2.4 单摆 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 2.4 单摆 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 59.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-09-06 22:40:16 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
第二章：第4节
单 摆
高中物理选择性必修第一册
目录
CONTENT
高中物理选择性必修第一册
单摆
单摆的回复力
单摆的周期
单摆的应用
新课引入
00.
高中物理选择性必修第一册
摆动的钟摆、荡起的秋千，它们在平衡位置附近做往复运动，这种运动是不是简谐运动呢？
带着这个问题，让我们认识一个新的模型——单摆。
单摆
第一部分
高中物理选择性必修第一册
单摆
01.
2.特点：
(3)摆线：细而长、不可伸长
(1)悬点：固定
(2)摆球：体积小、质量大
摆长：
L=L0+R
注意：实际应用的单摆小球大小不可忽略。
1.定义：细线一端固定在悬点，另一端系一个小球，如果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，这样的装置就叫做单摆。
高中物理选择性必修第一册
几点说明
02.
单摆是实际摆的理想化模型
(1)摆线质量m远小于摆球质量 M，即m << M 。
(3)摆球所受空气阻力远小于摆球重力及绳的拉力，可忽略。
(2)摆球的直径d远小于单摆的摆长Ｌ，即 d <<Ｌ。
(4)摆线的伸长量很小，可以忽略。
高中物理选择性必修第一册
问题与思考
03.
铁链
粗棍上
细绳挂在
细绳
橡皮筋
O
O’
长细线
钢球
下列装置能否看作单摆？
思考：单摆的振动是简谐运动吗？
高中物理选择性必修第一册
方法探究
04.
可以用两种不同方法来研究上述问题:
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;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。
下面我们先采用第一种方法来分析。
单摆的
回复力
第二部分
高中物理选择性必修第一册
单摆的回复力
01.
思考：单摆平衡位置在哪？哪个力提供回复力？
1.平衡位置：最低点
2.受力分析:如图
3.回复力来源：重力沿切线方向的分力mgsin
切向：
法向：
（回复力）
Fx mgsin
x
x
mg
T
高中物理选择性必修第一册
单摆的回复力
02.
x
x
mg
T
F回=mgsinθ
角很小时，用弧度制表示的与它的正弦值近似相等 sin
则：F mgsin mg x
位移方向与回复力方向相反F x
可以写成：F k x
高中物理选择性必修第一册
单摆的摆角范围
03.
摆角θ 正弦值 弧度值
1° 0.01754 0.01745
2° 0.03490 0.03491
3° 0.05234 0.05236
4° 0.06976 0.06981
5° 0.08716 0.08727
6° 0.10453 0.10472
7° 0.12187 0.12217
8° 0.13917 0.13963
在摆角小于5度的条件下：sinθ≈θ（弧度值）
可见，在摆角很小（θ＜50）的情况下，单摆做简谐振动。
高中物理选择性必修第一册
问题与思考
04.
思考：摆球运动到最低点O（平衡位置）时回复力是否为零？合力是否为零？
平衡位置：
x=0， ， 回复力为零
，合外力不为零
x
x
mg
T
高中物理选择性必修第一册
判断单摆的运动为简谐运动
05.
方法二：从单摆的振动图像判断
高中物理选择性必修第一册
单摆的周期
第三部分
高中物理选择性必修第一册
问题与猜想
01.
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？
思考
高中物理选择性必修第一册
实验探究
02.
实验方法:控制变量法
实验1：摆球质量相同，摆长L相同，观察周期T与振幅的关系？
实验2：摆长L相同，振幅相同，观察周期T与摆球质量的关系？
实验3：摆球质量相同，振幅相同，观察周期T与摆长L的关系？
高中物理选择性必修第一册
单摆的周期
03.
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。
荷兰物理学家惠更斯（1629-1695）通过实验进一步得到：
单摆做简谐运动的周期T与摆长L的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，与振幅、摆球质量无关．
单摆的周期公式：
高中物理选择性必修第一册
简谐运动的回复力
04.
用秒表测量单摆完成30次全振动（或50次）所用的时间t，求出完成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期。
测周期：把单摆从平衡位置拉开一个角度（θ＜5o）放开它。
次数n 1 2 3 4 5
摆线长L
球直径d
摆长l
周期T
单摆的应用
第四部分
高中物理选择性必修第一册
单摆的应用
01.
１.利用单摆的等时性计时
惠更斯在1656年首先利用摆的等时性发明了带摆的计时器（1657年获得专利权）。
2. 用单摆测定重力加速度（第5节内容）
高中物理选择性必修第一册
3.秒摆:周期为2s的单摆为秒摆。试计算出秒摆的摆长？（g=9.8m/s2)
l ≈1m
4.一位广州人去哈尔滨旅游，在一家大型超市以高价购买了一台精致的摆钟，买的时候发现它走时很准。回到广州不到两天就走时相差一分多钟。于是大呼上当，心里极其气愤。后来，他求助了“消费者权益保护协会”，准备与该超市打一场索赔官司，消费者协会调查研究发现产品货真价实，那么问题出在哪儿呢？你能为这位广州人指点迷津吗？
提示：两地的重力加速度g不同。
单摆的应用
02.
高中物理选择性必修第一册
几种常见的摆
03.
圆槽摆
钉摆
圆锥摆
高中物理选择性必修第一册
科学漫步
04.
从日晷到原子钟
我国制造的空间冷原子钟
日晷
总结提升
第五部分
课堂小结
高中物理选择性必修第一册
① 线的伸缩和质量不计
②小球可看作质点（摆长为悬点到球心的距离）
① F ＝ mg sinθ
② θ 很小时，F＝－k x (简谐运动的条件)
单摆概念
回复力
周期
应用
第二章：第4节
单 摆
高中物理选择性必修第一册
目录
CONTENT
高中物理选择性必修第一册
单摆
单摆的回复力
单摆的周期
单摆的应用
新课引入
00.
