《新教材同步辅导2023年高中物理第二章机械振动2.4单摆课件新人教版选择性必修第一册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材同步辅导2023年高中物理第二章机械振动2.4单摆课件新人教版选择性必修第一册（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章机械振动机械振动学习目标学习目标1.通过观察摆钟等实例知道什么是单摆通过观察摆钟等实例知道什么是单摆,能说出单摆的理想化条能说出单摆的理想化条件件,知道单摆是理想化模型知道单摆是理想化模型,能够将实际问题中的对象和过程转能够将实际问题中的对象和过程转化为单摆模型化为单摆模型.2.能从运动学和动力学两个角度证明摆角很小时单摆的运动是能从运动学和动力学两个角度证明摆角很小时单摆的运动是简谐运动简谐运动,体会数学知识在物理中的应用体会数学知识在物理中的应用,培养数形结合思维培养数形结合思维.3.根据实验探究根据实验探究,知道单摆的周期与哪些因素有关知道单摆的周期与哪些因素有关,熟记单摆的
2、周熟记单摆的周期公式并能用其解决相关实际问题期公式并能用其解决相关实际问题,培养科学探究能力培养科学探究能力.4.了解惠更斯等科学家对单摆的研究了解惠更斯等科学家对单摆的研究,学习科学家在研究过程中学习科学家在研究过程中的智慧、思想的智慧、思想.4单摆单摆1.细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器,注射器内装上墨汁注射器内装上墨汁,这这就做成了一个简单的单摆模型就做成了一个简单的单摆模型.当注射器摆动时当注射器摆动时,沿着垂直于摆沿着垂直于摆动的方向匀速拖动木板动的方向匀速拖动木板,滴在木板上的墨汁图样就可以表示单滴在木板上的墨汁图样就可以表示单摆的振动图像摆的振动图
3、像.观察图像观察图像,利用数学方法分析图像特点利用数学方法分析图像特点,能得出什能得出什么结论么结论?答案答案:图像是正弦函数图像图像是正弦函数图像,这说明单摆的运动是简谐运动这说明单摆的运动是简谐运动.知识点知识点一一单摆的单摆的运动运动2.单摆单摆理想化模型理想化模型.(1)模型模型:摆线是摆线是伸长伸长,且没有且没有的细线的细线,摆球是没摆球是没有有只有质量的质点只有质量的质点,这样的装置叫作单摆这样的装置叫作单摆,它是实际摆的理它是实际摆的理想化模型想化模型.(2)单摆在摆角单摆在摆角的情况下做简谐运动的情况下做简谐运动,其振动图像遵其振动图像遵循循规律规律.(3)单摆运动时的回复力是
4、单摆运动时的回复力是沿沿圆弧切线方向的分力圆弧切线方向的分力.不可不可大小大小质量质量很小很小正弦函数正弦函数重力重力知识点二单摆的周期知识点二单摆的周期1.如图所示如图所示,利用铁架台、细线、小球制作一个单摆模型利用铁架台、细线、小球制作一个单摆模型,猜想猜想影响单摆周期的因素有哪些影响单摆周期的因素有哪些.答案答案:影响因素可能有小球的质量、单摆的摆长、单摆的振幅影响因素可能有小球的质量、单摆的摆长、单摆的振幅.2.影响单摆周期的因素影响单摆周期的因素:单摆的周期与单摆的周期与有关有关,摆长越长摆长越长,周期周期;单摆的周期与单摆的周期与、无关无关.3.单摆周期公式单摆周期公式:T=.摆长
5、摆长越大越大摆球摆球质量质量振幅振幅小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的在括号内打正确的在括号内打“”“”,错误的打错误的打“”).”).1.单摆运动时的回复力是重力和摆线拉力的合力单摆运动时的回复力是重力和摆线拉力的合力.()2.单摆的周期与摆球的质量成反比单摆的周期与摆球的质量成反比.()3.制作单摆的摆球越大越好制作单摆的摆球越大越好.()4.若单摆的振幅变为原来的一半若单摆的振幅变为原来的一半,则周期也将变为原来的一半则周期也将变为原来的一半.()5.同一个单摆在月球上摆动的周期大于其在地球上摆动的周期同一个单摆在月球上摆动的周期大于其在
