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    高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动4 单摆课前预习ppt课件

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    这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第二章 机械振动4 单摆课前预习ppt课件,文件包含人教版高中物理选择性必修第一册第二章4单摆课件ppt、人教版高中物理选择性必修第一册第二章4单摆学案docx等2份课件配套教学资源,其中PPT共60页, 欢迎下载使用。

    1.知道什么是单摆,了解单摆的构成及单摆的回复力。2.理解单摆做简谐振动的条件,会利用图像法分析单摆的运动。3.掌握单摆的周期公式,并能够进行计算。4.经历单摆周期与摆长关系的探究过程,体会实验设计思路。5.借助单摆周期影响因素的分析,培养严谨的科学态度。
    1.单摆的组成由细线和____组成。如图所示。
    探究重构·关键能力达成
    知识点一 单摆及单摆的回复力
    2.理想化模型(1)细线的长度不可改变。(2)细线的____与小球相比可以忽略。(3)小球的____与线的长度相比可以忽略。
    提醒 在这个模型里,细线无弹性、不可伸缩、没有质量,小球是质点。
    如图所示,小球和细线构成一个单摆。
    提示:小球受重力和细线的拉力。重力沿圆弧切线的分力。
    问题1 结合简谐运动的知识,思考运动过程中小球受到几个力的作用?什么力充当小球振动的回复力?
    问题2 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?
    提示:单摆摆动中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,但不是平衡状态,所以加速度不等于零。
    1.单摆的受力分析(1)单摆受力:受细线拉力和重力作用。(2)向心力来源:细线拉力和重力沿径向分力的合力。(3)回复力来源:重力沿圆弧切线方向的分力F=mg sin θ,提供了使摆球振动的回复力。
    3.单摆做简谐运动的规律(1)单摆做简谐运动的位移-时间( x-t )图像是一条正弦(或余弦)曲线。(2)单摆振动过程中各量的变化特点。
    【典例1】 如图所示,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,所受合力也为零B.摆球在A点和C点处,速度为零,所受回复力也为零C.摆球在B点处,速度最大,所受回复力也最大D.摆球在B点处,速度最大,细线拉力也最大
    D [摆球在重力和细线拉力作用下沿圆弧AC做圆周运动,在最高点A、C处速度为零,所受合力不为零,A错误;在最低点B处速度最大,所需向心力最大,重力沿细线方向的分力最大,细线的拉力最大,D正确;回复力F=mgsin θ,其中θ为摆线偏离竖直方向的角度,所以摆球在摆动过程中,在最高点A、C处回复力最大,在最低点B处回复力为零,故B、C错误。]
    [跟进训练]1.(多选)如图所示为均匀小球在做单摆运动,平衡位置为O点,A、B为最大位移处,M、N点关于O点对称。下列说法正确的是(  )A.小球受重力、绳子拉力和回复力B.小球所受合外力就是单摆的回复力C.小球在O点时合外力不为0,回复力为0D.小球在M点的位移与小球在N点的位移大小相等
    CD [小球只受两个力:重力、绳子拉力,A错误;单摆的回复力由重力沿运动方向的分力提供,B错误;单摆在O点时,回复力为0,但合外力不为0,合外力指向运动轨迹的圆心,C正确;根据运动的对称性可知,选项D正确。]
    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周期与振幅____。③摆长越长,周期____;摆长越短,周期____。
    2.周期公式 (1)提出:由荷兰物理学家______首先提出的。(2)公式:T=______,即单摆做简谐运动的周期T与摆长l的二次方根成____,与重力加速度g的二次方根成____,而与振幅、摆球质量无关。
    提醒 1.单摆的周期只与其摆长和当地的重力加速度有关,而与振幅和摆球质量无关,它又叫作单摆的固有周期。单摆周期公式的成立条件为摆角θ<5°。2.周期为2 s的单摆叫作秒摆。秒摆的摆长约为1 m。
    意大利的物理学家伽利略在观察吊灯摆动现象时发现摆的等时性原理,即在摆角小于5°时,不论摆钟摆动幅度大些还是小些,完成一次摆动的时间都是相同的。请你利用自己的脉搏和身边的器材重复伽利略的实验。问题1 同一个摆振动的快慢与摆的振幅有无关系?
