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高中物理 第11章 第4节 单摆课件 新人教版选修3-4

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高中物理 第11章 第4节 单摆课件 新人教版选修3-4成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·选修3-4机械振动第十一章第四节 单 摆第十一章学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课时作业6学习目标定位※了解单摆的组成及单摆回复力的推导※※理解单摆周期公式并能用于计算※※会用单摆测定重力加速度课堂情景切入你荡过秋千吗?你观察过秋千在摆动时的特点吗?知识自主梳理1.单摆在细线的一端拴一个小球,另一端固定在悬点上,如果线的质量相对于______的质量以及球的直径相对于______可以忽略,这样就形成单摆。2.单摆是一个理想化的模型...

高中物理 第11章 第4节 单摆课件 新人教版选修3-4
成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·选修3-4机械振动第十一章第四节 单 摆第十一章学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课时作业6学习目标定位※了解单摆的组成及单摆回复力的推导※※理解单摆周期公式并能用于计算※※会用单摆测定重力加速度课堂情景切入你荡过秋千吗?你观察过秋千在摆动时的特点吗?知识自主梳理1.单摆在细线的一端拴一个小球,另一端固定在悬点上,如果线的质量相对于______的质量以及球的直径相对于______可以忽略,这样就形成单摆。2.单摆是一个理想化的模型(1)在这个模型里,悬线无弹性、不可_____、没有_____,小球是______。(2)实际做成的单摆,悬线的伸缩______,质量______,小球的质量______,直径与线长相比可忽略,则越接近理想化的单摆。单摆球线长伸缩质量质点越小越轻越大单摆的回复力圆弧切线正比平衡位置简谐正弦1.探究单摆的振幅、质量、摆长对周期的影响(1)探究方法:__________法。(2)实验结论:①单摆振动的周期与摆球质量__________。②振幅较小时周期与振幅__________。③摆长越长,周期_______;摆长越短,周期_______。单摆的周期控制变量无关无关越大越小刻度尺游标卡尺摆长摆长3.周期公式(1)公式的提出:周期公式是荷兰物理学家__________首先提出的。(2)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__________。惠更斯正比反比摆长l周期T重点难点突破一、单摆的回复力及运动特征1.回复力来源单摆的回复力是重力沿圆弧切向的分力F=mgsinθ提供的。特别提醒:(1)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。(2)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5°)摆动时才认为是简谐运动。关于单摆,下列说法中正确的是(  )A.摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置B.摆球受到的回复力是它的合力C.摆球经过平衡位置时,所受的合力为零D.摆角很小时,摆球受的合力的大小跟摆球对平衡位置的位移大小成正比答案:A解析:单摆的回复力不是它的合力,而是重力沿圆弧方向的分力;当摆球运动到平衡位置时,回复力为零,但合力不为零,因为小球还有向心力,方向指向悬点(即指向圆心);另外摆球所受的合力与位移大小不成正比。2013年6月20日,中国首位“太空教师”王亚平在“天宫一号”内进行了授课。假设王亚平将一个摆钟(如图)带到空间站内,则该摆动的钟摆周期如何变化?答案:在空间站内摆球完全失重,回复力为零,等效值g′=0,摆球不摆动了,周期无穷大。3.实验器材铁架台及铁夹;中心有小孔的金属小球;约1m长的细线;停表;米尺;游标卡尺。4.实验步骤(1)让线的一端穿过小球的小孔,然后打一个比小孔大一些的线结,做成单摆。(2)把线的上端用铁夹固定在铁架台上,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,在单摆平衡位置处做上标记,如图所示。(3)用米尺测摆线长,用游标卡尺测小球直径d或直接用米尺测量单摆的摆长(悬点到球心间的距离)。(4)把单摆从平衡位置拉开一个很小的角度(不超过5°),然后放开小球让它摆动,用停表测出单摆完成30~50次全振动的时间,计算出平均完成一次全振动的时间,这个时间就是单摆的振动周期。(5)改变摆长,重做几次实验。(6)根据单摆的周期公式,计算出每次实验的重力加速度,求出几次实验得到的重力加速度的平均值,即是本地区的重力加速度的值。(7)将测得的重力加速度数值与当地重力加速度数值加以比较,分析产生误差的可能原因。5.注意事项(1)选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线,长度一般在1m左右,小球应选用密度较大的金属球,直径应较小,最好不超过2cm。