人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第2章 第4节 单摆课件
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第2章 第4节 单摆课件 |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 3.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-09-08 14:20:07 | ||
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文档简介
第4节 单 摆
核心素养
物理观念
科学思维
科学探究
1.知道单摆的概念，了解单摆运动的特点。
2.知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。
会利用单摆周期公式测定重力加速度。
通过实验探究单摆的周期与摆长的关系。
知识点一 单摆、单摆的回复力
1.单摆
(1)用细线悬挂着小球在竖直平面内摆动，如果细线的质量与______相比可以忽略，__________与线长度相比也可以忽略，空气等对小球的阻力与它受到的重力及绳的拉力相比可以忽略，这样的装置就叫作单摆。
(2)单摆是实际摆的________模型。我们总要尽量选择质量____、体积____的球和尽量____的线。
小球
球的直径
理想化
大
小
细
2.单摆的回复力
[思考判断]
(1)单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力。( )
(2)单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力。( )
(3)单摆经过平衡位置时受到的合力为零。( )
(4)单摆是一个理想化的模型。( )
×
×
√
√
[观图助学]
如图所示：
(1)单摆振动的周期和振幅无关——单摆的等时性
把悬挂在同一高度的两个相同的单摆的摆球拉到不同高度同时释放，使其做简谐运动。
现象：摆球完成一次全振动所用时间相同。
知识点二 单摆的周期
(2)单摆的周期与摆球质量无关
摆长相同，将质量不同的摆球拉到同一高度同时释放，使其做简谐运动。
现象：两摆球振动是同步的。
(3)单摆振动的周期和摆长有关
摆长不同，将质量相同的摆球拉到同一高度同时释放使其做简谐运动。
现象：摆长较长的摆球完成一次全振动所用时间较长。
1.探究单摆的振幅、质量、摆长对周期的影响
(1)探究方法：__________法。
(2)实验结论：①单摆振动的周期与摆球质量______。
②振幅较小时周期与振幅______。
③摆长越长，周期______；摆长越短，周期______。
控制变量
无关
无关
越大
越小
2.周期公式
[思考判断]
(1)摆球的质量越大，周期越大。( )
(2)单摆的振幅越小，周期越小。( )
(3)单摆的摆长越长，周期越大。( )
×
×
√
如图所示
(1)单摆的回复力就是单摆所受的合外力吗？
(2)单摆经过平衡位置时，回复力为零，合外力也为零吗？
[观察探究]
核心要点
单摆及单摆的回复力
提示 (1)回复力不是合外力。单摆的运动可看做是变速圆周运动，其重力可分解为沿悬线方向的分力和沿圆弧切线方向的分力，重力沿圆弧切线方向的分力是使摆球沿圆弧振动的回复力。
(2)单摆经过平衡位置时，回复力为零，但合外力不为零。
[探究归纳]
1.受力规律
(1)摆球以悬挂点为圆心在竖直平面内沿圆弧做变速圆周运动，做圆周运动需要向心力，向心力由绳子的拉力与重力的径向分量的合力提供。
(2)摆球以最低点为平衡位置做振动，做振动需要回复力，回复力由摆球重力的切向分力提供(或者说是由摆球所受合外力沿圆弧切向分力提供)。
2.运动规律
单摆的运动既有圆周运动，又有简谐运动(摆角很小的情况下)
(1)单摆振动的平衡位置：回复力F为零，而合力不为零，此时合力提供摆球做圆周运动的向心力。
(2)单摆振动的最大位移处，向心力(F′－G1)为零，而合力不为零，此时合力提供摆球振动的回复力。
[例1] 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，细线拉力也最大
