【优化方案】高中物理 第11章 第四节单摆课件 新人教选修34

第四节单摆课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练

第四节单摆课标定位学习目标：1.理解什么是单摆及在什么情况下单摆的振动是简谐运动．2．知道单摆的周期跟哪些因素有关，了解单摆周期公式，并能进行有关计算．3．知道用单摆可测定重力加速度．重点难点：1.单摆的周期公式及应用．2．单摆回复力的推导及等效摆长与等效重力加速度的计算．课前自主学案一、单摆模型细线的上端固定，下端系一小球，如果细线的_______与小球相比可以忽略；球的________与线的长度相比也可以忽略；在摆动过程中细线的_________可以忽略；与小球受到的重力及绳的拉力相比，空气等对它的________可以忽略，这样的装置就叫做单摆．单摆是实际摆的理想化模型，实验中为满足上述条件我们尽量选择__________大，_________小的球和尽量_______的线．质量直径伸缩阻力质量体积细二、单摆的回复力单摆的回复力是摆球的重力沿____________方向的分力，在摆角很小的情况下，单摆所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成________，方向总指向_____________，因此单摆在摆角很小时做_______________，其振动图象遵从___________________函数规律．圆弧切线正比平衡位置简谐运动正弦或余弦三、单摆的周期1．影响单摆周期的因素：实验表明，单摆振动的周期与摆球________无关，在振幅较小时与___________无关，但与摆长有关，摆长________，周期越长．质量振幅越长3．单摆的等时性：单摆的周期与摆球的_______、__________无关，其中与________无关的性质叫单摆的等时性．质量振幅振幅核心要点突破一、对单摆模型的理解1．运动特点(1)摆球以悬点为圆心做变速圆周运动，在运动过程中只要速度v≠0，半径方向都有向心力．(2)摆球以平衡位置为中心做往复运动，在运动过程中只要不在平衡位置，轨迹的切线方向都有回复力．2．摆球的回复力(1)任意位置：如图11－4－1所示，G2＝Gcosθ，F－G2的作用就是提供摆球绕O′做变速圆周运动的向心力；G1＝Gsinθ的作用是提供摆球以O为中心做往复运动的回复力．(2)平衡位置：摆球经过平衡位置时，G2＝G，G1＝0，此时F应大于G，F－G的作用是提供向心力；因此在平衡位置，回复力F回＝0，与G1＝0相符．图11－4－1特别提醒：单摆的运动不一定是简谐运动，只有在摆角较小的情况下才能看成简谐运动，理论上一般θ角不超过5°，但在实验中，认为θ角不超过10°即可．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)1．下列有关关单摆运动动过程中的的受力说法法，正确的的是()A．单摆运动动的回复力力是重力和和摆线拉力力的合力B．单摆运动动的回复力力是重力沿沿圆弧切线线方向的一一个分力C．单摆经过过平衡位置置时的合力力为零D．单摆运动动的回复力力是摆线拉拉力的一个个分力解析：选B.单摆运动是是在一段圆圆弧上运动动，因此单单摆运动过过程中不仅仅有回复力力，而且有有向心力，，即单摆运运动的合外外力不仅要要提供回复复力，而且且要提供向向心力，故故选项A错误；单摆摆的回复力力是重力沿沿圆弧切线线方向的一一个分力，，而不是摆摆线拉力的的分力，故故选项B正确，D错误；单摆摆过平衡位位置时，回回复力为零零，向心力力最大，故故其合外力力不为零，，所以选项项C错误．二、对单摆摆周期的理理解1．决定周期期大小的因因素(1)摆长L.(2)当地的重力力加速度g.(3)与摆球质量量无关，在在摆角小于于5°的前提下，，与振幅无无关．图11－4－2图11－4－33．重力加速速度g(1)若单摆系统统只处在重重力场中且且处于静止止状态，g由单摆所处处的空间位位置决定，，即g＝，式中R为物体到地地心的距离离，M为地球的质质量，g随所在位置置的高度的的变化而变变化．另外外，在不同同星球上M和R也是变化的的，所以g也不同，g＝9.8m/s2只是在地球球表面附近近时的取值值．(2)等效重力加加速度：若若单摆系统统处在非平平衡状态(如加速、减减速、完全全失重状态态)，则一般情情况下，g值等于摆球球相对静止止在自己的的平衡位置置时，摆线线所受的张张力与摆球球质量的比比值．图11－4－4特别提醒：：(1)摆长L并不等于绳绳长，而是是等于摆球球球心(质量均匀)到摆动圆弧弧的圆心的的距离．(2)公式中的g不一定等于于9.8m/s2，尤其是单单摆在复合合场中或斜斜面上摆动动时，g值往往因情情境而异．．即时应用(即时时突突破破，，小小试试牛牛刀刀)2．要要增增加加单单摆摆在在单单位位时时间间内内的的摆摆动动次次数数，，可可采采取取的的方方法法是是()A．增增大大摆摆球球的的质质量量B．缩缩短短摆摆长长C．减减小小摆摆动动的的幅幅度度D．升升高高气气温温答案案：：B课堂互动讲练类型一单摆周期公式的应用有一一单单摆摆，，其其摆摆长长l＝1.02m，已已知知单单摆摆做做简简谐谐运运动动，，单单摆摆振振动动30次用用的的时时间间t＝60.8s，试试求求：：(1)当地地的的重重力力加加速速度度是是多多大大？？(2)如果果将将这这个个摆摆改改为为秒秒摆摆，，摆摆长长应应怎怎样样改改变变？？改改变变多多少少？？例1【思路路点点拨拨】【答案案】(1)9.79m/s2(2)缩短短0.027m图11－4－5例2类型二对单摆模型的拓展图11－4－6【方法法总总结结】单摆摆模模型型指指符符合合单单摆摆运运动动规规律律的的模模型型，，满满足足条条件件：：(1)圆弧弧运运动动；；(2)小角角度度摆摆动动．．变式式训训练练2如图图11－4－7所示示，，曲曲面面AO是一一段段半半径径为为2m的光光滑滑圆圆弧弧面面，，圆圆弧弧与与水水平平面面相相切切于于O点，，AO弧长长10cm.现将将一一小小球球先先后后从从曲曲面面的的顶顶端端A和AO弧的的中中点点B由静静止止释释放放，，到到达达底底端端O的速速度度分分别别为为v1和v2，所所经经历历的的时时间间分分别别是是t1和t2，那那么么()A．v1＜v