购买

¥ 25.0

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 2013年鲁科物理选修3-4同步课件:第1章第3节单摆

2013年鲁科物理选修3-4同步课件:第1章第3节单摆.ppt

2013年鲁科物理选修3-4同步课件:第1章第3节单摆

教育文库
2018-11-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2013年鲁科物理选修3-4同步课件:第1章第3节单摆ppt》,可适用于高中教育领域

第节 单摆课前自主学案核心要点突破课堂互动讲练课标定位知能优化训练第节 课标定位学习目标:知道什么是单摆理解单摆做简谐运动的条件和单摆振动的特点..知道影响单摆周期的主要因素掌握单摆周期公式并能用其进行有关计算..会用单摆测重力加速度.重点难点:对单摆回复力的分析..单摆周期公式的理解及其应用.一、单摆的运动.单摆()单摆:如图--所示把一根细线上端固定下端拴一小球线的与球的可以忽略不计这样的装置就叫单摆它是实际摆的理想化模型.图--质量大小()实际摆看成单摆的条件①摆线的与摆线长度相比小得多②悬线的质量与摆球质量相比得多③摆球的与摆线长度相比小得多..单摆摆球的受力分析()回复力的来源:摆球的重力沿圆弧切线方向的.形变量小大小分力平衡位置简谐()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正比方向总指向即F=-eqf(mg,l)x()运动规律:单摆在偏角很小时做运动其振动图象遵循正弦(或余弦)函数规律.思考感悟单摆做简谐运动当摆球运动到平衡位置时摆球是处于平衡状态吗?提示:不是.简谐运动回复力为零的位置叫平衡位置.单摆简谐运动的回复力是摆球所受重力沿切线方向的分力或者说是摆球所受合力沿切线方向的分力摆球所受合力在法线方向(摆线方向)的分力提供摆球做圆周运动的向心力.即当摆球运动到平衡位置时只有回复力为零而不是合外力为零所以摆球运动到平衡位置时不是处于平衡状态.二、单摆的周期.探究影响单摆周期的因素()探究方法:法.()实验结论①单摆周期与摆球质量.②单摆周期与振幅.③单摆的摆长越长周期摆长越短周期.控制变量无关无关越长越小.单摆的周期公式()周期公式是荷兰物理学家首先提出的.()单摆的等时性:单摆做简谐运动时其周期与无关.()公式:T=即T与摆长l的二次方根成与重力加速度g的二次方根成.惠更斯振幅正比反比πeqr(f(l,g))等时摆长摆长振动周期()应用:计时器(摆钟)①原理:单摆的性.②校准:调节可调节钟表的快慢.三、利用单摆测定重力加速度由T=πeqr(f(l,g))得g=eqf(πl,T)即只要精确测出单摆的和就可以求出当地的重力加速度的值.一、单摆做简谐运动的条件判断单摆是否做简谐运动可分析摆球的受力情况看回复力是否符合F=-kx的特点如图--图--.在任意位置P有向线段eqo(OP,sup(→))为此时的位移x重力G沿圆弧切线的方向的分力G=Gsinθ提供摆球以O点为中心做往复运动的回复力..在摆角很小时sinθ≈θ=eqf(x,l)G=Gsinθ=eqf(mg,l)xG方向与摆球位移方向相反所以回复力表示为F回=-G=-eqf(mgx,l)令k=eqf(mg,l)则F回=-kx因此在摆角θ很小时单摆做简谐运动.(摆角一般不超过°)特别提醒:()单摆振动的回复力为摆球重力沿圆弧切线方向的分力回复力不是摆球所受的合外力.()单摆的摆动不一定都是简谐运动只有单摆做小角度(摆角小于°)摆动时才认为是简谐运动.二、对单摆周期公式T=πeqr(f(l,g))的理解由公式T=πeqr(f(l,g))知某单摆做简谐运动(摆角小于°)的周期与其摆长l和当地重力加速度g有关而与振幅和摆球的质量无关故又叫单摆的固有周期..摆长()实际的单摆摆球不可能是质点所以摆长应为从悬点到摆球球心的长度,即l=l线+eqf(d,),l线为摆线长d为摆球的直径.()等效摆长在实际问题中有些摆的构造与单摆不完全相同我们可以将其等效为单摆其等效摆长为摆球圆弧运动的圆心到摆球重心的距离.①如图--中摆球可视为质点各段绳长均为l甲、乙摆球做垂直纸面的小角度摆动丙图中球在纸面内做小角度摆动O′为垂直纸面的钉子而且OO′=eqf(l,)求各摆的周期.图--甲:等效摆长l′=lsinαT甲=πeqr(f(lsinα,g))乙:等效摆长l′=lsinα+lT乙=πeqr(f(lsinα+,g))丙:摆线摆到竖直位置时圆心就由O变O′摆球振动时半个周期摆长为l另半个周期摆长为(l-eqf(l,))即为eqf(,)l则单摆丙的周期为T丙=πeqr(lg)+πeqr(f(l,g))②如图丁所示小球在光滑的半径较大的圆周上做小幅度(θ很小)的圆周运动时可等效为单摆小球在A、B间做简谐运动周期T=πeqr(f(R,g)).