下做简谐运动的周期T跟

的二次方根成正比，跟

的二次方根成反比，跟

无关，单摆做简谐运动时的周期公式 为T＝

.预习导学摆长l重力加速度g振幅、摆球的质量二、单摆做简谐运动的周期预习导学摆长l重力加速度g振幅、一、单摆及单摆的回复力1．单摆 (1)单摆是实际摆的理想化模型 (2)实际摆看作单摆的条件 ①摆线的形变量与摆线长度相比小得多 ②悬线的质量与摆球质量相比小得多 ③摆球的直径与摆线长度相比小得多课堂讲义一、单摆及单摆的回复力课堂讲义课堂讲义2．单摆的回复力 (1)单摆的回复力是由重力沿圆弧切向的分力F＝mgsinθ提供的．图1－2－2课堂讲义2．单摆的回复力图1－2－2课堂讲义注意：(1)单摆经过平衡位置时，回复力为零，但合外力不为零．(2)单摆的回复力为小球受到的沿切线方向的合力，而不是小球受到的合外力．课堂讲义注意：(1)单摆经过平衡位置时，回复力为零，但合外力课堂讲义【例1】对于单摆的振动，以下说法中正确的是 (

) 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 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mv2/l，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．故应选C.课堂讲义【例1】对于单摆的振动，以下说法中正确的是 (课堂讲义答案C借题发挥单摆振动的回复力是重力在切线方向的分力，或者说是摆球所受合外力在切线方向的分力．摆球所受的合外力在摆线方向的分力作为摆球做圆周运动的向心力，所以并不是合外力完全用来提供回复力．因此摆球经过平衡位置时，只是回复力为零，而不是合外力为零(此时合外力提供摆球做圆周运动的向心力)．课堂讲义答案C课堂讲义针对训练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外力的说法中正确的是 (

)A．回复力为零，合外力不为零，方向指向悬点B．回复力不为零，方向沿轨迹的切线C．合外力不为零，方向沿轨迹的切线D．回复力为零，合外力也为零解析振动的单摆小球通过平衡位置时，回复力为零，合外力指向悬点提供摆球圆周运动的向心力，故A选项正确．答案A课堂讲义针对训练振动的单摆小球通过平衡位置时，关于小球受到课堂讲义3．对周期公式的理解 (1)单摆的周期公式在单摆偏角很小时成立(偏角为5°时，由周期公式算出的周期和精确值相差0.01%)．课堂讲义课堂讲义图1－2－3课堂讲义图1－2－3课堂讲义(3)公式中g是单摆所在地的重力加速度，由单摆所在的空间位置决定．(4)周期T只与l和g有关，与摆球质量m及振幅无关．所以单摆的周期也叫固有周期．课堂讲义(3)公式中g是单摆所在地的重力加速度，由单摆所在的课堂讲义【例2】在“探究单摆的周期和摆长的关系”实验中． (1)下列说法正确的是________和________(填选项序号字母)． A．悬线越短越好 B．悬线上端固定且摆角要小 C．摆球应在竖直平面内摆动 D．摆球摆至最高点时开始计时

课堂讲义【例2】在“探究单摆的周期和摆长的关系”实验中．课堂讲义(2)以摆球通过平衡位置时开始计时，用停表记下摆球通过平衡位置n次所用的时间t，则单摆周期T＝________；用米尺量出悬线的长度l0，用游标卡尺量出摆球的直径d，则摆长l＝________.(3)根据记录的数据，在坐标纸上以T为纵轴，l为横轴，作出T－l图像，发现图线是曲线；然后尝试以T2为纵轴，l为横轴，作出T2－l图像，发现图线是一条过原点的倾斜直线，由此得出单摆做简谐运动的周期和摆长的关系是 (

)课堂讲义(2)以摆球通过平衡位置时开始计时，用停表记下摆球通课堂讲义课堂讲义课堂讲义(3)根据题述“T2－l图线是一条过原点的倾斜直线”可知，T2∝l，选项D正确．课堂讲义(3)根据题述“T2－l图线是一条过原点的倾斜直线”课堂讲义【例3】若单摆的摆长不变，摆球的质量由20g增加为40g，摆球离开平衡位置的最大角度由4°减为2°，则单摆振动的 (

