高中物理 1.4-1.5課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,一、單擺 1.懸掛起來的物體在豎直平面內(nèi)擺動,如果懸掛物體的細(xì)線的 伸縮和質(zhì)量可以忽略,線長比物體的直徑大得多,這樣的裝置叫做單擺。忽略擺動過程中所受阻力的作用,是實際擺的理想化模型。 2.單擺的回復(fù)力 (1)回復(fù)力的提供:擺球的重力沿圓弧切線方向的分力。 (2)回復(fù)力的特點:在偏角很小時,單擺所受的回復(fù)力和它偏離平衡位置的位移大小成正比,方向總是指向平衡位置,即 。 (3)運動規(guī)律:單擺在偏角很小時做簡諧運動,其振動圖象遵循正弦或余弦函數(shù)規(guī)律。,三,,,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,二、單擺的周期 荷蘭物理學(xué)家惠更斯確定了計算單擺周期的公式 ,其中l(wèi)表示擺長,g表示當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。由公式可以看出單擺的周期與擺球質(zhì)量無關(guān),在振幅較小時與振幅無關(guān)。,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,三、用單擺測定重力加速度 由單擺周期公式 ,因此,通過實驗方法測出單擺的擺長和周期,就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一、單擺 1.單擺的回復(fù)力 (1)單擺受力:如圖所示,受細(xì)線拉力和重力作用。 (2)向心力來源:細(xì)線拉力和重力沿徑向的分力和合力。 (3)回復(fù)力來源:重力沿圓弧切線方向的分力F=mgsin θ提供了使擺球振動的回復(fù)力。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 下列關(guān)于單擺的說法,正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號51150008) A.單擺擺球從平衡位置運動到正向最大位移處,再從正向最大位移處運動到平衡位置時位移為2A B.單擺擺球的回復(fù)力等于擺球所受的合外力 C.單擺擺球的回復(fù)力是擺球重力沿圓弧切線方向的分力 D.單擺擺球經(jīng)過平衡位置時加速度為零 思路分析根據(jù)單擺做簡諧運動的條件和回復(fù)力的來源進行分析判斷。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:簡諧運動中的位移是以平衡位置作為起點,擺球在正向最大位移處時位移為A,在平衡位置時位移應(yīng)為零;擺球的回復(fù)力由合外力沿圓弧切線方向的分力(等于重力沿圓弧切線方向的分力)提供;合外力在擺線方向的分力提供向心力;擺球經(jīng)最低點(振動的平衡位置)時回復(fù)力為零,但向心力不為零,所以合外力不為零(擺球到最高點時,向心力為零,回復(fù)力最大,合外力也不為零)。 答案:C,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一單擺做小角度擺動,其振動圖象如圖所示,以下說法正確的是( ) A.t1時刻擺球速度最大,擺球的回復(fù)力最大 B.t2時刻擺球速度為零,懸線對它的拉力最小 C.t3時刻擺球速度為零,擺球的回復(fù)力最小 D.t4時刻擺球速度最大,懸線對它的拉力最大 答案:D 解析:由振動圖象知,t1和t3時刻擺球偏離平衡位置的位移最大,此時擺球的速度為零,擺球的回復(fù)力最大,A、C錯;t2和t4時刻擺球位移為零,正在通過平衡位置,速度最大,由于擺球做圓周運動,由牛頓第二定律得出懸線對擺球拉力最大,故D正確,B錯誤。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,二、單擺的周期公式 1.擺長l:實際的單擺擺球不可能是質(zhì)點,所以擺長應(yīng)是從懸點到擺球球心的長度,即 ,l0為擺線長,D為擺球直徑。 2.重力加速度g:若單擺系統(tǒng)只處在重力場中且懸點處于靜止?fàn)顟B(tài),g由單擺所處的空間位置決定,即 ,式中R為擺球到地心的距離,M為地球的質(zhì)量,g隨所在位置的高度的變化而變化。另外,在不同星球上M和R也是變化的,所以g也不同,g=9.8 m/s2只是在地球表面附近時的取值。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,某同學(xué)在猜想可能影響單擺周期的因素后,利用控制變量法做實驗以驗證猜想的可靠性。結(jié)合你的實驗經(jīng)歷,用自己的語言說明下列實驗現(xiàn)象。 (1)將懸掛在同一高度的兩個相同的擺球拉到不同高度同時釋放使其做簡諧運動。 (2)將懸掛在同一高度的兩個擺長相同、質(zhì)量不同的擺球拉到同一高度同時釋放使其做簡諧運動。 (3)將懸掛在同一高度的兩個擺長不同、質(zhì)量相同的擺球拉到同一高度同時釋放使其做簡諧運動。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案:(1)他想驗證單擺的周期與振幅的關(guān)系,實驗表明兩擺球同步振動。 (2)他想驗證單擺的周期與擺球質(zhì)量的關(guān)系,實驗表明兩擺球的振動也是同步的。 (3)他想驗證單擺的周期與擺長的關(guān)系,實驗表明兩擺球的振動不同步,而且擺長越長,振動就越慢。,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 如圖甲所示是一個單擺振動的情形,O是它的平衡位置,B、C是擺球所能到達的最遠位置。設(shè)擺球向右方向運動為正方向。圖乙是這個單擺的振動圖象。根據(jù)圖象回答: (導(dǎo)學(xué)號51150009) (1)單擺振動的頻率是多大? (2)開始時刻擺球在何位置? (3)若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?0 m/s2,試求這個擺的擺長是多少?,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案:(1)1.25 Hz (2)B點 (3)0.16 m,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)如圖為甲、乙兩單擺的振動圖象,則( ) (導(dǎo)學(xué)號51150010) A.