物理人教版（2019）选择性必修第一册2.4单摆（共21张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第一册2.4单摆（共21张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 15.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-09 15:00:07 | ||
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文档简介
(共21张PPT)
2.4 单摆
人教版普通高中物理 选择性必修第一册
在人类历史长河中，一直在尝试着去探索、掌握测量时间的方法。日晷、沙漏、水钟等都是古人发明用来测量时间的装置。
1582年，伽利略通过观察教堂里的吊灯，发现了摆的等时性。1656年，惠更斯利用摆的等时性原理，发明了人类历史上第一台摆钟。
惠更斯(ChristiaanHuygens1629—1695)荷兰物理学家、天文学家、数学家，建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了计时器。
摆钟工作时，摆锤在竖直平面内往复运动，摆锤的摆动是否为简谐运动呢？
一、单摆
问题①：什么是单摆？单摆在哪些方面做了理想化处理？
1.定义：柔软、轻质、不可伸长的细线一端固定在悬点，另一端系一个小球，这样的装置就叫做单摆。
2．单摆模型--理想化模型
(1)细线的质量和小球相比______。
(2)小球的____与细线的长度相比可忽略，小球可视为质点。
(3)忽略摆球摆动过程中所受________。
摆长：L=L0+R
想一想：以下摆动模型能否看作单摆，为什么
方法一：分析单摆位移与时间的关系是否满足正弦关系。
方法二：分析单摆的回复力，看回复力与位移是否满足正比、反向的关系。
问题②：单摆摆动时，摆球的运动是简谐运动吗？如何证明？
F=-kx
t
x
o
二、单摆的运动轨迹
【做一做】如图 ，细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器，注射器内装上墨汁。当注射器摆动时，沿着垂直于摆动的方向匀速拖动木板，观察喷在木板上的墨汁图样。
t
x
o
结论：通过图像，可看出墨汁做简谐运动。
三、单摆的回复力
1.平衡位置：最低点O
2.受力分析如图
3.回复力来源：重力沿切线方向的分力
任务--如图为单摆的受力分析图,请回答:单摆的回复力是什么力 能不能说回复力就是摆球所受的合外力 回复力与偏离平衡位置的位移是否满足正比、反向关系
4.单摆的回复力与位移关系：
当 很小时，
若考虑回复力和位移的方向，
当最大摆角很小（θ＜50）时，单摆在竖直面内的摆动可看作是简谐运动。
F回=mgsinθ
猜想？
振幅
质量
摆长
重力加速度
单摆振动的周期与哪些因素有关呢？
实验方法:
控制变量法
四、单摆的周期
实验结论：在同一个地方，单摆周期T与摆球质量和振幅无关，仅与摆长L有关系，且摆长越长，周期越大。
单摆做简谐运动的振动周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比。
1.单摆的周期公式
周期公式：
2.单摆周期公式的理解:
惠更斯于1656年发明了世界上第一个用摆的等时性来计时的时钟。
（1）单摆周期与摆长和重力加速度,摆长有关，与振幅和质量无关。
（2）摆长、重力加速度都一定时，周期和频率也一定，通常称为单摆的固有周期和固有频率。
3.等效摆长和等效重力加速度
①等效摆长:对于各种不同的单摆系统，周期公式中的摆长L的意义是不同的.摆长L是指摆球摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离，而不一定是摆线的长度.
②等效重力加速度为单摆处于静止状态时，摆线的拉力F(相当于视重)与摆球质量的比值，即g等=。有关等效重力加速度的题比较复杂，但只要求出g等就可以求出对应的周期。
以下单摆摆长均为L，试写出其周期公式
以a加速上升的电梯
倾角为ɑ的光滑斜面
处于场强为E的匀强电场中
例题如图所示的几个相同单摆在不同条件下，关于它们的周期关系，其中判断正确的是( )
A．T1>T2>T3>T4 B．T1C．T1>T2＝T3>T4 D．T14.圆锥摆和单摆周期公式的比较
mg
T
F合
T
G
G2
G1
O’
O
θ
单摆
课堂训练
1.一个单摆做小角度摆动，其振动图像如图所示，以下说法正确的是（ ）
A．t1时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小
B．t3时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最大
C．t2时刻摆球速度最大，但加速度不为零
D．t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大
ACD
2.图中O点为单摆的固定悬点，现将摆球(可视为质点)拉至A点，此时细线处于张紧状态，释放摆球，摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动，B点为运动中的最低位置，则在摆动过程中( )
A．摆球在A点和C点处，速度为零，合力也为零B．摆球在A点和C点处，速度为零，回复力也为零C．摆球在B点处，速度最大，回复力也最大D．摆球在B点处，速度最大，向心力也最大
D
3.如图所示，MN为半径较大的光滑圆弧轨道的一部分，把小球A放在MN的圆心处，再把另一小球B放在MN上离最低点C很近的B处，今使两球同时自由释放，则在不计空气阻力时有( )
A．A球先到达C点
B．B球先到达C点
C．两球同时到达C点