[试题案例]
解析 摆球在摆动过程中，最高点A、C处速度为零，回复力最大，合力不为零；在最低点B处，速度最大，回复力为零，细线的拉力最大。
答案 D
方法凝炼
单摆的回复力是重力在切线方向的分力，或者说是摆球所受合外力在切线方向的分力。摆球所受的合外力在摆线方向的分力提供摆球做圆周运动的向心力，所以并不是合外力完全用来提供回复力。因此摆球经过平衡位置时，只是回复力为零，而不是合外力为零(此时合外力提供摆球做圆周运动的向心力)。
[针对训练1] 关于单摆摆球在运动过程中的受力，下列结论正确的是( )
A.摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心力作用
B.摆球受的回复力最大时，向心力为零；回复力为零时，向心力最大
C.摆球受的回复力最大时，摆线中的张力比摆球的重力大
D.摆球受的向心力最大时，摆球的加速度方向沿摆球的运动方向
答案 B
核心要点
对单摆的周期公式的理解及应用
下列三种情况单摆的等效摆长
[观察探究]
l等效＝lsin α
做垂直纸面的小角度摆动
[探究归纳]
1.伽利略发现了单摆运动的等时性，惠更斯得出了单摆的周期公式并发明了摆钟。
2.对周期公式的理解
特别提醒 (1)摆长l并不等于绳长，而是等于摆球球心(质量均匀)到摆动圆弧的圆心的距离。
(2)公式中的g不一定等于9.8 m/s2，尤其是单摆在复合场中或斜面上摆动时，g值往往因情境而异。
[试题案例]
[例2] 如图所示，三根细线在O点处打结，A、B端固定在同一水平面上相距为l的两点上，使AOB成直角三角形，∠BAO＝30°，已知OC线长是l，下端C点系着一个小球，下列说法正确的是(以下皆指小角度摆动)( )
答案 A
[针对训练2] (多选)如图所示，两单摆的摆长相同，平衡时两摆球刚好接触，现将摆球A在两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动，以mA、mB分别表示摆球A、B的质量，则( )
A.如果mA＞mB，下一次碰撞将发生在平衡位置右侧
B.如果mA＜mB，下一次碰撞将发生在平衡位置左侧
C.无论两球质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧
D.无论两球质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧
答案 CD
核心素养
物理观念
科学思维
科学探究
1.知道单摆的概念，了解单摆运动的特点。
2.知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。
会利用单摆周期公式测定重力加速度。
通过实验探究单摆的周期与摆长的关系。
知识点一 单摆、单摆的回复力
1.单摆
(1)用细线悬挂着小球在竖直平面内摆动，如果细线的质量与______相比可以忽略，__________与线长度相比也可以忽略，空气等对小球的阻力与它受到的重力及绳的拉力相比可以忽略，这样的装置就叫作单摆。
(2)单摆是实际摆的________模型。我们总要尽量选择质量____、体积____的球和尽量____的线。
小球
球的直径
理想化
大
小
细
2.单摆的回复力
[思考判断]
(1)单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力。( )
(2)单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力。( )
(3)单摆经过平衡位置时受到的合力为零。( )
(4)单摆是一个理想化的模型。( )
×
×
√
√
[观图助学]
如图所示：
(1)单摆振动的周期和振幅无关——单摆的等时性
把悬挂在同一高度的两个相同的单摆的摆球拉到不同高度同时释放，使其做简谐运动。
现象：摆球完成一次全振动所用时间相同。
知识点二 单摆的周期
(2)单摆的周期与摆球质量无关
摆长相同，将质量不同的摆球拉到同一高度同时释放，使其做简谐运动。
现象：两摆球振动是同步的。
(3)单摆振动的周期和摆长有关
摆长不同，将质量相同的摆球拉到同一高度同时释放使其做简谐运动。
