高中物理鲁科版（2019）选择性必修一 课件 2.3 单摆(共25张PPT)

(共25张PPT)
2.3　单摆
1.理解单摆振动的特点及它做简谐运动的条件.
2.掌握单摆振动的周期公式.
3.观察演示实验，概括出周期的影响因素，由实验现象得出物理结论.
学习目标
生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内摆动.
我们用细线悬挂着的小球来研究摆动的规律
——单摆的运动.
l
1.在细线的一端拴一小球，另一端固定在悬点上，如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略，线长又比球的直径大得多，这样的装置就叫作单摆.
2.单摆是实际摆的理想化模型
一、认识单摆
下列装置能否看作单摆？
橡
皮
绳
粗麻绳
细绳
细绳
细绳
√
×
×
×
×
塑料球
铁球
悬点：
摆线：
摆球：
轻而长、几乎不可伸缩
固定
小而重
理想化条件
细绳
细绳绕在柱上
√
×
铁球
铁球
例1：用下列哪些材料能做成单摆（ ）
A.长为1米的细线 E.直径为5厘米的泡沫塑料球
B.长为1米的细铁丝 F.直径为1厘米的钢球
C.长为0.2米的细丝线 G.直径为1厘米的塑料球
D.长为1米的麻绳 H.直径为5厘米的钢球
AF
悬线：细、长、
伸缩可以忽略
摆球：小而重（即密度大）
小试牛刀
摆长 l=l′ +r
θ
偏角
l′
r
摆长：摆球重心到摆动圆弧圆心的距离
偏角：摆球摆到最高点时，细线与竖直方向的夹角
单摆振动是不是简谐运动？
判断物体是否做简谐运动的方法：
（1）根据物体的振动图像去判断
（2）根据回复力的规律F=-kx去判断
所有简谐运动图像都是＿＿＿＿＿＿＿．
正弦或余弦曲线
从单摆的振动图像判断
A
－A
t/s
x/cm
T
用沙漏描绘单摆的s-t图像
1.平衡位置：最低点O
2.受力分析：重力G 弹力T
3.运动过程分析：
以点Ｏ为平衡位置的机械振动
以悬点Ｏ′为圆心的圆周运动
二、单摆的振动
C
B
A
O
θ
T
Ｏ′
G
4.力与运动的关系：
沿切线方向机械振动：
回复力为重力沿切线方向的分力G2
回复力大小：
沿半径方向圆周运动：
向心力大小：
注：回复力不是重力和拉力的合力
C
B
A
O
θ
T
Ｏ′
G
G2
G1
5.单摆的回复力表达方式：
F回= G切=-mgsinθ
当θ很小时（θ＜5°） ，
F回= G切=-mgsinθ
位移方向与回复力方向相反
x

摆长l
6.在摆角很小（θ＜5°）的情况下，摆球所受的回复力跟位移大小成正比，方向始终指向平衡位置（即与位移方向相反），因此单摆做简谐运动.
例2：单摆作简谐运动时的回复力是（ ）
A.摆球的重力
B.摆球重力沿圆弧切线的分力
C.摆线的拉力
D.摆球重力与摆线拉力的合力
B
小试牛刀
在最低点（即平衡位置），小球所受的合力为零吗？
【思考与讨论】
小球运动到最低点时，水平方向合力是零，竖直方向合力不是零.
单摆振动的周期可能与哪些因素有关呢？
周期与振幅是否有关
周期与摆球的质量是否有关
周期与重力加速度是否有关
探究方法：控制变量法
三、单摆的周期
周期与摆长是否有关
荷兰物理学家惠更斯得出单摆振动的周期公式：
三、单摆的周期
惠更斯（荷兰）
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.
注意事项
(1)摆长l：悬点到球心的距离
(2)适用条件：单摆做简谐运动. θ＜5°
(3)
利用单摆测重力加速度
结论
单摆振动的周期
1.与振幅无关——单摆的等时性
2.与摆球的质量无关
3.与摆长有关——摆长越长，周期越大
4.与当地的重力加速度有关——重力加速度越大，周期越小
1.单摆作简谐运动时的回复力是（ ）
A.摆球的重力
B.摆球重力沿圆弧切线的分力
C.摆线的拉力
D.摆球重力与摆线拉力的合力
随堂检测
B
2.下列哪些情况可使单摆（ ＜5°）的振动周期增大（ ）
A.摆球的质量增大
B.摆长增大
C.单摆由赤道移到北极
D.增大振幅
B
随堂检测
3.一个单摆，周期是T.
a. 如果摆球质量增到2倍，周期将______；
b. 如果摆的振幅增到2倍，周期将______ ；
c. 如果摆长增到2倍，周期将______ ；
d. 如果将单摆从赤道移到北京，周期将______ ；
e. 如果将单摆从海面移到高山，周期将______ ；
变小
变大
变大
不变
不变
随堂检测
在最大摆角很小的情况下，单摆做简谐运动．
摆线
质量不计；长度远大于小球直径；不可伸缩
摆球
质点（体积小 质量大）
1.单摆模型
2.单摆的回复力：
单摆做简谐运动的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，跟振幅、摆球的质量无关.
3.单摆的周期：
课堂小结
T
谢谢观看
HANK YOU!