高中物理粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊(cè) 第二章 機(jī)械振動(dòng)第三節(jié) 單擺學(xué)習(xí)課件

《高中物理粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊(cè) 第二章 機(jī)械振動(dòng)第三節(jié) 單擺學(xué)習(xí)課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊(cè) 第二章 機(jī)械振動(dòng)第三節(jié) 單擺學(xué)習(xí)課件（29頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第二章 機(jī)械振動(dòng)2.3單擺 1.知道單擺振動(dòng)時(shí)回復(fù)力的來(lái)源.2.知道影響單擺周期的因素，掌握單擺的周期公式.3.掌握用單擺測(cè)定重力加速度的原理和方法學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：科學(xué)思維：科學(xué)探究：1.理解單擺模型和單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件.2.引導(dǎo)學(xué)生對(duì)擺球進(jìn)行受力分析，將單擺納入簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型.1.觀察單擺，對(duì)影響單擺周期的因素進(jìn)行猜想，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)到影響單擺周期的因素.2.會(huì)一起測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?1.單擺(1)如果細(xì)線的質(zhì)量與小球相比可以，球的直徑與線的長(zhǎng)度相比也可以忽略，這樣的裝置就叫做單擺.單擺是實(shí)際擺的模型.(2)單擺的平衡位置：擺球時(shí)所在的位置.2.單擺的回復(fù)力(1)回復(fù)力的

2、來(lái)源：如圖1所示，擺球的重力沿圓弧_(填“切向”或“法線方向”)的分力提供回復(fù)力.一、單擺及單擺的回復(fù)力圖1忽略理想化靜止切向位移平衡位置1.單擺振動(dòng)的周期與擺球質(zhì)量(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)，在振幅較小時(shí)與振幅(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)，但與擺長(zhǎng)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)，擺長(zhǎng)越長(zhǎng)，周期(填“越長(zhǎng)”“越短”或“不變”).2.單擺的周期公式T.二、單擺的周期無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)有關(guān)越長(zhǎng)1.實(shí)驗(yàn)原理由T2，得g，則測(cè)出單擺的和，即可求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?三、用單擺測(cè)定重力加速度擺長(zhǎng)l周期T2.數(shù)據(jù)處理(1)平均值法：利用實(shí)驗(yàn)中獲得的擺長(zhǎng)和周期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從中選擇幾組，分別計(jì)算重力加速度，然后取平均值.(2)圖象法

3、：以l和T2為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，作出函數(shù)l的圖象，圖象的斜率k=，進(jìn)而求出重力加速度g.1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)單擺運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力是重力和擺線拉力的合力.()(2)單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)受到的合力為零.()(3)制作單擺的擺球越大越好.()(4)若單擺的振幅變?yōu)樵瓉?lái)的一半，則周期也將變?yōu)樵瓉?lái)的一半.()自主探究2.一個(gè)理想的單擺，已知其周期為T.如果由于某種原因重力加速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，振幅變?yōu)樵瓉?lái)的3倍，擺長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的8倍，擺球質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，它的周期變?yōu)開(kāi).2T(1)單擺的回復(fù)力就是單擺所受的合外力嗎？一、單擺及單擺的回復(fù)力(2)單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)，回復(fù)力為零，合外力也為零嗎？答案回復(fù)力

4、不是合外力.單擺的運(yùn)動(dòng)可看做變速圓周運(yùn)動(dòng)，其重力可分解為沿懸線方向的分力和沿圓弧切線方向的分力，重力沿圓弧切線方向的分力提供使擺球沿圓弧振動(dòng)的回復(fù)力.答案單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)，回復(fù)力為零，但合外力不為零.討論探究1.單擺向心力來(lái)源：細(xì)線拉力和重力沿徑向的分力的合力.2.單擺回復(fù)力來(lái)源：重力沿圓弧切線方向的分力Fmgsin提供使擺球振動(dòng)的回復(fù)力.3.回復(fù)力的大小：在偏角很小時(shí)，擺球的回復(fù)力滿足Fkx，此時(shí)擺球的運(yùn)動(dòng)可看成是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).注意(1)單擺經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)，回復(fù)力為零，但合外力不為零.(2)單擺的回復(fù)力為小球受到的重力沿圓弧切線方向的分力，而不是小球受到的合外力.歸納總結(jié)【典例1】圖2中O點(diǎn)為