等效重力加速度不一定等于ms()g由单摆所在的空间位置决定.由g=Geqf(M,R)知g随所在地球表面的位置和高度的变化而变化而且纬度越低高度越高g的值就越小另外在不同星球上g也不同.()g还由单摆系统的运动状态决定如单摆处在向上加速的升降机中设加速度为a则摆球处于超重状态沿圆弧的切向分力变大则重力加速度的等效值g′=(g+a)若升降机加速下降则g′=(g-a).即时应用(即时突破小试牛刀)如图--所示三根长为l的绳小球的直径为d两绳与天花板的夹角α<°若摆球在纸面内做小角度的左右摆动则此摆的摆动周期为若摆球做垂直纸面的小角度摆动则此摆的摆动周期为.图--解析:摆球左右摆动摆动圆弧的圆心在O处故等效摆长为l+eqf(d,)周期T=πeqr(f(l+f(d,),g))若摆球做垂直纸面的小角度摆动则摆动圆弧的圆心在O上故等效摆长为l+lsinα+eqf(d,)其周期为T=πeqr(f(l+lsinα+f(d,),g))答案:πeqr(f(l+f(d,),g)) πeqr(f(l+lsinα+f(d,),g))三、利用单摆测定重力加速度.实验原理:单摆在摆角很小时由单摆周期公式T=πeqr(f(l,g))得g=eqf(πl,T)所以只要测得单摆的摆长l和振动周期T就可以测出当地重力加速度..实验器材:铁架台及铁夹金属小球(最好上面有一个通过球心的小孔)、秒表、细线(m左右)、刻度尺(分度值为mm)、游标卡尺..实验步骤()做单摆:让线的一端穿过小球的小孔然后打一个比小孔大一些的结.把线的上端用铁夹固定在铁架台上并把铁架台放在实验桌边使铁夹伸到桌面以外让摆球自由下垂在单摆平衡位置处作上标记.()测摆长:用刻度尺量出悬线长l′精确到毫米用游标卡尺测量出摆球的直径D精确到毫米则l=l′+eqf(D,)即为单摆的摆长.()测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度且满足偏角小于°然后释放摆球当单摆摆动稳定后在过平衡位置时用秒表开始计时测量~次全振动的时间.计算出摆动一次的平均时间即为单摆的振动周期T()改变摆长重复以上实验获取多组l、T数据..数据处理()平均值法:利用g=eqf(πl,T)计算各组数据的重力加速度值然后求g的平均值.()图象法:分别以l和T为纵坐标和横坐标,作出l=eqf(g,π)T的图象它应该是过原点的一条直线根据这条直线可以求出斜率k则重力加速度值g=πk.注意事项()细线的质量和弹性要小要选用体积小、密度大的小球.()单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上应夹紧在铁夹中以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象.()摆长是悬点到球心的距离等于摆线长加上小球半径.()摆球摆动时要使之保持在同一个竖直平面内.()计算单摆的振动次数时应从摆球通过最低位置时开始计时以后摆球应从同一方向通过最低点时计数要多测几次(如次或次)全振动的时间用取平均值的办法求周期..误差分析()系统误差:主要来源于单摆模型本身是否符合要求即悬点是否固定球、线是否符合要求振动是否在同一竖直平面内等.()偶然误差:主要来自时间和长度测量上因此要从摆球通过平衡位置开始计时不能多计或漏计振动次数.减小偶然误差通常采用两种方法:①多次测量求平均值法②图象法..在“用单摆测定重力加速度”的实验中()一位同学将摆挂起后进行了如下步骤:A.测摆长l:用米尺量出摆线的长度B.测周期T:将摆球拉起然后放开在摆球某次通过最低点时按下秒表开始计时同时将此次通过最低点作为第次接着一直数到摆球第次通过最低点时按下秒表停止计时读出这段时间t算出单摆的周期T=eqf(t,)摆长lm周期TsC将所测得的l和T代入单摆的周期公式T=πeqr(f(l,g))算出g将它作为实验的最后结果写入报告中去.指出上面步骤中遗漏或错误的地方写出该步骤的字母并加以改正(不要求进行误差计算).()另一位同学用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据:①利用上述数据在坐标图--中描出l-T图象②利用图象取T=×πs=s求出重力加速度.图--解析:()A摆长应为悬点到球心的距离所以应用游标尺测球的直径d则摆长等于摆线长加上eqf(d,)B.将摆球拉起时应使偏离竖直方向的角度较小同时第次通过最低点且首次经过计数为题中的这段时间应为eqf(,)个全振动故单摆的周期T=eqf(t,)C.