    问题2 振动的快慢与摆锤的轻重有无关系?
    问题3 振动的快慢与摆线长短有关吗?
    提示:有关。摆线越长,振动越慢,摆线越短振动越快。
    b.若单摆系统处在非平衡状态(如加速、减速、完全失重状态),如单摆处在向上加速发射的航天器内,设航天器加速度为a,此时摆球处于超重状态,沿圆弧切线方向的回复力变大,摆球质量不变,则重力加速度的等效值g′=g+a。
    【典例2】 (多选)甲、乙两个单摆的振动图像如图所示。根据振动图像可以断定(  )A.若甲、乙两单摆在同一地点摆动,甲、乙两单摆摆长之比是9∶4B.甲、乙两单摆振动的频率之比是3∶2C.甲、乙两单摆振动的周期之比是2∶3D.若甲、乙两单摆在不同地点摆动,但摆长相同,则甲乙两单摆所在地点的重力加速度之比为9∶4
    【典例3】 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,下列判断正确的是(  )A.T1>T2>T3>T4 B.T1<T2=T3<T4C.T1>T2=T3>T4  D.T1<T2<T3<T4
    1.某单摆由1 m长的摆线连接一个直径为2 cm的铁球组成。关于单摆周期,下列说法中正确的是(  )A.用大球替代小球,单摆的周期不变B.摆角从5°改为3°,单摆的周期会变小C.用等大的铜球替代铁球,单摆的周期不变D.将单摆从赤道移到北极,单摆的周期会变大
    应用迁移·随堂评估自测
    2.(多选)将一单摆向左拉至水平标志线上,从静止释放,当摆球运动到最低点时,摆线碰到障碍物,摆球继续向右摆动。用频闪照相机拍到如图所示的单摆运动过程的频闪照片,以下说法正确的是(  )
    A.这个实验动能和势能可以相互转化,转化过程中机械能守恒B.摆线碰到障碍物前后的摆长之比为9∶4C.摆球经过最低点时,线速度不变,做圆周运动的半径减小,摆线张力变大D.摆球经过最低点时,角速度变大,做圆周运动的半径减小,摆线张力不变
    3.如图所示,光滑圆槽的半径R远大于小球运动的弧长。甲、乙、丙三个小球(均可视为质点)同时由静止释放,开始时,甲球比乙球离槽最低点O远些,丙球在槽的圆心处。则以下关于它们第一次到达点O的先后顺序的说法正确的是(  )A.乙先到,然后甲到,丙最后到B.丙先到,然后甲、乙同时到C.丙先到,然后乙到,甲最后到D.甲、乙、丙同时到
    回归本节知识,自我完成以下问题:1.单摆看成简谐运动的条件是什么?
    提示:摆角θ较小(θ≤5°),θ≈sin θ。
    2.单摆的回复力是由哪个力提供?
    提示:重力垂直于摆线的分力。
    3.单摆的周期由哪些因素决定?
    提示:摆长、重力加速度。
    4.单摆周期的表达式是什么?
    伽利略发现单摆的等时性1564年2月15日,伟大的物理学家伽利略出生于意大利比萨城的一个没落贵族家庭。他出生后不久,全家就移居到佛罗伦萨近郊的一个地方。在那里,伽利略的父亲万桑佐开了一个店铺,经营羊毛生意。
    阅读材料·拓宽物理视野
    孩提时的伽利略聪明可爱,好奇心极强。他从不满足于别人告诉的道理,喜欢亲自探索、研究和证明问题。对于儿子的这些表现,万桑佐高兴极了,希望伽利略长大后从事医生职业。1581年,万桑佐就把伽利略送到比萨大学学医。可是,伽利略对医学没有兴趣,他把相当多的时间用于钻研古希腊的哲学著作,学习数学和自然科学。
    1582年的一天,伽利略偶然观察到一个大吊灯在来回摆动。伽利略聚精会神地观察着,脑海里突然闪出测量吊灯摆动时间的念头,凭着学医的经验,伽利略把右手指按到左腕的脉搏上计时,同时数着吊灯的摆动次数。起初,吊灯在一个大圆弧上摆动,摆动速度较大,伽利略测算来回摆动一次的时间。过了一阵子,吊灯摆动的幅度变小了,摆动速度也变慢了,此时,他又测量了来回摆动一次的时间。让他大为吃惊的是,两次测量的时间是相同的。于是伽利略继续测量,直到吊灯几乎停止摆动时才结束。每次测量的结果都表明来回摆动一次需要相同的时间。通过这些测量,伽利略发现:吊灯来回摆动一次需要的时间与摆动幅度的大小无关,无论摆幅大小如何,来回摆动一次所需时间是相同的,即吊灯的摆动具有等时性。
    问题1.吊灯摆动的快慢与吊灯的摆动幅度有关吗?