) A．频率不变，振幅不变 B．频率不变，振幅改变 C．频率改变，振幅不变 D．频率改变，振幅改变 答案B课堂讲义【例3】若单摆的摆长不变，摆球的质量由20g增加高中物理·选修3-4·教科版第二章机械波2.1机械波的形成和传播

高中物理·选修3-4·教科版第二章机械波[目标定位]

1.理解机械波的形成过程和产生条件.2.知道波的种类及横波和纵波的概念.3.明确机械波传播的特点．[目标定位]一、机械波的形成和传播1．波的形成 由于绳的各部分之间都有相互作用的弹力联系着，所以当手抖动绳的一端，紧靠这一端的质点运动，它会

相邻的质点运动，依次传递下去．每一个质点都在重复绳一端的振动，后一个质点的运动状态总是

于前一个质点的运动状态．预习导学带动滞后一、机械波的形成和传播预习导学带动滞后2．介质 能够传播振动的物质．3．机械波

在介质中的传播．4．波源 引起

振动的装置．5．机械波是

这一运动形式(包括波源的振动信息)的传播，介质本身并没有沿着波的方向发生．6．波是传递

的一种方式．预习导学机械振动初始机械振动迁移能量2．介质预习导学机械振动初始机械振动迁移能量二、横波与纵波1．按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系不同，常将波分为

和

．2．横波 (1)定义：介质中质点的振动方向与波的传播方向

的波． (2)标识性物理量 ①波峰：凸起来的

处． ②波谷：凹下去的

处．预习导学横波纵波垂直最高最低二、横波与纵波预习导学横波纵波垂直最高最低3．纵波 (1)定义：介质中质点的振动方向和波的传播方向

的波． (2)标识性物理量 ①密部：介质中质点分布

的部分． ②疏部：质点分布

的部分．4．简谐波：如果传播的振动是

运动，这种波叫做简谐波．预习导学平行密集稀疏稀疏3．纵波预习导学平行密集稀疏稀疏一、波的形成和传播1．波的形成 传播波的物质，如水、绳、空气等，可以分成许多小部分，每一小部分都可以看作质点．当其中一个质点振动时，由于质点间的相互作用，就带动相邻的质点振动起来，该质点又带动后面的质点振动起来，这样振动的状态就传播出去，形成了机械波．课堂讲义一、波的形成和传播课堂讲义课堂讲义2．机械波的传播 (1)各质点的振动周期都与波源的振动周期相同． (2)离波源越远，质点的振动越滞后，但各质点的起振方向与波源起振方向相同． (3)波传播的只是振动形式，介质中的每个质点只在自己平衡位置附近振动，并不随波迁移．课堂讲义2．机械波的传播课堂讲义【例1】下列关于机械波的说法中，正确的是 (

) A．各质点都在各自的平衡位置附近振动 B．相邻质点间必有相互作用力 C．前一质点的振动带动相邻的后一质点的振动，后一质点的振动必定落后于前一质点 D．各质点随波的传播而迁移 E．离波源越远，质点的振动频率越小课堂讲义【例1】下列关于机械波的说法中，正确的是 (课堂讲义解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的质点依次振动起来，且后一质点的振动必定落后于前一质点，选项B、C正确；质点只在它们各自的平衡位置附近做受迫振动，它们振动的频率均与波源的频率相同，选项A正确，E错误；波在传播过程各质点不随波迁移，选项D错误．答案ABC课堂讲义解析振源依靠介质中各相邻质点间的相互作用力使周围的课堂讲义图2－1－1课堂讲义图2－1－1课堂讲义课堂讲义课堂讲义答案见解析课堂讲义答案见解析课堂讲义借题发挥根据波的形成特点，先振动的质点带动后面的质点振动，后面质点总是落后于前面质点的振