云南省峨山彝族自治县高中物理第十一章机械振动11.4单摆课件新人教版.pptx

1、第四节单摆,1.知道什么是单摆,了解单摆运动的特点。2.通过实验,探究单摆的周期与摆长的关系。3.知道单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。会用单摆测定重力加速度。,学习目标,1.单摆的理想化条件(1)质量关系:细线质量与_相比可以忽略。(2)线度关系:小球的_与线的长度相比可以忽略。(3)力的关系:空气等对小球的_与小球重力和线的拉力相比可以忽略。单摆是实际摆的_,实验中为满足上述条件,我们尽量选择_、_的球和尽量细的线。,小球质量,直径,阻力,体积小,理想化模型,质量大,知识梳理,2.单摆的回复力(1)回复力来源:摆球的重力沿_的分力是使摆球沿圆弧振动的回复力。(2)回复力大小:若摆球质量为

2、m、摆长为l、偏离平衡位置的位移为x,在偏角很小时,单摆的回复力为_。(3)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_,方向总指向_,即_。,圆弧切向,正比,F=-kx,平衡位置,3.单摆的周期(1)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_,周期也越大。(2)周期公式:荷兰物理学家_发现单摆的周期T与摆长l的二次方根成_,与重力加速度g的二次方根成_,他确定了计算单摆周期的公式为_。,质量,惠更斯,正比,振幅,越长,反比,摆长l,周期T,1.作为一个理想化模型,应该怎样认识单摆的摆线和小球?解答:摆线是没有弹性、没有质量的细绳

3、,小球直径与线的长度相比可以忽略,小球摆动时空气等阻力可以忽略。2.单摆的周期跟哪些因素有关?解答:单摆的周期跟摆长以及所在地的重力加速度有关。3.探究单摆周期与摆长关系实验中,测量周期的始末计时位置是选摆球的最高点还是最低点?解答:最低点。,主题1:单摆的动力学分析情景:某同学想研究单摆的运动,他把摆球拉到某一位置然后释放,发现小球总在关于最低点对称的圆弧上振动,并且越靠近最低点运动得越快,如图甲所示。他马上想到了刚刚学过的弹簧振子的简谐运动。问题:(1)单摆沿圆弧运动的向心力由哪些力来提供?(2)单摆往复运动的回复力由哪几个力来提供?(3)阅读课本相关内容,思考单摆做简谐运动的条件。,甲,

4、解答:(1)圆周运动的向心力是指向圆心的。如图乙所示,当摆球运动到P点时受到重力G和细线的拉力F的作用,将重力G沿切线和细线两方向分解为F和G1。沿细线方向:Fn=F-G1=F-Gcos,它的作用是改变摆球的运动方向,提供摆球做圆周运动的向心力。,(2)小球静止在O点时,悬线竖直,悬线的拉力和小球的重力平衡,这个位置即为单摆的平衡位置。当摆球运动到P点时,将重力G沿切线和细线两方向分解,切线方向F=Gsin,它的作用是改变摆球速度的大小,使小球回到平衡位置,即为摆球提供做振动的回复力。,主题2:单摆的周期公式及其应用问题:(1)“探究单摆周期与摆长的关系”的实验主要采用了哪种实验方法?(2)为

5、减小误差,实验中测周期和摆长时都要取平均值,二者取平均值的方法有何不同?(3)王红同学学习了单摆周期公式后,想把奶奶家墙上越走越慢的老式“挂钟”调准,她该怎么做?(4)某校科技小组利用单摆周期公式测当地重力加速度,发现测出的结果比上网查到的结果总是偏大。请讨论后分析可能的原因。,解答:(1)控制变量法。(2)测周期要用“累积法”,一次测量几十次全振动的时间,然后计算周期;测摆长是多次测量后取平均值。(3)老式“挂钟”越走越慢是因为“挂钟”的周期比标准时钟的周期大,应把钟摆下面的小螺母适当上调,通过减小摆长来调小周期。(4)可能的原因有两个:一是把摆线长度加上小球的直径当作了摆长;二是测周期记录全振动次数时多数了开始计时的一次。,1.(考查单摆的回复力)单摆振动的回复力是()。A.摆球所受的重力B.摆球重力在垂直悬线方向上的分力C.悬线对摆球的拉力D.摆球所受重力和悬线对摆球拉力的合力【解析】单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力;重力的另一个分力与细线的拉力的合力提供摆球的向心力。,B,C,4.(考查单摆的振动图象)图示为在同一地点的A、B两个单摆做简谐运动的图象,其中实线表示A的运动图象,虚线表示B的运动图象。以下关于这两个单摆的判断中正确的是()。A.这两个单摆的摆球质量一定相等B.这两个单摆的摆长一定不同C.这两个