高中第三节 单摆教课ppt课件

这是一份高中第三节 单摆教课ppt课件，共54页。PPT课件主要包含了不可改变，单摆及单摆的回复力，理想化，平衡位置，惠更斯，对单摆周期的理解，摆长l，周期T，探究总结，核心素养微专题等内容，欢迎下载使用。

1．知道单摆的结构2．理解单摆的回复力来源及做简谐运动的条件3．知道单摆周期的决定因素，掌握单摆的周期公式
1．通过单摆的教学，知道单摆是一种理想化的系统，学会用理想化的方法建立物理模型2．通过单摆做简谐运动条件的教学，体会用近似处理方法来解决物理问题3．通过研究单摆的周期，掌握用控制变量的方法来研究物理问题
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1．单摆模型如果细线的长度__________，细线的________与小球相比可以忽略，球的________与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫作单摆．单摆是实际摆的________模型．
2．单摆的回复力(1)回复力的提供：摆球的重力沿圆弧________方向的分力．(2)回复力的特点：在摆角很小时，单摆所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成________，方向总指向__________．(3)运动规律：单摆在摆角很小的情况下做________运动，其振动图像遵循正弦函数规律．
摆球经过平衡位置时，合外力是否为零？摆球到达最大位移处，v＝0，加速度是否等于0?
【答案】单摆摆动中的平衡位置不是平衡状态，有向心力和向心加速度，回复力为零，合外力不为零．最大位移处速度等于零，但不是静止状态．一般单摆回复力不是摆球所受合外力，而是重力沿圆弧切线方向的分力，所以加速度不一定等于零．
(多选)关于单摆，下列说法正确的是(　　)A．摆球运动的回复力是重力的分力B．摆球经过轨迹上的同一点速度是相同的C．摆球经过轨迹上的同一点加速度是相同的D．摆球经过平衡位置时受力是平衡的【答案】AC　
【解析】摆球运动的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供，A正确．根据简谐运动的对称性可知摆球经过轨迹上的同一点时速度大小相等，方向可能相同，也可能不同；加速度的大小、方向都相同，故B错误，C正确．摆球经过平衡位置时，回复力为零，合外力不为零，并不平衡，故D错误．
2．单摆的等时性单摆做简谐运动周期取决于摆长l和重力加速度g，与________、摆球________无关．
假设将一个摆钟(如图)带到空间站内，则该摆动的钟摆周期如何变化？
【答案】在空间站内摆球完全失重，回复力为零，等效值g′＝0，摆球不摆动了，周期无穷大．
(2020年上海师范大学附属中学期中)两个相同的单摆静止于平衡位置，使摆球分别以水平初速v1、v2(v1>v2)在竖直平面内做小角度摆动，它们的频率与振幅分别为f1、f2和A1、A2，则(　　)A．f1>f2，A1＝A2B．f1A2D．f1＝f2，A1多维课堂 | 素养初培
如图所示，一根细线上端固定，下端连接一个金属小球，用手使小球偏离竖直方向一个夹角，然后释放．问题(1)小球受到哪些力的作用？(2)什么力提供向心力？(3)什么力提供回复力？
对单摆的回复力及运动特点的理解
【答案】(1)小球受细线的拉力和重力作用．(2)细线的拉力和重力沿径向的分力的合力提供向心力．(3)重力沿圆弧切线方向的分力提供小球运动的回复力．
1．回复力来源 单摆的回复力是重力沿圆弧切向的分力F＝G1＝mgsin θ提供的．
特别提醒：(1)单摆振动的回复力为摆球重力沿圆弧切线方向的分力，回复力不是摆球所受的合外力．(2)单摆的摆动不一定都是简谐运动，只有单摆做小角度(摆角小于5°)摆动时才认为是简谐运动．素养点评：本探究通过对单摆的回复力及运动特点的理解，培养“科学思维”素养．
单摆的定义精练1　下图中的各种摆的模型，哪种或哪些是单摆？
【答案】④是单摆　【解析】①的悬绳是粗绳，绳的质量不可忽略，不是单摆；②的悬绳是橡皮筋，绳长会改变，不是单摆；③的悬绳长度不是远大于球的直径，不是单摆；④是单摆；⑤的上端没有固定，绳长会改变，也不是单摆．
变式1　(多选)单摆是为研究振动而抽象出的理想化模型，其理想化条件是(　　)A．摆线质量不计B．摆线长度不可改变C．摆球的直径比摆线长度短得多D．只要是单摆的运动就是一种简谐运动【答案】ABC　