现象：摆长较长的摆球完成一次全振动所用时间较长。
1.探究单摆的振幅、质量、摆长对周期的影响
(1)探究方法：__________法。
(2)实验结论：①单摆振动的周期与摆球质量______。
②振幅较小时周期与振幅______。
③摆长越长，周期______；摆长越短，周期______。
控制变量
无关
无关
越大
越小
2.周期公式
[思考判断]
(1)摆球的质量越大，周期越大。( )
(2)单摆的振幅越小，周期越小。( )
(3)单摆的摆长越长，周期越大。( )
×
×
√
如图所示
(1)单摆的回复力就是单摆所受的合外力吗？
(2)单摆经过平衡位置时，回复力为零，合外力也为零吗？
[观察探究]
核心要点
单摆及单摆的回复力
提示 (1)回复力不是合外力。单摆的运动可看做是变速圆周运动，其重力可分解为沿悬线方向的分力和沿圆弧切线方向的分力，重力沿圆弧切线方向的分力是使摆球沿圆弧振动的回复力。
(2)单摆经过平衡位置时，回复力为零，但合外力不为零。
[探究归纳]
1.受力规律
(1)摆球以悬挂点为圆心在竖直平面内沿圆弧做变速圆周运动，做圆周运动需要向心力，向心力由绳子的拉力与重力的径向分量的合力提供。
(2)摆球以最低点为平衡位置做振动，做振动需要回复力，回复力由摆球重力的切向分力提供(或者说是由摆球所受合外力沿圆弧切向分力提供)。
2.运动规律
单摆的运动既有圆周运动，又有简谐运动(摆角很小的情况下)
(1)单摆振动的平衡位置：回复力F为零，而合力不为零，此时合力提供摆球做圆周运动的向心力。
(2)单摆振动的最大位移处，向心力(F′－G1)为零，而合力不为零，此时合力提供摆球振动的回复力。
[例1] 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，细线拉力也最大
[试题案例]
解析 摆球在摆动过程中，最高点A、C处速度为零，回复力最大，合力不为零；在最低点B处，速度最大，回复力为零，细线的拉力最大。
答案 D
方法凝炼
单摆的回复力是重力在切线方向的分力，或者说是摆球所受合外力在切线方向的分力。摆球所受的合外力在摆线方向的分力提供摆球做圆周运动的向心力，所以并不是合外力完全用来提供回复力。因此摆球经过平衡位置时，只是回复力为零，而不是合外力为零(此时合外力提供摆球做圆周运动的向心力)。
[针对训练1] 关于单摆摆球在运动过程中的受力，下列结论正确的是( )
A.摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心力作用
B.摆球受的回复力最大时，向心力为零；回复力为零时，向心力最大
C.摆球受的回复力最大时，摆线中的张力比摆球的重力大
D.摆球受的向心力最大时，摆球的加速度方向沿摆球的运动方向
答案 B
核心要点
对单摆的周期公式的理解及应用
下列三种情况单摆的等效摆长
[观察探究]
l等效＝lsin α
做垂直纸面的小角度摆动
[探究归纳]
1.伽利略发现了单摆运动的等时性，惠更斯得出了单摆的周期公式并发明了摆钟。
2.对周期公式的理解
特别提醒 (1)摆长l并不等于绳长，而是等于摆球球心(质量均匀)到摆动圆弧的圆心的距离。
(2)公式中的g不一定等于9.8 m/s2，尤其是单摆在复合场中或斜面上摆动时，g值往往因情境而异。
[试题案例]
[例2] 如图所示，三根细线在O点处打结，A、B端固定在同一水平面上相距为l的两点上，使AOB成直角三角形，∠BAO＝30°，已知OC线长是l，下端C点系着一个小球，下列说法正确的是(以下皆指小角度摆动)( )
答案 A
[针对训练2] (多选)如图所示，两单摆的摆长相同，平衡时两摆球刚好接触，现将摆球A在两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动，以mA、mB分别表示摆球A、B的质量，则( )
A.如果mA＞mB，下一次碰撞将发生在平衡位置右侧
B.如果mA＜mB，下一次碰撞将发生在平衡位置左侧
C.无论两球质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧
D.无论两球质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧
答案 CD