人教版高中物理选修3-4 第十一章第十四节 单摆（共23张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修3-4 第十一章第十四节 单摆（共23张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 8.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-05 22:19:14 | ||
图片预览
文档简介
(共23张PPT)
第4节 单摆
人教版选修3-4 物理
日常生活的摆
生活中常见的摆钟一直来回摆动，它做的就是机械振动，但是不是简谐运动呢？
伽利略：吊灯摆动的启示
1583年的一个星期日，19岁的伽利略到比萨大教堂做礼拜，因为乏味，他仰起头，两眼朝殿堂四周转悠。突然他被吊灯摆动的节奏吸引住了。他发现，大吊灯随着风吹而摆动，摆动的弧线时长时短，但不管摆幅是多长，吊灯往返的时间好像是一样的。经过反复地测量，在布道结束之前，伽利略已得出结论：不管吊灯摆动的距离是长是短，它往返所需的时间总是一样的！回到宿舍，伽俐略经过用不同重量的物体作摆锤，改变绳子的长度，改变摆锤的体积大小实验，得到了摆的周期规律。
单摆：
用细线悬挂小球，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。这样的装置叫做单摆。
单摆是一个理想化模型，这个模型做了哪些抽象化处理呢？
摆线没有质量；
摆球没有大小；
摆动过程不受阻力。
思考：
单摆的振动是简谐运动吗？我们怎样证明我们的猜想。
实验证明：振动图像（x-t）满足正弦规律
理论证明：
受到回复力作用，并且回复力满足：f=-kx
单摆的振动是简谐运动吗？我们怎样证明我们的猜想。
思考：
结论：
当单摆的偏角很小的情况下时，摆球所受的回复力与偏离平衡位置的位移成正比，方向总是指向平衡位置，因此单摆做简谐运动。
偏角很小：即振幅远小于摆长（一般认为摆角小于5°，在不太严格的情况下，可以认为小于10°也满足 ）。
思考：
单摆做简谐运动时，其周期与哪些因素有关系呢？
猜想：振幅或摆角？质量？摆线的长度？
影响因素：振幅、钢球质量、摆长
当研究的问题可能与多个因素有关时，我们采用的物理方法是：控制变量法。
实验准备
实验器材：
铁架台、钢球、细线、夹子、手机（秒表）、游标卡尺、米尺
1.细线穿过钢球，将细线的一端用夹子固定在铁架台上。
3.用游标卡尺测出钢球的直径。
2.用白色背景板上的竖直黑线表示钢球的平衡位置。
4.用米尺测量出摆线的长度。
实验准备
用游标卡尺测钢球的半径：
1.游标卡尺的下角卡紧钢球。
2.游标卡尺的主尺读数是19mm。
3.游标卡尺的游标读数是0.1mm。
4.钢球的直径读数是1.91cm。
5.钢球的半径是0.955cm。
实验准备
用米尺测量摆线长度
测量摆线从悬点到钢球的距离，注意测量时保持竖直，同时摆线保持张紧，因为这样测量的数据才更接近在摆动时的摆线长。
摆长=摆线长+钢球半径
探究一：探究周期与摆球质量的关系
实验思想：相同摆球质量、相同摆长（76.00cm），
不同的振幅（偏角）—偏角都很小
实验前在白纸上确定两个不同的释放点，配合使用量角器保证此时的摆角都很小。
1
2
实验表明：单摆周期与振幅无关
35.15s
35.05s
探究二：探究周期与钢球质量的关系
实验思想：相同摆长(76cm)，不同的钢球质量
对比实验时在钢球底部加上一块小磁铁，因为磁铁体积较小，同时因为摆线上远大于钢球直径，忽略加上小磁铁对钢球中心的影响，也就是对摆长的影响。
3
35.26s
对边前两次实验的35.15s和35.05s，在20个周期的测量数据比较下，得出单摆周期与钢球质量无关。
探究三：探究周期与摆长的关系
实验思想：改变摆长，重复多次实验，记录20个周期。
4
5
测量出数据后猜想周期与摆长的关系
将测量的数据列入Excel表格，从表格中我们看到，线长我从20.00厘米一直改变135厘米，19组线长得到19次摆长，19组周期，每组周期都是先测20个周期得来的。
探究三：探究周期与摆长的关系
Y轴是周期T(s)
X轴是摆长L(cm)
从图像上来看，T和L不是线性关系，图像有点偏向L轴，难道有二次函数关系？我们只能一步验证我们的猜想。
探究三：探究周期与摆长的关系
Y轴是T2(s)
X轴是摆长L(cm)
从图像上来看，T2和L是线性关系，并且斜率大约等于4.