6、地球上摆动的周期.()探究一探究一单摆的运动和回复力单摆的运动和回复力问题情境问题情境一阵风吹过一阵风吹过,大厅里的吊灯微微摆动起来大厅里的吊灯微微摆动起来,久久不停久久不停伽利略伽利略就是通过观察吊灯摆动发现了吊灯摆动的等时性就是通过观察吊灯摆动发现了吊灯摆动的等时性,惠更斯按照惠更斯按照伽利略的构想伽利略的构想,发明制作了一个摆钟发明制作了一个摆钟.摆钟就是一个典型的单摆摆钟就是一个典型的单摆模型模型.1.单摆的平衡位置位于哪里单摆的平衡位置位于哪里?在运动过程中经过平衡位置时单在运动过程中经过平衡位置时单摆所受的合力是不是摆所受的合力是不是0?单摆的回复力就是单摆所受的合力吗单摆的回复力
7、就是单摆所受的合力吗?答案答案:单摆的平衡位置在摆球最低点单摆的平衡位置在摆球最低点.单摆的运动可看作圆周运动单摆的运动可看作圆周运动,单摆经过平衡位置时单摆所受的合力不为单摆经过平衡位置时单摆所受的合力不为0,因为拉力和重力的合因为拉力和重力的合力提供向心力力提供向心力.合力不是回复力合力不是回复力,重力沿圆弧切线方向的分力是使重力沿圆弧切线方向的分力是使摆球沿圆弧振动的回复力摆球沿圆弧振动的回复力.2.下图是一个单摆下图是一个单摆.当小球运动到图中的任意位置当小球运动到图中的任意位置P时时,请通过计请通过计算回复力的表达式证明单摆的运动属于简谐运动算回复力的表达式证明单摆的运动属于简谐运动
8、(很小很小).答案答案:摆线的形变量与摆线的长度相比小得多摆线的形变量与摆线的长度相比小得多,摆线的质量与摆摆线的质量与摆球的质量相比小得多球的质量相比小得多,这时可把摆线看成不可伸长这时可把摆线看成不可伸长,且没有质量的且没有质量的细线细线.摆球直径的大小与摆线长度相比小得多摆球直径的大小与摆线长度相比小得多,这时可把摆球看成没这时可把摆球看成没有大小只有质量的质点有大小只有质量的质点.不考虑空气等对小球的阻力不考虑空气等对小球的阻力.摆角很小摆角很小.3.通过以上证明过程通过以上证明过程,可以得出单摆的运动可以看作简谐运动的可以得出单摆的运动可以看作简谐运动的条件是什么条件是什么?过程建构
9、过程建构1.单摆向心力来源单摆向心力来源:细线拉力和重力沿径向的分力的合力细线拉力和重力沿径向的分力的合力.2.单摆回复力来源单摆回复力来源:重力沿圆弧切线方向的分力重力沿圆弧切线方向的分力F=mgsin提供提供使摆球振动的回复力使摆球振动的回复力.4.注意注意(1)单摆经过平衡位置时单摆经过平衡位置时,回复力为回复力为0,但合力不为但合力不为0.(2)单摆的回复力为小球受到的重力沿圆弧切线单摆的回复力为小球受到的重力沿圆弧切线方向的分力方向的分力,而不是小球受到的合力而不是小球受到的合力.(3)单摆是实际摆的理想模型单摆是实际摆的理想模型.【典例【典例1】(2021广东模拟广东模拟)一单摆做
10、简谐运动一单摆做简谐运动,在偏角增大的在偏角增大的过程中过程中,摆球的回复力摆球的回复力(选填选填“变大变大”“不变不变”或或“变小变小”),摆球的机械能摆球的机械能(选填选填“增大增大”“减小减小”或或“不变不变”).解析解析:当偏角增大时当偏角增大时,摆球向最大位移处移动摆球向最大位移处移动,相对于平衡位置相对于平衡位置的位移变大的位移变大,因为回复力与位移成正比因为回复力与位移成正比,所以此过程回复力增所以此过程回复力增大大;摆球在运动过程中只有重力对其做功摆球在运动过程中只有重力对其做功,故其机械能守恒故其机械能守恒.答案答案:变大变大不变不变对于单摆的两点说明对于单摆的两点说明(1)
11、平衡位置平衡位置:摆球静止时摆球静止时,摆线拉力与小球所受重力平衡的位置摆线拉力与小球所受重力平衡的位置,并不是指摆动过程中受力平衡的位置并不是指摆动过程中受力平衡的位置.实际上实际上,在摆动过程中在摆动过程中,摆摆球受力不可能平衡球受力不可能平衡.(2)回复力回复力:由摆球受到的重力沿圆弧切线方向的分力由摆球受到的重力沿圆弧切线方向的分力F=mgsin提供提供,回复力不是重力与摆线拉力的合力回复力不是重力与摆线拉力的合力.探究探究二二单摆的周期单摆的周期问题情境问题情境(一一)探究影响单摆周期的因素时采用如图所示的实验装置探究影响单摆周期的因素时采用如图所示的实验装置,铁架铁架台的横梁上固定
