新教材高中物理第二章机械振动第4节单摆课件新人教版选择性必修第一册

第二章

机械振动第4节

单摆课标解读课标要求素养要求1.通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。2.指导单摆周期与摆长、重力加速度的关系。1.科学思维：会利用单摆周期公式测定重力加速度。2.科学探究：通过实验探究单摆的周期与摆长的关系。要点一单摆将一小球用细绳悬挂起来，把小球拉离最低点释放后，小球就会来回摆动。

如果细线的长度不可改变，细线的质量与小球相比___________，球的直径与线的长度相比也___________①，这样的装置就叫作单摆。可以忽略可以忽略①（1）单摆是一种理想化模型，你认为除了细线的质量和球的直径这两点之外，还有什么“可以忽略”？提示

空气等对小球的阻力与它受到的重力及细线的拉力相比可以忽略。（2）在制作单摆时，对小球和细线有什么要求？提示单摆是实际摆的理想化模型。我们总要尽量选择质量大、体积小的球和尽量细的线。

回复力

提示

单摆摆动过程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，所以加速度不等于零。

（2）怎样证明单摆在摆角很小的情况下的运动是简谐运动？

（3）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？

③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？

1.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。2.当摆球运动到平衡位置时，回复力为零，但合力不为零，因为小球有向心力，方向指向悬点（即指向圆心）。3.在同一地点，重力加速度是一定的，摆长相等的单摆具有相同且恒定不变的周期，单摆周期与振幅及摆球质量皆无关。探究点一

单摆及其回复力

试分析原因，并比较与地面上的单摆的受力与运动的区别。[提示]在地面，单摆的运动周期与摆的长度、重力加速度有关。但在失重的状态，没有了回复力，小球就静止在原始位置。这时，细绳并没有给小球拉力。手推小球，相当于给了小球一个初始速度，同时细绳又给小球提供了拉力，细绳拉力提供向心力，小球便绕着支架的轴心做圆周运动。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可忽略；②摆线的质量与摆球质量相比可忽略；③摆球的直径与摆线长度相比可忽略；④空气等阻力与摆球的重力及细线的拉力相比可忽略。

3.单摆的运动特点

AD

③合外力：物体所受的合力，它使物体的运动状态发生变化。（2）联系：回复力、向心力、合外力均为效果力且均为矢量。回复力、向心力一定是变力，合外力可以为恒力，也可为变力。对单摆来说，回复力与向心力的合力等于合外力。1.对于单摆振动，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C

A

探究点二

单摆的周期1.惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器，叫摆钟。摆钟运行时克服摩擦力所需的能量由重力势能提供，运动的速率由钟摆控制。旋转钟摆下端的螺母可以使摆上的圆盘沿摆杆上下移动，如图所示。一只冬天很准的摆钟到了夏天却不准了，是走快了还是慢了？怎么调节才能重新准确计时？[提示]由冬天到夏天，摆杆变长，周期变大，摆钟走慢了，应调节螺母上移。

2.计算单摆的周期的方法

（1）当地的重力加速度的大小；

（2）如果将这个摆改为秒摆，摆长应怎样改变？改变多少。

A

1.（多选）单摆是为研究振动而抽象出的理想化模型，其理想条件是(

)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ABC评价检测·素养提升

2.（多选）一单摆做小角度摆动，其振动图像如图所示，以下说法正确的是(

)CD

3.把在北京调准的摆钟，由北京移到赤道上时，摆钟的振动(

)A.变慢了，要使它恢复准确，应增加摆长B.变慢了，要使它恢复准确，应缩短摆长C.变快了，要使它恢复准确，应增加摆长D.变快了，要使它恢复准确，应缩短摆长B

4.（多选）图示为甲、乙两单摆的振动图像，则(

)BD

单摆模型的综合问题一、利用单摆求所处位置通过单摆周期公式求所在处的重力加速度，然后应用万有引力等知识求所在高度、深度、纬度等。二、等效摆长和等效重力加速度

丙

丁1.如图所示的几个相同单摆在不同条件下，关于它们的周期关系，其中判断正确的是(

)

C

D

2.发生下述哪一种情况时，单摆周期会增大(

)A.增大摆球质量 B.缩短摆长C.减小单摆振幅 D.将单摆由山下移到山顶D

A

A.B.C.D.D

A

6.将单摆和弹簧振子都放在竖直向上做匀加速运动的电梯中，则(

)A.两者的振动周期都不变B.两者的振动周期都变小C.单摆的振动周期变小，弹簧振子的振动周期不变D.单摆的振动周期变小，弹簧振子的振动周期变大C[解析]弹簧振子的振动周期只与其本身的因素有关，与振子的运动状态无关，所以弹簧振子的周期不变；当电梯向上加速运动时，单摆的等效重力加速度变大，单摆的周期变小，C正确。

C

（1）将该单摆置于月球表面，其周期为