【解析】单摆由摆线和摆球组成，摆线只计长度不计质量，摆球只计质量不计大小，且摆线不伸缩，A、B、C正确．但把单摆作为简谐运动来处理是有条件的，只有在摆角很小(θ<5°)的情况下才能视单摆运动为简谐运动．
对单摆回复力的理解精练2　将一个摆长为l的单摆放在一个光滑的、倾角为α的斜面上，其摆角为θ，如图所示，下列说法正确的是(　　)A．摆球做简谐运动的回复力为F＝mgsin θsin αB．摆球做简谐运动的回复力为F＝mgsin θC．摆球经过平衡位置时合力为零D．摆球在运动过程中，经过平衡位置时，线的拉力为F′＝mgsin α【答案】A　
变式2　关于单摆振动过程中的受力，下列说法正确的是(　　)A．重力和摆线对摆球拉力的合力总是指向悬点B．回复力是重力和摆线对摆球拉力的合力C．回复力是重力沿切线方向的分力，重力的另一分力小于或等于摆线拉力D．回复力是重力沿切线方向的分力，重力的另一分力与摆线拉力平衡【答案】C　
【解析】重力竖直向下，摆线对摆球的拉力总是指向悬点，故合力不总是指向悬点，故A错误；重力的切向分量提供回复力，径向分力和细线拉力的合力提供向心力，故重力的另一分力小于或等于摆线拉力，故B、D错误，C正确．
对于单摆的两点说明1．所谓平衡位置，是指摆球静止时，摆线拉力与小球所受重力平衡的位置，并不是指摆动过程中的受力平衡位置．实际上，在摆动过程中，摆球受力不可能平衡．2．回复力是由摆球受到的重力沿圆弧切线方向的分力F＝mgsin θ提供的，不可误认为回复力是重力G与摆线拉力T的合力．
惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器，叫摆钟．摆钟运行时克服摩擦所需的能量由重锤势能提供，运动的速率由钟摆控制．旋转钟摆下端的螺母可以使摆上的圆盘沿摆杆上下移动，如图所示．问题(1) 一只冬天很准的摆钟到了夏天却不准了，是走快了还是慢了？(2) 怎么调节才能重新准确计时？(1) 由冬天到夏天，摆杆变长，周期变大，摆钟走慢了．(2) 应将调节螺母上移．
对单摆周期公式的理解及应用
素养点评：本探究通过对单摆周期公式的分析研究，培养“科学思维”素养．
对单摆周期的理解精练3　(多选)发生下述哪一种情况时，单摆周期会增大(　　)A．增大摆球质量　　　　B．增加摆长C．减小单摆振幅D．将单摆由山下移到山顶【答案】BD　
【答案】不变　小　【解析】单摆的周期和频率由摆长和当地的重力加速度决定，与摆球的质量和速度无关；另外由机械能守恒定律可知，摆球经过平衡位置的速度减小了，则摆动的最大高度减小，振幅减小．
单摆周期的计算精练4　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＝90°，∠BAO＝30°，已知OC线长是l，下端C点系着一个小球(可视为质点且做小角度摆动)．让小球在纸面内摆动，周期T＝________.让小球在垂直纸面方向摆动，周期T＝________.
变式4　如图所示，将摆长为L的单摆放在一升降机中，若升降机以加速度a向上匀加速运动，求单摆的摆动周期．
不同系统中的等效重力加速度在不同的运动系统中，单摆周期公式中的g应理解为等效重力加速度，其大小等于单摆相对系统静止时的摆线拉力与摆球质量的比值.
【考题延伸】如图所示的几个相同单摆在不同条件下，关于它们的周期关系，其中判断正确的是(　　) A．T1>T2>T3>T4　　　B．T1T2＝T3>T4D．T1素养点评：本题通过考查单摆周期，培养学生的“物理观念”素养．
课堂小练 | 素养达成
1．在如图所示的装置中，可视为单摆的是(　　)     【答案】A　【解析】单摆的悬线要求无弹性，直径小且质量可忽略，故A正确，B、C错误；悬点必须固定，故D错误．
2．置于水平面的支架上吊着一只装满细沙的小漏斗，让漏斗左右摆动，于是桌面上漏下许多沙子，一段时间后桌面上形成一沙堆，沙堆的纵剖面在下图中最接近的是(　　)   【答案】C　【解析】单摆在平衡位置的速度大，漏下的沙子少，越接近两端点速度越小，漏下的沙子越多，故C选项符合题意．
4．如图所示，图甲是利用沙摆演示简谐运动图像的装置．当盛沙漏斗下面的薄木板被水平匀速拉出时，做简谐运动的漏斗漏出的沙在板上形成的曲线显示出沙摆的振动位移随时间的变化关系．已知木板被水平拉动的速度为0.20 m/s，图乙所示的一段木板的长度为0.60 m，则这次实验沙摆的摆长为(g取10 m/s2，π2取10)(　　)A．0.56 m　B．0.65 mC．1.0 m　D．2.3 m