12、两个单摆台的横梁上固定两个单摆,按照以下几种探究情况进行实验按照以下几种探究情况进行实验,测测量数据填写在表格里量数据填写在表格里.通过数据分析得出相关结论通过数据分析得出相关结论.(实验都在小实验都在小偏角下进行偏角下进行)1.两摆的摆球质量、摆长相同两摆的摆球质量、摆长相同,摆角和振幅不同摆角和振幅不同.提示提示:测量数据据实填写测量数据据实填写.分析数据可得在摆球质量、摆长分析数据可得在摆球质量、摆长相同时相同时,单摆的周期与摆角和振幅无关单摆的周期与摆角和振幅无关.单摆单摆 摆角摆角 时间时间 全振动次数全振动次数 周期周期结论结论a4b22.两摆的摆长、振幅相同两摆的摆长、振幅相同,
13、摆球质量不同摆球质量不同.单摆单摆质量质量时间时间 全振动次数全振动次数 周期周期结论结论a500gb1000g提示提示:测量数据据实填写测量数据据实填写.分析数据可得在摆球的摆长、分析数据可得在摆球的摆长、振幅相同时振幅相同时,单摆的周期与摆球质量无关单摆的周期与摆球质量无关.3.两摆的振幅、摆球质量相同两摆的振幅、摆球质量相同,摆长不同摆长不同.单摆单摆摆长摆长时间时间 全振动次数全振动次数 周期周期结论结论a50cmb100cm提示提示:测量数据据实填写测量数据据实填写.分析数据可得在摆球的振幅、摆球质分析数据可得在摆球的振幅、摆球质量相同时量相同时,单摆的周期与摆长有关单摆的周期与摆长
14、有关,摆长越大摆长越大,周期越长周期越长.(二二)某同学探究单摆周期与摆长之间的关系时某同学探究单摆周期与摆长之间的关系时,改变摆长改变摆长l,并测并测出对应的周期出对应的周期T,测量的数据如下表测量的数据如下表.实验次数实验次数12345678摆长摆长l/m0.300.400.500.600.700.800.901.00周期周期T/s1.11.31.41.61.71.81.92.04.根据表中实验数据根据表中实验数据,能否看出周期与摆长之间有何关系能否看出周期与摆长之间有何关系?答案答案:根据表中的数据可以看出根据表中的数据可以看出,随着摆长的增大随着摆长的增大,周期也增大周期也增大,但无法
15、确定具体的函数关系但无法确定具体的函数关系.5.请在坐标纸上画出请在坐标纸上画出T-l图像图像,图线是什么形状图线是什么形状?能否看出周期能否看出周期与摆长之间有何关系与摆长之间有何关系?答案答案:在坐标纸上画出在坐标纸上画出T-l的图像如图所示的图像如图所示,图线是一条曲线图线是一条曲线,表表明单摆的周期随摆长的增大而增大明单摆的周期随摆长的增大而增大,但增大得越来越慢但增大得越来越慢,不能看不能看出周期与摆长之间的函数关系出周期与摆长之间的函数关系.6.该同学计算出了表中周期数值的二次方该同学计算出了表中周期数值的二次方,请在坐标纸上画出请在坐标纸上画出T2-l图像图像,该图线又是什么形状
16、该图线又是什么形状?能否看出周期与摆长之间有何关系能否看出周期与摆长之间有何关系?实验次数实验次数12345678摆长摆长l/m0.300.400.500.600.700.800.901.00周期的二次周期的二次方方T2/s21.211.691.962.562.893.243.614.0答案答案:在坐标纸上画出在坐标纸上画出T2-l图像如图所示图像如图所示,图线延长后是一条过图线延长后是一条过原点的直线原点的直线,表明单摆周期的二次方与摆长成正比表明单摆周期的二次方与摆长成正比,即单摆做简即单摆做简谐运动的周期谐运动的周期T与摆长与摆长l的二次方根成正比的二次方根成正比.过程建构过程建构【典例【典例2】有一单摆】有一单摆,其摆长其摆长l=1.02m,摆球的质量摆球的质量m=0.10kg,已已知单摆做简谐运动知单摆做简谐运动,单摆单摆30次全振动所用的时间次全振动所用的时间t=60.8s.(1)求当地的重力加速度大小求当地的重力加速度大小.(2)如果将这个单摆改为秒摆如果将这个单摆改为秒摆(周期为周期为2s),那么摆长应怎样改变那么摆长应怎样改变?改变多少改变多少?答案答案:(1)9.8
