高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册摆教课ppt课件

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册摆教课ppt课件，共60页。
情境导学 伽利略看到吊灯不停地摆动，他用脉搏计量时间，仔细观察吊灯的摆动，终于发现了吊灯摆动的规律.后来，惠更斯研究了单摆的振动，确定了单摆做简谐运动的周期公式.
知识点1 单摆及其运动规律
（1）定义 如图2-3-1所示，细线下面悬挂一个小球，若忽略细线长度的微小变化和质量，且线长比球的直径大得多，这样的装置就叫作单摆.（【说明】单摆是一个理想化模型：摆球是质点，摆线无形变、无质量.）
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（2）实际摆看成单摆的条件
2 单摆的回复力
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特别提醒 1.摆球做两个运动：一是在平衡位置两侧做往复运动，二是绕悬点做圆周运动.2.摆球的回复力来源于重力沿圆弧切线方向上的分力，而不是摆球所受到的合力.（ 除最高点外（在最高点，摆球速度为零，所需向心力为零，此时回复力等于摆球受到的合力））.3.当摆球经过平衡位置时，回复力为零，而其所受合力不为零，此时合力提供摆球做圆周运动的向心力.
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例1-1 （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.摆线长度不伸缩C.摆球的直径比摆线长度小得多D.只要是单摆的运动就是简谐运动
知识点2 通过实验探究单摆的周期和摆长的关系
（3）实验过程 如图2-3-4所示，在两个铁架台的横梁上分别固定一个单摆，按照以下几种情况，把它们拉起一定角度后同时释放，观察两摆的振动快慢.
①两摆的摆球质量、摆长相同，振幅不同. ②两摆的摆长、振幅相同，摆球质量不同. ③两摆的振幅、摆球质量相同，摆长不同.
（4）结论 单摆做简谐运动的周期与摆长有关，摆长越长，周期越大，周期与摆球的质量和振幅无关.
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例2-3 （2024·辽宁大连期中）某兴趣小组做“探究单摆周期与摆长的关系”的实验.
（1）摆线要选择细些的、伸缩性____些的，摆球要选择质量大些的、体积____些的.（选填“大”或“小”）
【解析】摆线要选择细些的、伸缩性小些的；摆球要选择质量大些的、体积小些的.
（4）某同学根据实验数据作出的图像如图2-3-5所示．造成图像不过坐标原点的原因可能是_____.
A.摆长测量值偏大B.摆长测量值偏小C.周期测量值偏大D.周期测量值偏小
【解析】若周期测量值准确，与过坐标原点的图像比较，摆长测量值偏小，故B正确，A错误；若摆长测量值准确，
与过坐标原点的图像比较，周期的测量值偏大，故C正确，D错误.
知识点3 单摆做简谐运动的周期公式
圆弧切线方向无分力，这种情况下单摆的周期不变.如图2-3-9所示，带电小球受到的库仑力始终沿半径方向，会影响到摆球所受的向心力，但对摆球的回复力没有影响，这时，单摆的周期与摆球不带电时相同.
深度理解圆弧摆和圆锥摆
A.频率不变，振幅不变B.频率改变，振幅变大C.频率改变，振幅不变D.频率不变，振幅变小
例3-6 如图2-3-13所示的几个相同的单摆在不同条件下，关于它们的周期关系，下列选项判断正确的是( )
题型1 单摆周期公式的理解及应用
（1）单摆的振动周期；
建构导图明思路
（2）
（3）
【解析】
题型2 等效摆长和等效重力加速度问题
［第4步：求加电场时的重力加速度］若小球带正电，并加一沿斜面向下的匀强电场，则摆球静止在平衡位置时，受力分析如图2-3-19所示.
等效摆长：摆球的轨迹圆弧的圆心到摆球重心的距离.
微专题 摆钟的快慢变化及调整方法
3 摆钟快慢调整的方法 （1）摆钟变快说明周期变小,应增大摆长.（2）摆钟变慢说明周期变大,应减小摆长.
例10 ［人教版教材习题改编］惠更斯利用单摆的等时性原理制成了第一座摆钟.如图2-3-21甲所示为日常生活中我们常见到的一种摆钟，图乙为摆钟的结构示意图，圆盘固定在摆杆上，螺母可以沿摆杆上下移动，摆钟的摆动可看作单摆运动，下列说法正确的是( )
考向1 对等效摆长的理解
本题考查单摆、共点力平衡等知识，要求考生掌握单摆的周期公式，并能求出单摆的等效摆长，且会运用力学方法分析小球的平衡问题，体现了高考对物理观念和科学思维的考查.
考向2 单摆的振动图像问题
本题以单摆的振动图像为背景命题，要求考生会读图，能从图像中获取解题所需信息，并能根据单摆的振动图像计算其摆长和最大偏角.
考法解读 单摆是简谐运动的典型模型之一，也是丰富学生运动与相互作用观念的重要知识载体.依据单摆模型可设计多种科学探究问题，例如，可以设计探究单摆的周期与摆长之间的关系，也可以考查根据单摆周期公式测量重力加速度，除常规实验外，还可以将实际生活中的小幅摆动问题与单摆模型类比，迁移单摆模型的相关原理，设计创新实验.
（4）请写出一条提高该实验精度的改进措施:___________________________________________________________________________________________________.
用游标卡尺测量外径、换用更光滑的硬质水平桌面、增加所测周期数、适当减小摆动的幅度（写出一条即可）
【解析】
考法创新 本题以一套半圆拱形七色彩虹积木为素材，创设了探究积木小幅摆动的周期与外径关系的科学探究问题情境，考查考生的实验探究能力和模型迁移能力，突出了对创新性的考查.第（3）问结合函数图像考查考生利用数学知识解决物理问题的能力，突出了不同学科知识的融合；第（4）问设计了一个提高实验精度的开放性问题，考查考生对实验的分析、改进能力，鼓励考生从多角度思考问题.
习题课丨学业质量测评
2.［链接教材第42页“发展空间”］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.
【解析】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的过程中，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.
A.摆球往返运动一次的周期和无钉子时的相同B.摆球在左、右两侧上升的最大高度一样C.摆球在平衡位置左右两侧经过的最大弧长相等D.摆球在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍
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
9.在探究单摆运动的实验中：
（2）单摆振动的回复力是___.
A.摆球所受的重力B.摆球重力在垂直摆线方向上的分力C.摆线对摆球的拉力D.摆球所受重力和摆线对摆球拉力的合力
【解析】单摆振动的回复力是摆球重力在垂直摆线方向的分力，故B正确，A、C、D错误.
（3）下列说法正确的是_____.
（1）当小球静止时，求小球对轨道的压力大小.
（1）单摆振动的频率是多大?
（2）单摆的摆长是多少？