2018-2019高中物理 第十一章 機(jī)械振動(dòng) 第4節(jié) 單擺課件 新人教版選修3-4.ppt

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1、第十一章,機(jī)械振動(dòng),第四節(jié) 單擺,課 前 預(yù) 習(xí),1單擺 在細(xì)線的一端拴一個(gè)小球，另一端固定在懸點(diǎn)上，如果線的質(zhì)量相對(duì)于______的質(zhì)量以及球的直徑相對(duì)于_________可以忽略，這樣就形成單擺。 2單擺是一個(gè)理想化的模型 (1)在這個(gè)模型里，懸線無彈性、不可_________、沒有_________，小球是_________。 (2)實(shí)際做成的單擺，懸線的伸縮_________，質(zhì)量_________，小球的質(zhì)量_________，直徑與線長相比可忽略，則越接近理想化的單擺。,單擺,球,線長,伸縮,質(zhì)量,質(zhì)點(diǎn),越小,越輕,越大,1回復(fù)力的來源 擺球的重力沿____________方向的分

2、力。 2回復(fù)力的特點(diǎn) 在偏角很小時(shí)，擺球所受的回復(fù)力與它偏離平衡位置的位移成_______，方向總指向____________，即F________ 3運(yùn)動(dòng)規(guī)律 單擺在偏角很小時(shí)做_______運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)圖象遵循________函數(shù)規(guī)律。,單擺的回復(fù)力,圓弧切線,正比,平衡位置,簡諧,正弦,1探究單擺的振幅、質(zhì)量、擺長對(duì)周期的影響 (1)探究方法：_____________法。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 單擺振動(dòng)的周期與擺球質(zhì)量_________。 振幅較小時(shí)周期與振幅_________。 擺長越長，周期_________；擺長越短，周期_________。,單擺的周期,控制變量,無關(guān),無關(guān),越大,

3、越小,刻度尺,游標(biāo)卡尺,擺長,擺長,惠更斯,正比,反比,擺長l,周期T,判一判 (1)制作單擺的細(xì)線不能太長也不能太短，1 m左右為宜。() (2)制作單擺的擺球越大越好。() (3)單擺在任何情況下的運(yùn)動(dòng)都是簡諧運(yùn)動(dòng)。() (4)單擺的回復(fù)力是重力的分力。() (5)單擺的周期與擺球的質(zhì)量無關(guān)。() (6)利用單擺可以測定重力加速度。() (7)單擺的振幅越小，周期越小。(),,,,,,,,選一選 (湖北襄州一中、棗陽一中、宜城一中、曾都一中2016年高二下學(xué)期期中聯(lián)考)單擺的振動(dòng)周期在發(fā)生下述哪些情況中增大() A擺球質(zhì)量增大B擺長減小 C單擺由赤道移到北極D單擺由海平面移到高山頂上,D,

4、想一想 有人利用安裝在氣球載人艙內(nèi)的單擺來確定氣球的高度(如圖)。已知該單擺在海平面處的周期是T0。當(dāng)氣球停在某一高度時(shí)，測得該單擺周期為T，則該氣球此時(shí)離海平面的高度h是多少？(把地球看做質(zhì)量均勻分布的半徑為R的球體),課 內(nèi) 探 究,如圖所示，一根細(xì)線上端固定，下端連接一個(gè)金屬小球，用手使小球偏離豎直方向一個(gè)夾角，然后釋放。 (1)小球受到哪些力的作用？ (2)什么力提供向心力？ (3)什么力提供回復(fù)力？ 提示：(1)小球受細(xì)線的拉力和重力作用。 (2)細(xì)線的拉力和重力沿徑向的分力的合力提供向心力。 (3)重力沿圓弧切線方向的分力提供小球振動(dòng)的回復(fù)力。,探究一對(duì)單擺的回復(fù)力及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的理解

5、,特別提醒：(1)單擺振動(dòng)的回復(fù)力為擺球重力沿圓弧切線方向的分力，回復(fù)力不是擺球所受的合外力。 (2)單擺的擺動(dòng)不一定都是簡諧運(yùn)動(dòng)，只有單擺做小角度(擺角小于5)擺動(dòng)時(shí)才認(rèn)為是簡諧運(yùn)動(dòng)。,將一個(gè)擺長為l的單擺放在一個(gè)光滑的、傾角為的斜面上，其擺角為，如圖所示，下列說法正確的是() A擺球做簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力為Fmgsinsin B擺球做簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力為Fmgsin C擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)合力為零 D擺球在運(yùn)動(dòng)過程中，經(jīng)過平衡位置時(shí)，線的拉力為Fmgsin 解題指導(dǎo)：將重力準(zhǔn)確分解到沿斜面方向是解題的關(guān)鍵。,A,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1(北京大學(xué)附中河南分校2016年高二下學(xué)期期中)關(guān)于單擺振動(dòng)過程中的受力，下