5、單擺的固定懸點(diǎn)，現(xiàn)將擺球(可視為質(zhì)點(diǎn))拉至A點(diǎn)，此時(shí)細(xì)線處于張緊狀態(tài)，釋放擺球，擺球?qū)⒃谪Q直平面內(nèi)的A、C之間來(lái)回?cái)[動(dòng)，B點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)中的最低位置，則在擺動(dòng)過(guò)程中 A.擺球受到重力、拉力、向心力、回復(fù)力四個(gè)力的作用B.擺球在A點(diǎn)和C點(diǎn)處，速度為零，合力與回復(fù)力也為零C.擺球在B點(diǎn)處，速度最大，細(xì)線拉力也最大D.擺球在B點(diǎn)處，速度最大，回復(fù)力也最大圖2解析擺球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受到重力和拉力作用，A錯(cuò)誤；擺球在擺動(dòng)過(guò)程中，在最高點(diǎn)A、C處速度為零，回復(fù)力最大，合力不為零，在最低點(diǎn)B處，速度最大，回復(fù)力為零，細(xì)線的拉力最大，C正確，B、D錯(cuò)誤.二、單擺的周期討論探究(1)單擺的擺長(zhǎng)l等于懸線的長(zhǎng)度嗎？答案

6、不等于.單擺的擺長(zhǎng)l等于懸線的長(zhǎng)度與擺球的半徑之和.(2)將一個(gè)單擺移送到不同的星球表面時(shí)，周期會(huì)發(fā)生變化嗎？答案可能會(huì).單擺的周期與所在地的重力加速度g有關(guān)，不同星球表面的重力加速度可能不同.1.伽利略發(fā)現(xiàn)了單擺運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性，惠更斯得出了單擺的周期公式并發(fā)明了擺鐘.歸納總結(jié)3.對(duì)周期公式的理解(1)單擺的周期公式在單擺偏角很小時(shí)成立(偏角為5時(shí)，由周期公式算出的周期和準(zhǔn)確值相差0.01%).(2)公式中l(wèi)是擺長(zhǎng)，即懸點(diǎn)到擺球球心的距離ll線r球.(3)公式中g(shù)是單擺所在地的重力加速度，由單擺所在的空間位置決定.(4)周期T只與l和g有關(guān)，與擺球質(zhì)量m及振幅無(wú)關(guān)，所以單擺的周期也叫固有周期.【

7、典例2】某單擺由1m長(zhǎng)的擺線連接一個(gè)直徑2cm的鐵球組成，關(guān)于單擺周期，下列說(shuō)法中正確的是 A.用大球替代小球，單擺的周期不變B.擺角從5改為3，單擺的周期會(huì)變小C.用等大的銅球替代鐵球，單擺的周期不變D.將單擺從赤道移到北極，單擺的周期會(huì)變大【典例3】如圖3所示，三根細(xì)線在O點(diǎn)處打結(jié)，A、B端固定在同一水平面上相距為l的兩點(diǎn)上，使AOB成直角三角形，BAO30，已知OC線長(zhǎng)也是l，下端C點(diǎn)系著一個(gè)小球(半徑可忽略)，下列說(shuō)法正確的是(以下皆指小角度擺動(dòng)，重力加速度為g)圖3三、實(shí)驗(yàn)：用單擺測(cè)定重力加速度1.實(shí)驗(yàn)原理2.實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)及鐵夾，金屬小球(有孔)、秒表、細(xì)線(1m左右)、刻度尺、游