D．无法确定哪一个球先到达C点
A
4.图甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置，设摆球向右运动为正方向，图乙是这个单摆的振动图象。根据图象回答：
（1）单摆振动的频率是多大？
（2）若当地的重力加速度为10m/s2，试求这个摆的摆长是多少？（结果保留两位有效数字）
（1）1.25Hz
（2）0.16m
谢谢观赏
2.4 单摆
人教版普通高中物理 选择性必修第一册
在人类历史长河中，一直在尝试着去探索、掌握测量时间的方法。日晷、沙漏、水钟等都是古人发明用来测量时间的装置。
1582年，伽利略通过观察教堂里的吊灯，发现了摆的等时性。1656年，惠更斯利用摆的等时性原理，发明了人类历史上第一台摆钟。
惠更斯(ChristiaanHuygens1629—1695)荷兰物理学家、天文学家、数学家，建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了计时器。
摆钟工作时，摆锤在竖直平面内往复运动，摆锤的摆动是否为简谐运动呢？
一、单摆
问题①：什么是单摆？单摆在哪些方面做了理想化处理？
1.定义：柔软、轻质、不可伸长的细线一端固定在悬点，另一端系一个小球，这样的装置就叫做单摆。
2．单摆模型--理想化模型
(1)细线的质量和小球相比______。
(2)小球的____与细线的长度相比可忽略，小球可视为质点。
(3)忽略摆球摆动过程中所受________。
摆长：L=L0+R
想一想：以下摆动模型能否看作单摆，为什么
方法一：分析单摆位移与时间的关系是否满足正弦关系。
方法二：分析单摆的回复力，看回复力与位移是否满足正比、反向的关系。
问题②：单摆摆动时，摆球的运动是简谐运动吗？如何证明？
F=-kx
t
x
o
二、单摆的运动轨迹
【做一做】如图 ，细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器，注射器内装上墨汁。当注射器摆动时，沿着垂直于摆动的方向匀速拖动木板，观察喷在木板上的墨汁图样。
t
x
o
结论：通过图像，可看出墨汁做简谐运动。
三、单摆的回复力
1.平衡位置：最低点O
2.受力分析如图
3.回复力来源：重力沿切线方向的分力
任务--如图为单摆的受力分析图,请回答:单摆的回复力是什么力 能不能说回复力就是摆球所受的合外力 回复力与偏离平衡位置的位移是否满足正比、反向关系
4.单摆的回复力与位移关系：
当 很小时，
若考虑回复力和位移的方向，
当最大摆角很小（θ＜50）时，单摆在竖直面内的摆动可看作是简谐运动。
F回=mgsinθ
猜想？
振幅
质量
摆长
重力加速度
单摆振动的周期与哪些因素有关呢？
实验方法:
控制变量法
四、单摆的周期
实验结论：在同一个地方，单摆周期T与摆球质量和振幅无关，仅与摆长L有关系，且摆长越长，周期越大。
单摆做简谐运动的振动周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比。
1.单摆的周期公式
周期公式：
2.单摆周期公式的理解:
惠更斯于1656年发明了世界上第一个用摆的等时性来计时的时钟。
（1）单摆周期与摆长和重力加速度,摆长有关，与振幅和质量无关。
（2）摆长、重力加速度都一定时，周期和频率也一定，通常称为单摆的固有周期和固有频率。
3.等效摆长和等效重力加速度
①等效摆长:对于各种不同的单摆系统，周期公式中的摆长L的意义是不同的.摆长L是指摆球摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离，而不一定是摆线的长度.
②等效重力加速度为单摆处于静止状态时，摆线的拉力F(相当于视重)与摆球质量的比值，即g等=。有关等效重力加速度的题比较复杂，但只要求出g等就可以求出对应的周期。
以下单摆摆长均为L，试写出其周期公式
以a加速上升的电梯
倾角为ɑ的光滑斜面
处于场强为E的匀强电场中
例题如图所示的几个相同单摆在不同条件下，关于它们的周期关系，其中判断正确的是( )
A．T1>T2>T3>T4 B．T1
mg
T
F合
T
G
G2
G1
O’
O
θ
单摆
课堂训练
1.一个单摆做小角度摆动，其振动图像如图所示，以下说法正确的是（ ）
A．t1时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最小
B．t3时刻摆球速度为零，悬线对它的拉力最大
C．t2时刻摆球速度最大，但加速度不为零
D．t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大
ACD
2.图中O点为单摆的固定悬点，现将摆球(可视为质点)拉至A点，此时细线处于张紧状态，释放摆球，摆球将在竖直平面内的A、C之间来回摆动，B点为运动中的最低位置，则在摆动过程中( )
A．摆球在A点和C点处，速度为零，合力也为零B．摆球在A点和C点处，速度为零，回复力也为零C．摆球在B点处，速度最大，回复力也最大D．摆球在B点处，速度最大，向心力也最大
D
3.如图所示，MN为半径较大的光滑圆弧轨道的一部分，把小球A放在MN的圆心处，再把另一小球B放在MN上离最低点C很近的B处，今使两球同时自由释放，则在不计空气阻力时有( )
A．A球先到达C点
B．B球先到达C点
C．两球同时到达C点
D．无法确定哪一个球先到达C点
A
4.图甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置，设摆球向右运动为正方向，图乙是这个单摆的振动图象。根据图象回答：
（1）单摆振动的频率是多大？
（2）若当地的重力加速度为10m/s2，试求这个摆的摆长是多少？（结果保留两位有效数字）
（1）1.25Hz
（2）0.16m
谢谢观赏