2019版高中物理 單擺課件 魯科版選修3-4.ppt

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,,高中物理·選修3-4·魯教版,,,第3講 單擺,[目標定位] 1.知道什么是單擺.2.理解偏角很小時單擺的振動是簡諧運動.3.知道單擺的周期跟什么因素有關(guān)，了解單擺的周期公式并能用它進行計算.4.會用單擺測定重力加速度．,一、單擺的運動 1．單擺：把一根細線上端固定，下端拴一個小球，線的質(zhì)量和球的大小可以 ，這個裝置叫做單擺．單擺是一種 模型． 2．單擺的回復力：在擺角很小的情況下，單擺所受回復力的大小與擺球位移的大小成 ，方向與擺球位移的方向 ．因此，在擺角很小的條件下，單擺的振動可近似看成 運動．,忽略不計,理想,正比,相反,簡諧,想一想 單擺的回復力是否就是單擺所受的合外力？ 答案 不是．單擺的運動可看作是變速圓周運動，其重力可分解為沿懸線方向的分力和沿圓弧切線方向的分力，重力沿圓弧切線方向的分力是使擺球沿圓弧振動的回復力．,振幅,正比,反比,惠更斯,擺長,重力加速度,質(zhì)量,,,周期,擺長,,,一、單擺及單擺的回復力 1．單擺 (1)單擺是實際擺的理想化模型 (2)實際擺看作單擺的條件 ①擺線的形變量與擺線長度相比小得多 ②懸線的質(zhì)量與擺球質(zhì)量相比小得多 ③擺球的直徑與擺線長度相比小得多,圖1－3－1,注意：(1)單擺經(jīng)過平衡位置時，回復力為零，但合外力不為零． (2)單擺的回復力為小球受到的重力沿切線方向的分力，而不是小球受到的合外力．,【例1】 對于單擺的振動，以下說法中正確的是 ( ) A．單擺振動時，擺球受到的向心力大小處處相等 B．單擺運動的回復力就是擺球受到的合力 C．擺球經(jīng)過平衡位置時所受回復力為零 D．擺球經(jīng)過平衡位置時所受合外力為零,解析 單擺振動過程中受到重力和細線拉力的作用，把重力沿切向和徑向分解，其切向分力提供回復力，細線拉力與重力的徑向分力的合力提供向心力，向心力大小為mv2/l，可見最大偏角處向心力為零，平衡位置處向心力最大，而回復力在最大偏角處最大，平衡位置處為零．故應選C. 答案 C,借題發(fā)揮 單擺振動的回復力是重力在切線方向的分力，或者說是擺球所受合外力在切線方向的分力．擺球所受的合外力在擺線方向的分力作為擺球做圓周運動的向心力，所以并不是合外力完全用來提供回復力．因此擺球經(jīng)過平衡位置時，只是回復力為零，而不是合外力為零(此時合外力提供擺球做圓周運動的向心力)．,3．對周期公式的理解 (1)單擺的周期公式在單擺偏角很小時成立(θ＜5°，偏角為5°時，由周期公式算出的周期和精確值相差0.01%)． (2)公式中l(wèi)是擺長，即懸點到擺球球心的距離l＝l線＋r球． (3)公式中g(shù)是單擺所在地的重力加速度，由單擺所在的空間位置決定． (4)周期T只與l和g有關(guān)，與擺球質(zhì)量m及振幅無關(guān)．所以單擺的周期也叫固有周期．,,,,(5)把此單擺從平衡位置拉開一個角度，并使這個角小于等于5°，再釋放小球．當擺球擺動穩(wěn)定以后，過最低點位置時，用秒表開始計時，測量單擺全振動30次(或50次)的時間，求出一次全振動的時間，即單擺的振動周期． (6)改變擺長，反復測量幾次，將數(shù)據(jù)填入表格．,圖1－3－2,注意：(1)選擇材料時應選擇細而不易伸長的線，長度一般為1 m左右．小球應選用質(zhì)量大、體積小的金屬球． (2)擺動時控制擺線偏離豎直方向的角度應很小(θ＜5°)． (3)擺球擺動時，要使之保持在同一個豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺． (4)計算單擺的振動次數(shù)時，應以擺球通過最低點位置時開始計時，以擺球從同一方向通過最低點時計數(shù)，要多測幾次(如30次或50次)全振動的時間，并用取平均值的辦法求周期．,【例3】 甲乙兩個學習小組分別利用單擺測量重力加速度． (1)甲組同學采用圖1－3－3甲所示的實驗裝置． 圖1－3－3,①為比較準確地測量出當?shù)刂亓铀俣鹊臄?shù)值，除秒表外，在下列器材中，還應該選用________；(用器材前的字母表示) a．長度接近1 m的細繩 b．長度為30 cm左右的細繩 c．直徑為1.8 cm的塑料球 d．直徑為1.8 cm的鐵球 e．最小刻度為1 cm的米尺 f．最小刻度為1 mm的米尺,②該組同學先測出懸點到小球球心的距離L，然后用秒表測出單擺完成n次全振動所用的時間t.請寫出重力加速度的表達式g＝________.(用所測物理量表示) ③在測量擺長后，測量周期時，擺球振動過程中懸點O處擺線的固定出現(xiàn)松動，擺長略微變長，這將會導致所測重力加速度的數(shù)值________．(選填“偏大”、“偏小”或“不變”),(2)乙組同學在圖1－3－3甲所示裝置的基礎上再增加一個速度傳感器，如圖乙所示．將擺球拉開一小角度使其做簡諧運動，速度傳感器記錄了擺球振動過程中速度隨時間變化的關(guān)系，如圖丙所示的v－t圖線． 圖1－3－3,①由圖丙可知，該單擺的周期T＝________s； ②更換擺線長度后，多次測量，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，利用計算機作出T2－L(周期平方－擺長)圖線，并根據(jù)圖線擬合得到方程T2＝4.04L.由此可以得出當?shù)氐闹亓铀俣萭＝_____m/s2.(取π2＝9.86，結(jié)果保留3位有效數(shù)字),,