结论：
荷兰物理学家惠更斯经过详尽的研究得到：
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，而与振幅、摆球的质量无关。
误差分析
振幅的控制：
摆球与摆线的选择：
摆线上端的悬挂方式：
摆长的测量：
周期的测量：
圆锥摆的可能？
问题与练习：
1.关于单摆，下列说法中正确的是( )
A．摆球运动的回复力是摆线张力和重力的合力
B．摆球在运动过程中经过轨迹上的同一点时，加速度相等
C．摆球在运动过程中，加速度的方向始终指向平衡位置
D．摆球经过平衡位置时，加速度为零
B
问题与练习
2．将秒摆(周期为2 s)的周期变为1 s，下列措施可行的是( )
A．将摆球的质量减半
B．振幅减半
C．摆长减半
D．摆长减为原来的1/4
D
问题与练习：
同学们 ，再见！
第4节 单摆
人教版选修3-4 物理
日常生活的摆
生活中常见的摆钟一直来回摆动，它做的就是机械振动，但是不是简谐运动呢？
伽利略：吊灯摆动的启示
1583年的一个星期日，19岁的伽利略到比萨大教堂做礼拜，因为乏味，他仰起头，两眼朝殿堂四周转悠。突然他被吊灯摆动的节奏吸引住了。他发现，大吊灯随着风吹而摆动，摆动的弧线时长时短，但不管摆幅是多长，吊灯往返的时间好像是一样的。经过反复地测量，在布道结束之前，伽利略已得出结论：不管吊灯摆动的距离是长是短，它往返所需的时间总是一样的！回到宿舍，伽俐略经过用不同重量的物体作摆锤，改变绳子的长度，改变摆锤的体积大小实验，得到了摆的周期规律。
单摆：
用细线悬挂小球，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。这样的装置叫做单摆。
单摆是一个理想化模型，这个模型做了哪些抽象化处理呢？
摆线没有质量；
摆球没有大小；
摆动过程不受阻力。
思考：
单摆的振动是简谐运动吗？我们怎样证明我们的猜想。
实验证明：振动图像（x-t）满足正弦规律
理论证明：
受到回复力作用，并且回复力满足：f=-kx
单摆的振动是简谐运动吗？我们怎样证明我们的猜想。
思考：
结论：
当单摆的偏角很小的情况下时，摆球所受的回复力与偏离平衡位置的位移成正比，方向总是指向平衡位置，因此单摆做简谐运动。
偏角很小：即振幅远小于摆长（一般认为摆角小于5°，在不太严格的情况下，可以认为小于10°也满足 ）。
思考：
单摆做简谐运动时，其周期与哪些因素有关系呢？
猜想：振幅或摆角？质量？摆线的长度？
影响因素：振幅、钢球质量、摆长
当研究的问题可能与多个因素有关时，我们采用的物理方法是：控制变量法。
实验准备
实验器材：
铁架台、钢球、细线、夹子、手机（秒表）、游标卡尺、米尺
1.细线穿过钢球，将细线的一端用夹子固定在铁架台上。
3.用游标卡尺测出钢球的直径。
2.用白色背景板上的竖直黑线表示钢球的平衡位置。
4.用米尺测量出摆线的长度。
实验准备
用游标卡尺测钢球的半径：
1.游标卡尺的下角卡紧钢球。
2.游标卡尺的主尺读数是19mm。
3.游标卡尺的游标读数是0.1mm。
4.钢球的直径读数是1.91cm。
5.钢球的半径是0.955cm。
实验准备
用米尺测量摆线长度
测量摆线从悬点到钢球的距离，注意测量时保持竖直，同时摆线保持张紧，因为这样测量的数据才更接近在摆动时的摆线长。
摆长=摆线长+钢球半径
探究一：探究周期与摆球质量的关系
实验思想：相同摆球质量、相同摆长（76.00cm），
不同的振幅（偏角）—偏角都很小
实验前在白纸上确定两个不同的释放点，配合使用量角器保证此时的摆角都很小。
1
2
实验表明：单摆周期与振幅无关
35.15s
35.05s
探究二：探究周期与钢球质量的关系
实验思想：相同摆长(76cm)，不同的钢球质量
对比实验时在钢球底部加上一块小磁铁，因为磁铁体积较小，同时因为摆线上远大于钢球直径，忽略加上小磁铁对钢球中心的影响，也就是对摆长的影响。
3
35.26s
对边前两次实验的35.15s和35.05s，在20个周期的测量数据比较下，得出单摆周期与钢球质量无关。
探究三：探究周期与摆长的关系
实验思想：改变摆长，重复多次实验，记录20个周期。
4
5
测量出数据后猜想周期与摆长的关系
将测量的数据列入Excel表格，从表格中我们看到，线长我从20.00厘米一直改变135厘米，19组线长得到19次摆长，19组周期，每组周期都是先测20个周期得来的。
探究三：探究周期与摆长的关系
Y轴是周期T(s)
X轴是摆长L(cm)
从图像上来看，T和L不是线性关系，图像有点偏向L轴，难道有二次函数关系？我们只能一步验证我们的猜想。
探究三：探究周期与摆长的关系
Y轴是T2(s)
X轴是摆长L(cm)
从图像上来看，T2和L是线性关系，并且斜率大约等于4.
结论：
荷兰物理学家惠更斯经过详尽的研究得到：
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，而与振幅、摆球的质量无关。
误差分析
振幅的控制：
摆球与摆线的选择：
摆线上端的悬挂方式：
摆长的测量：
周期的测量：
圆锥摆的可能？
问题与练习：
1.关于单摆，下列说法中正确的是( )
A．摆球运动的回复力是摆线张力和重力的合力
B．摆球在运动过程中经过轨迹上的同一点时，加速度相等
C．摆球在运动过程中，加速度的方向始终指向平衡位置
D．摆球经过平衡位置时，加速度为零
B
问题与练习
2．将秒摆(周期为2 s)的周期变为1 s，下列措施可行的是( )
A．将摆球的质量减半
B．振幅减半
C．摆长减半
D．摆长减为原来的1/4
D
问题与练习：
同学们 ，再见！