高中物理选择性必修第一册
摆动的钟摆、荡起的秋千，它们在平衡位置附近做往复运动，这种运动是不是简谐运动呢？
带着这个问题，让我们认识一个新的模型——单摆。
单摆
第一部分
高中物理选择性必修第一册
单摆
01.
2.特点：
(3)摆线：细而长、不可伸长
(1)悬点：固定
(2)摆球：体积小、质量大
摆长：
L=L0+R
注意：实际应用的单摆小球大小不可忽略。
1.定义：细线一端固定在悬点，另一端系一个小球，如果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，这样的装置就叫做单摆。
高中物理选择性必修第一册
几点说明
02.
单摆是实际摆的理想化模型
(1)摆线质量m远小于摆球质量 M，即m << M 。
(3)摆球所受空气阻力远小于摆球重力及绳的拉力，可忽略。
(2)摆球的直径d远小于单摆的摆长Ｌ，即 d <<Ｌ。
(4)摆线的伸长量很小，可以忽略。
高中物理选择性必修第一册
问题与思考
03.
铁链
粗棍上
细绳挂在
细绳
橡皮筋
O
O’
长细线
钢球
下列装置能否看作单摆？
思考：单摆的振动是简谐运动吗？
高中物理选择性必修第一册
方法探究
04.
可以用两种不同方法来研究上述问题:
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;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。
下面我们先采用第一种方法来分析。
单摆的
回复力
第二部分
高中物理选择性必修第一册
单摆的回复力
01.
思考：单摆平衡位置在哪？哪个力提供回复力？
1.平衡位置：最低点
2.受力分析:如图
3.回复力来源：重力沿切线方向的分力mgsin
切向：
法向：
（回复力）
Fx mgsin
x
x
mg
T
高中物理选择性必修第一册
单摆的回复力
02.
x
x
mg
T
F回=mgsinθ
角很小时，用弧度制表示的与它的正弦值近似相等 sin
则：F mgsin mg x
位移方向与回复力方向相反F x
可以写成：F k x
高中物理选择性必修第一册
单摆的摆角范围
03.
摆角θ 正弦值 弧度值
1° 0.01754 0.01745
2° 0.03490 0.03491
3° 0.05234 0.05236
4° 0.06976 0.06981
5° 0.08716 0.08727
6° 0.10453 0.10472
7° 0.12187 0.12217
8° 0.13917 0.13963
在摆角小于5度的条件下：sinθ≈θ（弧度值）
可见，在摆角很小（θ＜50）的情况下，单摆做简谐振动。
高中物理选择性必修第一册
问题与思考
04.
思考：摆球运动到最低点O（平衡位置）时回复力是否为零？合力是否为零？
平衡位置：
x=0， ， 回复力为零
，合外力不为零
x
x
mg
T
高中物理选择性必修第一册
判断单摆的运动为简谐运动
05.
方法二：从单摆的振动图像判断
高中物理选择性必修第一册
单摆的周期
第三部分
高中物理选择性必修第一册
问题与猜想
01.
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？
思考
高中物理选择性必修第一册
实验探究
02.
实验方法:控制变量法
实验1：摆球质量相同，摆长L相同，观察周期T与振幅的关系？
实验2：摆长L相同，振幅相同，观察周期T与摆球质量的关系？
实验3：摆球质量相同，振幅相同，观察周期T与摆长L的关系？
高中物理选择性必修第一册
单摆的周期
03.
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。
荷兰物理学家惠更斯（1629-1695）通过实验进一步得到：
单摆做简谐运动的周期T与摆长L的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，与振幅、摆球质量无关．
单摆的周期公式：
高中物理选择性必修第一册
简谐运动的回复力
04.
用秒表测量单摆完成30次全振动（或50次）所用的时间t，求出完成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期。
测周期：把单摆从平衡位置拉开一个角度（θ＜5o）放开它。
次数n 1 2 3 4 5
摆线长L
球直径d
摆长l
周期T
单摆的应用
第四部分
高中物理选择性必修第一册
单摆的应用
01.
１.利用单摆的等时性计时
惠更斯在1656年首先利用摆的等时性发明了带摆的计时器（1657年获得专利权）。
2. 用单摆测定重力加速度（第5节内容）
高中物理选择性必修第一册
3.秒摆:周期为2s的单摆为秒摆。试计算出秒摆的摆长？（g=9.8m/s2)
l ≈1m
4.一位广州人去哈尔滨旅游，在一家大型超市以高价购买了一台精致的摆钟，买的时候发现它走时很准。回到广州不到两天就走时相差一分多钟。于是大呼上当，心里极其气愤。后来，他求助了“消费者权益保护协会”，准备与该超市打一场索赔官司，消费者协会调查研究发现产品货真价实，那么问题出在哪儿呢？你能为这位广州人指点迷津吗？
提示：两地的重力加速度g不同。
单摆的应用
02.
高中物理选择性必修第一册
几种常见的摆
03.
圆槽摆
钉摆
圆锥摆
高中物理选择性必修第一册
科学漫步
04.
从日晷到原子钟
我国制造的空间冷原子钟
日晷
总结提升
第五部分
课堂小结
高中物理选择性必修第一册
① 线的伸缩和质量不计
②小球可看作质点（摆长为悬点到球心的距离）
① F ＝ mg sinθ
② θ 很小时，F＝－k x (简谐运动的条件)
单摆概念
回复力
周期
应用