高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 单摆评优课ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 单摆评优课ppt课件，文件包含人教版2019高中物理选择性必修第一册24《单摆》课件pptx、241单摆的等时性avi、242单摆的振动周期与摆球的质量无关avi、243单摆的周期与摆长有关avi、单摆受力swf、单摆振动图象swf、单摆的周期与摆长有关avi、单摆的振动规律探究mpg、摆钟swf、沙摆asf等10份课件配套教学资源，其中PPT共32页， 欢迎下载使用。

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。
注意：实际应用的单摆小球大小不可忽略。
3.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。
学以致用：下列装置能否看作单摆？
思考：单摆振动的运动性质是简谐运动吗？
方法一：从单摆的振动图象（x-t图像）判断
注意：表达式计时开始位移为0，随后位移增加并为正；将每一个点的位移时间（测量值）数值代入表达式中，比较测量值与函数值是否相等，若可视相等，则为正弦曲线。
假设法:假定图像为正弦曲线，测量振幅与周期，写出正弦函数表达式。
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O
3.回复力来源：重力沿切线方向的分力G2
方法二：从单摆的受力特征判断
单摆的回复力为重力沿圆弧切向的分力：
可见，在摆角很小（θ＜50）的情况下，单摆做简谐振动。
在摆角小于5度的条件下：Sinθ≈θ（弧度值）
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
单摆振动的周期与哪些因素有关呢？
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？
结论：单摆的振动周期与其振幅无关(等时性)。
伽利略的发现：18岁的伽利略在比萨大学念书时，一次偶然的机会观察到教堂的吊灯发生了轻微的摆动，随着摆幅的缩小，吊灯的摆动周期似乎没有发生变化。经过思考，他想到一个办法进行验证。如果你是伽利略，你打算如何验证自己的想法？
伽利略所处的年代还没有手表或者电子计时器，他使用的是人体的脉搏计时，只能半定量地判断出摆动时的周期不变，但无法测量出摆动的具体周期。
今天我们可以用哪些工具来测量时间？
秒表、打点计时器、手机、传感器等
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？
结论：单摆的振动周期与摆球质量无关。
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？
结论：单摆的振动周期与其摆球质量有关。
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＜5）放开它。
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．
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）
4.物理之美：试用本节所学内容解释下图中的现象。
5.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)
6.一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。
我国制造的空间冷原子钟
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 sinθ② θ 很小时，F＝－k x (简谐运动的条件)
【典例1】（2022·江苏南通·高三阶段练习）如图所示，小球在半径为R的光滑球面上的A、B之间作小角度的往返运动，则（     ）A．小球的质量越大，其振动的频率越大B．OA、OB之间夹角越小，小球振动的频率越小C．球面半径R越大，小球振动的频率越小D．将整个装置移至我国空间站“天和”核心舱中，小球振动的频率减小
【典例2】（2022·湖南·高二阶段练习）(多选）两个单摆的悬挂位置的高度相同，其摆球质量相等，它们做简谐运动的振动图像如图所示．关于两单摆的摆动情况，下列说法中错误的是（　　）A．摆动周期有B．摆长有C．摆动过程中的t1时刻，摆角相等D．摆动过程中的t2时刻，两摆球有最大势能差
【典例3】水平地面上固定一段光滑绝缘圆弧轨道，过轨道左端N点的竖直线恰好经过轨道的圆心（图中未画出），紧贴N点左侧还固定有绝缘竖直挡板。自零时刻起将一带正电的小球自轨道上的M点由静止释放。小球与挡板碰撞时无能量损失，碰撞时间不计，运动周期为T，MN间的距离为L并且远远小于轨道半径，重力加速度为g，以下说法正确的是（　　）A．圆弧轨道的半径为B．空间加上竖直向下的匀强电场，小球的运动周期会增大C．空间加上垂直纸面向里的匀强磁场，若小球不脱离轨道，运动周期会增大D． T时小球距N点的距离约为
【典例4】（2021·福建·上杭县才溪中学高二阶段练习）图甲是一个单摆振动的情形，O是它的平衡位置，B、C是摆球所能到达的最远位置，设摆球向右运动为正方向，图乙是这个单摆的振动图象。根据图象回答：（1）单摆振动的频率是多大？（2）若当地的重力加速度为10m/s2，试求这个摆的摆长是多少？（结果保留两位有效数字）
【典例6】一摆长为L的单摆,在悬点正下方5L/9处有一钉子，这个单摆的周期应该怎么算？