8、標(biāo)卡尺.3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)讓細(xì)線穿過(guò)小球上的小孔，在細(xì)線的穿出端打一個(gè)稍大一些的線結(jié)，制成一個(gè)單擺.(2)將鐵夾固定在鐵架臺(tái)上端，鐵架臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)桌邊，把單擺上端固定在鐵夾上，使擺球自由下垂.在單擺平衡位置處做上標(biāo)記.(3)用刻度尺量出懸線長(zhǎng)l(準(zhǔn)確到mm)，用游標(biāo)卡尺測(cè)出擺球的直徑d，則擺長(zhǎng)為ll.(4)把單擺拉開(kāi)一個(gè)角度，角度不大于5，釋放擺球.擺球經(jīng)過(guò)最低位置時(shí)，用秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，測(cè)出單擺完成30次(或50次)全振動(dòng)的時(shí)間，求出一次全振動(dòng)的時(shí)間，即為單擺的振動(dòng)周期.(5)改變擺長(zhǎng)，反復(fù)測(cè)量幾次，將數(shù)據(jù)填入表格.4.數(shù)據(jù)處理(1)公式法：每改變一次擺長(zhǎng)，將相應(yīng)的l和T代入公式g中求出g值，最后

9、求出g的平均值.設(shè)計(jì)如下所示實(shí)驗(yàn)表格實(shí)驗(yàn)次數(shù)擺長(zhǎng)l/m周期T/s重力加速度g/(ms2)重力加速度g的平均值/(ms2)123圖45.注意事項(xiàng)(1)選擇細(xì)而不易伸長(zhǎng)的線，長(zhǎng)度一般不應(yīng)短于1m；擺球應(yīng)選用密度較大、直徑較小的金屬球.(2)擺動(dòng)時(shí)控制擺線偏離豎直方向的角度應(yīng)很小.(3)擺球擺動(dòng)時(shí)，要使之保持在同一豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺.(4)計(jì)算單擺的全振動(dòng)次數(shù)時(shí)，應(yīng)從擺球通過(guò)最低位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，要測(cè)n次全振動(dòng)的時(shí)間t.【典例4】某同學(xué)利用如圖5所示的裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.按裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；B.用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑d；C.用米尺測(cè)量懸線的長(zhǎng)度L；D.讓小球在豎直

10、平面內(nèi)小角度擺動(dòng)，當(dāng)小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并計(jì)數(shù)為0，此后小球每經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)一次，依次計(jì)數(shù)1、2、3、，當(dāng)數(shù)到20時(shí)，停止計(jì)時(shí)，測(cè)得時(shí)間為t；E.多次改變懸線長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)每個(gè)懸線長(zhǎng)度，都重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟C、D；F.計(jì)算出每個(gè)懸線長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的t2；G.以t2為縱坐標(biāo)、L為橫坐標(biāo)，作出t2L圖線.圖5結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)，完成下列問(wèn)題：(1)用游標(biāo)為10分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量小球直徑，某次測(cè)量示數(shù)如圖6所示，讀出小球直徑d為_(kāi)cm.圖61.52解析游標(biāo)卡尺主尺的示數(shù)是1.5cm15mm，游標(biāo)尺示數(shù)是20.1mm0.2mm，小球的直徑d15mm0.2mm15.2mm1.52cm.(2)該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)作出t2L圖線如圖7所示.根據(jù)圖線擬合得到方程t2404.0L3.07，由此可以得出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭_m/s2.(取29.86，結(jié)果保留3位有效數(shù)字)圖79.76(3)從理論上分析圖線沒(méi)有過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因，下列分析正確的是_.A.不應(yīng)在小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，應(yīng)該在小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)B.開(kāi)始計(jì)時(shí)后，不應(yīng)記錄小球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)的次數(shù)，而應(yīng)記錄小球做全振動(dòng)的次數(shù)C.不應(yīng)作t2L圖線，而應(yīng)作tL圖線D.不應(yīng)作t2L圖線，而應(yīng)作t2(Ld)圖線解析單擺擺長(zhǎng)等于擺線長(zhǎng)度與擺球半徑之和，把擺線長(zhǎng)度作為單擺擺長(zhǎng)小于實(shí)際擺長(zhǎng)，故t2L圖象不過(guò)原點(diǎn)，在縱軸上截距不為零，故D正確.