人教版 (2019)选择性必修 第一册4 单摆优秀课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册4 单摆优秀课件ppt，共25页。PPT课件主要包含了知道什么是单摆，新课引入，理想化，知能提升，单摆的结构，摆线的长L0，摆长为LL0+R，思考与讨论，向心力大小，单摆的回复力等内容，欢迎下载使用。

掌握单摆振动的周期公式
利用实验探究单摆周期与摆长的关系
生活中经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内往复运动。
摆动的钟摆、荡起的秋千、晃动的枝条它们在平衡位置附近的往复运动是不是简谐运动呢？
1．单摆：用不可伸缩的细线悬挂小球，如果细线的质量与小球相比可以忽略；球的直径与线的长度相比也可以忽略。这样的装置叫做单摆。
研究条件：与小球受到的重力及绳子的拉力相比，空气等对它的阻力可以忽略.
摆长:摆球重心到摆动圆弧圆心的距离。
偏角:摆到最高点时，细线与竖直方向的夹角。
用什么方法探究单摆的振动是否为简谐运动？
1.位移与时间的关系是否满足正弦关系（x–t 图像法）
2.回复力与位移是否成正比且方向相反（F=-kx）
摆球在任一点P点时，摆角为θ，摆球对O点的位移x，从O指向P
重力沿切线方向的分力提供回复力
当θ较小时，sinθ  θ
结论：在摆角很小的情况下，摆球所受的回复力跟位移大小成正比，方向始终指向平衡位置（即与位移方向相反），因此单摆做简谐运动。
如图 ，细线下悬挂一个除去了柱塞的注射器，注射器内装上墨汁。当注射器摆动时，沿着垂直于摆动的方向匀速拖动木板，观察喷在木板上的墨汁图样。
通过图像，可看出注射器的摆动是简谐运动
单摆的周期与哪些因素有关呢？
1．单摆的周期与振幅有关
2．单摆的周期与摆球的质量有关
3．单摆的周期与摆长有关
探究一：探究周期与振幅的关系
实验表明：单摆周期与振幅无关，这是摆的等时性。
探究二：探究周期与摆球质量的关系
实验思想：相同摆长，相同尺寸、不同质量的摆球。
实验表明：单摆周期与摆球质量无关
探究三：探究周期与摆长的关系
实验思想：改变摆长，重复多次实验，记录20个周期
1．单摆的周期与振幅无关——单摆的等时性。
2．单摆的周期与摆球的质量无关。
3．单摆的周期与摆长有关——摆长越长，周期越大。
荷兰物理学家惠更斯（1629---1695）通过实验进一步找到：
单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关．
该式是个近似公式，由它算出的周期与精确值之间的差别随着偏角的增加而增加。当偏角为5º两者相差0.01%
例．一个摆长为2 m的单摆,在地球上某地振动时,测得完成100次全振动所用的时间为284 s。(1)求当地的重力加速度g的大小。(2)把该单摆拿到月球上去,已知月球上的重力加速度是1.60 m/s2,则该单摆振动周期是多少?
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、摆线的拉力作用B.摆球受重力、摆线的拉力、回复力作用C.摆球的回复力为零时,向心力最大D.摆球的回复力最大时,摆线中的拉力大小比摆球的重力大
解析:单摆在运动过程中,摆球受重力和摆线的拉力,重力沿圆弧切线的分力提供回复力,故A对、B错;在平衡位置处,回复力为零,速度最大,向心力F向= 最大,选项C正确;当回复力最大时,摆球在最大位移处,速度为零,向心力为零,则拉力等于重力沿半径方向的分力,即拉力小于重力,选项D错误。
2.下列有关单摆运动过程中的受力,说法正确的是(　　)A.单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力B.单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力C.单摆经过平衡位置时合力为零D.单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力
解析:单摆运动是在一段圆弧上运动,因此单摆运动过程不仅有回复力,而且有向心力,即单摆的合外力提供向心力,故选项A错误;单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力,而不是摆线拉力的分力,故选项B正确,D错误;单摆经过平衡位置时,回复力为零,向心力最大,故其合外力不为零,所以选项C错误。
3.(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短得多D.只要是单摆的运动就是一种简谐运动
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,选项A、B、C正确。但把单摆作为简谐运动来处理是有条件的,只有在摆角很小的情况下才能视单摆的运动为简谐运动,选项D错误。
4.下列关于单摆的说法正确的是(　　)A.单摆摆球从平衡位置运动到正向最大位移处时的位移为A(A为振幅),从正向最大位移处运动到平衡位置时的位移为-AB.单摆摆球的回复力等于摆球所受的合外力C.单摆摆球的回复力等于摆球重力沿圆弧切线方向的分力D.单摆摆球经过平衡位置时加速度为零
解析:简谐运动中的位移是以平衡位置作为起点,摆球在正向最大位移处时位移为A,在平衡位置时位移应为零。摆球的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供,线的拉力与重力沿摆线方向的分力的合力提供向心力,摆球经最低点(振动的平衡位置)时回复力为零,但向心力不为零,所以合外力不为零;摆球到最高点时,向心力为零,回复力最大,合外力也不为零。
5.将秒摆(周期为2 s的单摆)的周期变为4 s,下面哪些措施是正确的(　　)A.只将摆球质量变为原来的B.只将振幅变为原来的2倍C.只将摆长变为原来的4倍D.只将摆长变为原来的16倍