2.4单摆课件（共20张PPT）高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

(共20张PPT)
第二章 机械振动
第4节 单摆
1.知道单摆是一种理想化模型，理解单摆模型的条件，能将实际问题中的对象和过程简化为单摆模型。
2.能通过理论推到，判定单摆小角度振动时的运动特点。
3.在探究单摆的周期与摆长的定量关系时，能分析数据、发现规律、形成合理结论，能用已有的物理知识解释相关现象。
学习目标
新课引入
秋千的摆动
钟摆的摆动
游乐大摆锤的摆动
思考：
1.以上物体在做什么运动？
2.实际情况中，以上运动过程中物体的机械能守恒吗？
3.结合你已经学习过的理想化模型和摆动物体的特点，你是否可以简化出一种新的理想化的物理模型呢？
新课教学
如果细线的长度不可改变，细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫作单摆。
一、单摆
单摆是实际摆的理想化模型：
与小球受到的重力及绳的拉力相比，空气等对它的阻力可以忽略。
质量大、体积小的球和尽量细的线。
(1)摆线
①质量不计
②长度远大于小球直径
③不可伸缩
(2)摆球：
看作质点
新课教学
以下摆是否是单摆：
橡皮筋
②
粗麻绳
③
细绳
①
④
×
×
×
×
长细线
⑤
钢球
√
新课教学
单摆的振动是否为简谐运动？
法一：
一种方法是分析单摆的回复力，看其与位移是否成正比并且方向相反；
法二：
另一种方法是分析单摆位移与时间的关系是否满足正弦关系。
下面我们采用第一种方法来分析。
新课教学
二、单摆的回复力
平衡位置：最低点
单摆在摆角很小（）的情况下做简谐运动。
当很小时：
思考：单摆平衡位置在哪？哪个力提供回复力？
回复力：振动方向上的合外力
新课教学
新课教学
新课教学
单摆振动的周期与哪些因素有关呢？
猜想？
振幅
质量
摆长
重力加速度
控制变量法
悬点到球心的长度
新课教学
新课教学
单摆振动周期与小球质量，振幅无关，只与摆长有关；摆长越长，周期越长。
实验结论：
新课教学
周期与摆长的定量关系是怎样的呢？
摆长越长，周期越长。
……
新课教学
新课教学
新课教学
单摆周期公式：
---惠更斯
单摆做简谐运动的周期T与摆长的二次方根成正比，与重力加速度的二次方根成反比。
单摆周期公式的发现，为人类利用简谐运动定量计时提供了可能，并以此为基础发明了真正可持续运转的时钟。
三、单摆的周期
新课教学
四、单摆模型的拓展
1.等效摆长类：圆弧摆、双线摆
突破口：等效摆长为小球球心到等效悬点间的距离。
图(a)中甲、乙在垂直于纸面方向摆起来效果是相同的，所以甲摆的摆长为，这就是等效摆长。其周期。
图(b)中，乙在垂直于纸面方向摆动时，与甲摆等效；乙在纸面内小角度摆动时，与丙等效。
新课教学
2.等效重力加速度类：斜面摆
突破口：等效重力等于小球静止时所受拉力；
等效重力加速度等于等效重力与小球的质量之比,如图所示，等效重力 ，等效重力加速度 。
小结
谢谢观看！