为减小测量误差应测量多次然后取g的平均值作为实验的最后结果答案:()见解析 ()①见解析 ②ms()①图象如图所示:②由图象中读出当T=s时l=m则重力加速度g=eqf(πl,t)=eqf(π×,×π)ms=ms关于单摆的说法正确的是(  )A.单摆摆球从平衡位置运动到正的最大位移处时的位移为A(A为振幅)从正的最大位移处运动到平衡位置时的位移为-AB.单摆摆球的回复力等于摆球所受的合外力C.单摆摆球的回复力是摆球重力沿运动轨迹切线方向的分力D.单摆摆球经过平衡位置时合外力为零【精讲精析】 简谐运动中的位移是以平衡位置作为起点摆球在正向最大位移处时位移为A在平衡位置时位移应为零.摆球的回复力由合外力沿圆弧切线方向的分力(等于重力沿圆弧切线方向的分力)提供合外力沿摆线方向的分力提供向心力.摆球经最低点(振动的平衡位置)时回复力为零,但向心力不为零所以合外力不为零(摆球到最高点时向心力为零回复力最大合外力也不为零),故C正确.【答案】 C【方法总结】 对单摆的摆动过程的动力学分析首先要搞清单摆的运动既有往复性摆动又有绕悬点的圆周运动搞清单摆回复力和向心力的来源.变式训练 关于单摆摆球在运动过程中的受力下列结论正确的是(  )A.摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心力作用B.摆球的回复力最大时向心力为零回复力为零时向心力最大C.摆球的回复力最大时摆线中的张力大小比摆球的重力大D.摆球的向心力最大时摆球的加速度方向沿摆球的运动方向解析:选B单摆在运动过程中摆球受重力和摆线的拉力故A错.重力垂直于摆线的分力提供回复力.当回复力最大时摆球在最大位移处速度为零向心力为零则拉力小于重力在平衡位置处回复力为零速度最大向心力最大摆球的加速度方向沿摆线指向悬点故C、D错B对.有一单摆其摆长l=m摆球的质量m=kg已知单摆做简谐运动单摆振动次用的时间t=s试求:()当地的重力加速度是多大?()如果将这个摆改为秒摆摆长应怎样改变?改变多少?【精讲精析】 ()当单摆做简谐运动时其周期公式T=πeqr(f(l,g))由此可得g=eqf(πl,T)只要求出T值代入即可.因为T=eqf(t,n)=eqf(,)s=s所以g=eqf(πl,T)=eqf(××,)ms=ms【答案】 ()ms ()其摆长要缩短m()秒摆的周期是s设其摆长为l由于在同一地点重力加速度是不变的根据单摆的振动规律有:eqf(T,T)=eqr(f(l,l))故有:l=eqf(Tl,T)=eqf(×,)m=m其摆长要缩短Δl=l-l=m-m=m【题后反思】 单摆的周期公式T=πeqr(f(l,g))是在当单摆的最大偏角小于°单摆的振动是在简谐运动的条件下才适用的改变单摆的摆长能改变单摆的周期同一单摆在重力加速度不同的两地周期也不相同.单摆的周期与单摆的振幅无关与摆球的质量也无关另外根据周期公式的变形式g=eqf(πl,T)还可以测重力加速度.如图--所示光滑圆弧槽半径为RA为最低点C到A的距离远小于R若同时释放小球B、C要使两小球B和C在A点相遇(小球B和C可视为质点)问:小球B到A点的距离H应满足什么条件?图--【自主解答】 因为小球C到A的距离远小于R所以C球沿圆弧做简谐运动此运动与一个摆长为R的单摆振动模型相同故其等效摆长为RC球开始释放至到达A点经历的时间最短为eqf(T,)也可能是eqf(,)T或eqf(,)T…即tc=eqf(T,)(n+)(n=,,…)其中T=πeqr(f(R,g))B球达到A点经历的时间tB=eqr(f(H,g))两球相遇时tC=tB所以eqr(f(H,g))=eqf(T,)(n+)=eqf(πn+,)eqr(f(R,g))故H应满足H=eqf(πn+R,)(n=,,…).【答案】 H=eqf(πn+R,)(n=,,…).【方法总结】 ()单摆模型指符合单摆规律的运动模型.满足条件:①圆弧运动②小角度摆动③回复力F=-kx()首先确认符合单摆模型条件然后寻找等效摆长l及等效加速度g最后利用公式T=πeqr(f(l,g))或简谐运动规律分析求解问题.变式训练 如图--所示光滑槽的半径R远大于小球运动的弧长今有两个小球(视为质点)同时由静止释放其中甲球开始离圆槽最低点O较远些则它们第一次相遇的地点是在(  )图--A.O点B.O点偏左C.O点偏右D.无法确定因为两小球的质量关系未知解析:选A因为槽半径R远大于小球运动的弧长所以小球的运动可看成单摆模型.由T=πeqr(f(R,g))知两球经eqf(,)T在最低点O相遇选项A正确.

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/47

2013年鲁科物理选修3-4同步课件:第1章第3节单摆

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利