    2.上述吊灯的摆动快慢的现象说明什么?
    提示:吊灯的摆动具有等时性。
    题组一 单摆的回复力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.摆线不伸缩C.摆球的直径比摆线长度小得多D.摆角小于5°
    课时分层作业(九) 单摆
    ABC [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,D错误。]
    2.振动着的单摆的摆球通过平衡位置时,关于小球受到的回复力、合力及加速度的说法中正确的是(  )A.回复力为零,合力也为零B.回复力不为零,方向沿轨迹的切线C.合力不为零,方向沿轨迹的切线D.合力不为零,加速度不为零,方向指向悬点
    D [当摆球通过平衡位置时,回复力为零,但是小球依然做圆周运动,合力提供向心力,因此合力不为零,方向指向圆心,A、B、C错误;摆球通过平衡位置时有方向指向圆心的合力,故加速度不为零,方向指向圆心,即悬点,D正确。]
    5.如图所示,一漏斗装满沙子,用细线悬挂该漏斗做成一单摆。在漏斗小角度摆动,沙子缓慢漏出时,沿O1O2方向匀速拉动木板,漏出的沙子在木板上形成图示曲线,不计漏斗摆动时所受的阻力,则在漏斗摆动过程中,下列说法正确的是(  )
    A.摆动的周期增大B.摆动的周期减小C.摆动的周期先增大后减小D.摆动的周期不变
    6.如图所示,一小球在光滑槽内做简谐运动,下述方法可使小球的振动加快的是(  )A.减小小球的振幅B.增大光滑圆槽的半径C.增大小球的振幅D.减小光滑圆槽的半径
    9.在盛沙的漏斗下方放一木板,让漏斗在纸面内摆动起来,假设漏斗中细沙匀速流出,经过一段时间后,观察木板上沙子的堆积情况,不考虑空气阻力,则沙堆的剖面(纸面内)应是下列选项中的(  )
    A      B       C     D
    B [不考虑空气阻力,漏斗在从最左端向最右端运动和从最右端向最左端运动时,到达中间位置时运动速度最快,漏到木板上的细沙最少,从中间到两端运动时漏斗运动的速度逐渐变慢,故漏到木板上的细沙越来越多,B正确。]
    10.(2022·浙江卷)图甲中的装置水平放置,将小球从平衡位置O拉到A后释放,小球在O点附近来回振动;图乙中被细绳拴着的小球由静止释放后可绕固定点来回摆动。若将上述装置安装在太空中的我国空间站内进行同样操作,下列说法正确的是(  )A.甲图中的小球将保持静止B.甲图中的小球仍将来回振动C.乙图中的小球仍将来回摆动D.乙图中的小球将做匀速圆周运动
    B [装置在太空中处于完全失重状态,一切与重力有关的现象都将消失,但题图甲中的小球依然受弹簧的弹力作用,故仍将来回振动,选项A错误,B正确;题图乙中的小球在地面上由静止释放时,所受的回复力是重力的分量,而在空间站中处于完全失重状态,回复力为零,则小球由静止释放后,小球仍静止,选项C、D错误。]
    11.(多选)小明用同一实验器材(悬挂点高度、摆长、小球均相同),进行了两次单摆实验(摆角均小于5°),如图所示,第一次实验中,将小球从A处静止释放,第二次实验中,将小球从B处静止释放,下列说法正确的是(  )A.第一次实验中单摆的摆动周期较长B.若仅更换质量更大的小球,单摆周期不变C.相比第二次实验,第一次实验中小球在最低点的重力势能更大D.相比第二次实验,第一次实验中小球在最低点时,细绳对小球的拉力更大
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