(2)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。(3)注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°,可通过估算振幅的办法掌握。(4)摆球振动时,要使之保持在同一个竖直平面内,不要形成圆锥摆。(5)计算单摆的振动次数时,应以摆球通过最低位置时开始计时,以后摆球从同一方向通过最低位置时进行计数,且在数“零”的同时按下停表,开始计时计数。考点题型设计一个单摆的摆长为l,在其悬点O的正下方0.19l处有一钉子P(如图所示),现将摆球向左拉开到A,使摆线偏角θ<5°,放手后使其摆动,摆动到B的过程中摆角也小于5°,求出单摆的振动周期。单摆的周期如图所示,单摆甲放在空气中,周期为T甲;单摆乙放在以加速度a向下加速的电梯中,周期为T乙;单摆丙带正电,放在匀强磁场B中,周期为T丙;单摆丁带正电,放在匀强电场E中,周期为T丁,那么(  )A.T甲>T乙>T丁>T丙  B.T乙>T甲=T丙>T丁C.T丙>T甲>T丁>T乙D.T丁>T甲=T丙>T乙答案:B(昌乐二中2014~2015学年高二下学期期末)在做“用单摆测定重力加速度”的实验时,用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g=________。若已知摆球直径为2.00cm,让刻度尺的零点对准摆线的悬点,摆线竖直下垂,如图甲所示,则单摆摆长是________m。若测定了40次全振动的时间如图乙中秒表所示,则秒表读数是________s,单摆摆动周期是________。用单摆测定重力加速度为了提高测量精度,需多次改变l值,并测得相应的T值。现将测得的六组数据标示在以l为横坐标,以T2为纵坐标的坐标系上,即图中用“·”表示的点,则:(1)单摆做简谐运动应满足的条件是________。(2)试根据图中给出的数据点作出T2和l的关系图线,根据图线可求出g=________m/s2。(结果取两位有效数字)点评:秒表的长针是秒针,转一周是30s。因为机械停表采用齿轮传动,指针不可能停留在两小格之间,所以不能估读出比0.1s更短的时间。位于停表上部中间的小圆圈里面的短针是分针,分针走一圈是15min,每小格为0.5min。读数:t=短针读数(t1)+长针读数(t2)。(厦门市2013~2014学年高二下学期期末)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素。(1)他组装单摆时,在摆线上端的悬点处,用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线,再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧,如图所示。这样做的目的是________(填字母代号)。A.保证摆动过程中摆长不变B.可使周期测量得更加准确C.需要改变摆长时便于调节D.保证摆球在同一竖直平面内摆动(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下,用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度L=0.9990m,再用游标卡尺测量摆球直径,结果如图所示,则该摆球的直径为__________mm,单摆摆长为________________m。(3)下列振动图象真实地描述了对摆长约为1m的单摆进行周期测量的四种操作过程。图中横坐标原点表示计时开始,A、B、C均为30次全振动的图象,已知sin5°=0.087,sin15°=0.26,这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是________(填字母代号)。答案:(1)AC (2)12.0 0.9930 (3)A解析:(1)用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线的目的是保证摆动过程中摆长不变,需要改变摆长时便于调节,选项A、C正确。(2)根据游标卡尺读数规则,摆球直径为12.0mm,单摆摆长为L-d/2=0.9990m-0.0060m=0.9930m。(3)单摆测量周期,必须从平衡位置开始计时,且摆角小于10°,所以合乎实验要求且误差最小的是A。拓展应用惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器,叫摆钟。摆钟运行时克服摩擦所需的能量由重锤势能提供,运动的速率由钟摆控制。旋转钟摆下端的螺母可以使摆上的圆盘沿摆杆上下移动,如图所示,下列说法正确的是(  )A.当摆钟不准时需要调整圆盘位置B.摆钟快了应使圆盘沿摆杆上移C.由冬季变为夏季时应使圆盘沿摆杆上移D.把摆钟从广州移到北京应使圆盘沿摆杆上移答案:AC解析:调整圆盘位置可改变摆长,从而达到调整周期的作用。若摆钟变快,是因为周期变小,应增大摆长即下移圆盘,由冬季变为夏季,摆杆变长,应上移圆盘,从广州到北京,g值变大周期变小,应增加摆长。综上所述,选项A、C正确。
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