若甲、乙兩單擺在同一地點擺動,則甲、乙兩單擺的擺長之比l甲∶l乙=2∶1 B.若甲、乙兩單擺在同一地點擺動,則甲、乙兩單擺的擺長之比l甲∶l乙=4∶1 C.若甲、乙兩擺擺長相同,且在不同的星球上擺動,則甲、乙兩擺所在星球的重力加速度之比g甲∶g乙=4∶1 D.若甲、乙兩擺擺長相同,且在不同的星球上擺動,則甲、乙兩擺所在星球的重力加速度之比g甲∶g乙=1∶4,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,答案:BD 解析:由圖象可知T甲∶T乙=2∶1,若兩單擺在同一地點,則兩擺長之比為l甲∶l乙=4∶1,若兩擺長相等,則所在星球的重力加速度之比為g甲∶g乙=1∶4。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,三、用單擺測定重力加速度 1.儀器和器材 長約1 m的細(xì)絲線,球心開有小孔的金屬小球,帶有鐵夾的鐵架臺,長約1 m的毫米刻度尺、秒表、游標(biāo)卡尺等。,一,二,三,2.實驗步驟 (1)做單擺:將細(xì)線穿過金屬小球上的小孔,在細(xì)線的一端打一個稍大一點的結(jié),制成一個單擺。如圖所示,將鐵夾固定在鐵架臺上端,鐵架臺放在桌邊,使鐵架伸出桌面,然后把單擺固定在鐵夾上,使擺球自由下垂。 (2)測擺長:測量方法同實驗“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”。 (3)測周期:測量方法同實驗“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”。 (4)變擺長:將單擺的擺長變短(或變長),重復(fù)實驗三次,測出相應(yīng)的擺長l和周期T。,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,3.數(shù)據(jù)處理 (1)計算法:每改變一次擺長,將相應(yīng)的l和T代入公式中求出g值,最后求出g的平均值。 設(shè)計如下所示實驗表格:,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,(2)測定擺長L時引起的誤差 ①在未懸掛擺球前測定擺長或漏掉加擺球半徑,得到的擺線長偏短,g值偏小。 ②測擺長時擺線拉得過緊或以擺球的直徑與擺線長之和作為擺長,得到的擺線長偏長,g值偏大。 ③懸點未固定好,振動時出現(xiàn)松動,使實際的擺長不斷變長,g值也偏小。 (3)測定周期時引起的誤差 ①開始計算時,停表過遲按下,會使所測時間t偏小,g值偏大;同理,停止計時時,停表過早按下,g值偏大。 ②測定n次全振動的時間為t,誤數(shù)為(n+1)次全振動,計算時,g值偏大;同理,誤數(shù)為(n-1)次全振動,計算時,g值偏小。 ③計算單擺的全振動次數(shù)時,不以擺球通過最低點位置時開始計時,容易產(chǎn)生較大的計時誤差。,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例3】 (1)測量單擺的振動周期,測量時間應(yīng)從擺球經(jīng)過 (選填“平衡位置”或“最高點”)時開始計時;某次測定了50次全振動的時間如圖中停表所示,那么停表讀數(shù)是 s;該單擺的周期是T= s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (導(dǎo)學(xué)號51150011),一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(2)測量出多組周期T、擺長L數(shù)值后,畫出T2-L圖象如圖所示,此圖線斜率的物理意義是( ),(3)在描點時若誤將擺線長當(dāng)作擺長,那么畫出的直線將不通過原點,則由圖線斜率得到的重力加速度將會( ) A.偏大 B.偏小 C.不變 D.都有可能,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(4)該小組的另一同學(xué)沒有使用游標(biāo)卡尺也測出了重力加速度。他采用的方法是:先測出一擺線較長的單擺的振動周期T1,然后把擺線縮短適當(dāng)?shù)拈L度ΔL,再測出其振動周期T2。則可用該同學(xué)測出的物理量來表達重力加速度為g= 。 思路分析解答本題的關(guān)鍵是要注意以下兩點: (1)停表的讀數(shù)規(guī)則; (2)T2-L圖象斜率的意義。,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:(1)因擺球經(jīng)過最低點時的速度大,容易觀察和計時,所以測量時間應(yīng)從擺球經(jīng)過最低點開始計時。 停表的讀數(shù)為t=1 min+7.4 s=67.4 s,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,有五個同學(xué)做實驗,各組實驗數(shù)據(jù)列于下表,若每位同學(xué)用刻度尺測長度、用秒表測時間的技術(shù)水平都一樣,那么組測量結(jié)果更準(zhǔn)確,由此計算出的重力加速度的大小約為 。 (導(dǎo)學(xué)號51150012) 實驗條件、數(shù)據(jù)記錄表格,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,答案:C 9.74 m/s2 解析:A組不能滿足實驗中如下條件:(1)應(yīng)用質(zhì)量較大球做擺球,使實際擺更接近理論上的單擺;(2)擺線長應(yīng)在1 m左右;(3)全振動次數(shù)應(yīng)在30~50次之間,B組同上。D組錯在要利用單擺周期公式來測量g,要求擺角要小于10,擺線長也略短,不滿足實驗要求,測量擺線長的相對誤差也大一些,E組同D的分析。C組正確,將數(shù)據(jù)代入公式可得g=9.74 m/s2。,