6、列正確的說法是() A重力和擺線對(duì)擺球拉力的合力總是指向懸點(diǎn) B回復(fù)力是重力和擺線對(duì)擺球拉力的合力 C回復(fù)力是重力沿切線方向的分力；重力的另一分力小于或等于擺線拉力 D回復(fù)力是重力沿切線方向的分力；重力的另一分力與擺線拉力平衡 解析：重力豎直向下，擺線對(duì)擺球的拉力總是指向懸點(diǎn)，故合力不總是指向懸點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；重力的切向分量提供回復(fù)力，徑向分力和細(xì)線拉力的合力提供向心力，故重力的另一分力小于或等于擺線拉力，故B錯(cuò)誤，C正確，D錯(cuò)誤。,C,2013年6月20日，中國首位“太空教師”王亞平在“天宮一號(hào)”內(nèi)進(jìn)行了授課。假設(shè)王亞平將一個(gè)擺鐘(如圖)帶到空間站內(nèi)，則該擺動(dòng)的鐘擺周期如何變化？ 提示：在空間

7、站內(nèi)擺球完全失重，回復(fù)力為零，等效值g0，擺球不擺動(dòng)了，周期無窮大。,探究二對(duì)單擺周期公式的理解及應(yīng)用,一個(gè)單擺的擺長為l，在其懸點(diǎn)O的正下方0.19l處有一釘子P(如圖所示)，現(xiàn)將擺球向左拉開到A，使擺線偏角<5，放手后使其擺動(dòng)，擺動(dòng)到B的過程中擺角也小于5，求出單擺的振動(dòng)周期。 解題指導(dǎo)：單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的擺長有所變化，它的周期為兩個(gè)不同單擺的半周期的和。,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2(陜西省西安一中2017年高二下學(xué)期月考)一個(gè)單擺，在第一個(gè)行星上的周期為T1，在第二個(gè)行星上的周期為T2，若這兩個(gè)行星的質(zhì)量之比為M1M241，半徑之比R1R221，則周期比：() AT1T211BT1T241 CT1T221

8、DT1T212,A,某同學(xué)利用如圖所示的裝置測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?(1)測量周期從什么位置開始計(jì)時(shí)？ (2)采用什么樣的方法處理數(shù)據(jù)較好？ 提示：(1)小球通過最低位置時(shí) (2)圖象法,探究三實(shí)驗(yàn)：用單擺測定重力加速度,3數(shù)據(jù)處理： (1)平均值法：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(jì)如下所示實(shí)驗(yàn)表格,(河南鄭州一中網(wǎng)校2016年高二下學(xué)期期中聯(lián)考)在做“用單擺測定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用擺長l和周期T計(jì)算重力加速度的公式是g________。若已知擺球直徑為2.00cm，讓刻度尺的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)擺線的懸點(diǎn)，擺線豎直下垂，如圖甲所示，則單擺擺長是______

9、___m。若測定了40次全振動(dòng)的時(shí)間如圖乙中秒表所示，則秒表讀數(shù)是_________s，單擺擺動(dòng)周期是_________。,0.8750,75.2,1.88s,為了提高測量精度，需多次改變l值，并測得相應(yīng)的T值?，F(xiàn)將測得的六組數(shù)據(jù)標(biāo)示在以l為橫坐標(biāo)，以T2為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系上，即圖中用“”表示的點(diǎn)，則：,(1)單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足的條件是__________________。 (2)試根據(jù)圖中給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)作出T2和l的關(guān)系圖線，根據(jù)圖線可求出g_________________m/s2。(結(jié)果取兩位有效數(shù)字),擺角小于5,9.8(9.9也正確),解題指導(dǎo)：秒表的長針是秒針，轉(zhuǎn)一周是30s。因?yàn)闄C(jī)

10、械停表采用齒輪傳動(dòng)，指針不可能停留在兩小格之間，所以不能估讀出比0.1s更短的時(shí)間。位于停表上部中間的小圓圈里面的短針是分針，分針走一圈是15min，每小格為0.5min。讀數(shù)：t短針讀數(shù)(t1)長針讀數(shù)(t2)。,對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3(江蘇省揚(yáng)州市2018屆高三上學(xué)期期末)在“探究單擺的周期與擺長關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，擺球在垂直紙面的平面內(nèi)擺動(dòng)，如圖甲所示，在擺球運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)的左、右兩側(cè)分別放置一激光光源與光敏電阻。光敏電阻(光照時(shí)電阻比較小)與某一自動(dòng)記錄儀相連，該儀器顯示的光敏電阻阻值R隨時(shí)間t變化圖線如圖乙所示，則該單擺的振動(dòng)周期為_________。若保持懸點(diǎn)到小球頂點(diǎn)的繩長不變，改用直徑是原小球直徑2倍的另一小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則該單擺的周期將_________(選填“變大”“不變”或“變小”)。,2t0,變大,素 養(yǎng) 提 升,在不同的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，單擺周期公式中的g應(yīng)理解為等效重力加速度，其大小等于單擺相對(duì)系統(tǒng)靜止時(shí)的擺線拉力與擺球質(zhì)量的比值。,不同系統(tǒng)中的等效重力加速度,如圖所示的幾個(gè)相同單擺在不同條件下，關(guān)于它們的周期關(guān)系，其中判斷正確的是() AT1T2T3T4BT1T2T3T4DT1