2022年秋新教材高中物理第二章機(jī)械振動第三節(jié)單擺課件粵教版選擇性必修第一冊

第三節(jié)單擺一、單擺1．填一填(1)定義：懸掛物體的繩子的伸縮和質(zhì)量可以忽略不計，繩長比物體的尺寸大很多，物體可以看作質(zhì)點(diǎn)，這樣的裝置可以看作單擺。(2)單擺是一種理想化模型。(3)單擺的擺角小于

___，單擺的擺動可近似看成

。5°簡諧運(yùn)動(4)單擺的回復(fù)力。

①來源：重力mg沿圓弧切線方向的

。

②大?。篎＝

。2．判一判(1)單擺擺球受重力、擺線的拉力、回復(fù)力、向心力作用。

()(2)單擺擺球受的回復(fù)力最大時，向心力為0；回復(fù)力為0時，向心力最大。

()(3)單擺的回復(fù)力就是擺球的向心力。

()分力mgsin

θ×√×3．選一選在如圖所示的裝置中，可視為單擺的是

(

)解析：單擺的懸線要求無彈性、直徑小且質(zhì)量可忽略，故A正確，B、C錯誤；懸點(diǎn)必須固定，故D錯誤。答案：A控制變量(4)單擺的周期與裝置的固有因素有關(guān)，和外界條件無關(guān)，故單擺的周期也叫作單擺的

周期。(5)彈簧振子的簡諧運(yùn)動的周期和頻率也是固有的，與彈簧振子的

和振子質(zhì)量有關(guān)。2．判一判(1)單擺擺球的質(zhì)量越大，周期越小。

()(2)單擺的擺線越長，周期越大。

()(3)單擺的振幅越大，周期越大。

()固有勁度系數(shù)×√×3．想一想如圖，某同學(xué)家中有一架擺鐘。(1)若發(fā)現(xiàn)擺鐘走得較慢，應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)鐘擺？(2)將擺鐘從北京帶到廣州，擺鐘走的快了，還是慢了？探究(一)單擺的回復(fù)力及運(yùn)動特征[問題驅(qū)動]如圖所示，小球和細(xì)線構(gòu)成一個單擺，運(yùn)動過程中小球受到幾個力的作用？什么力充當(dāng)了小球振動的回復(fù)力？

提示：小球受兩個力的作用：重力和細(xì)線的拉力。重力沿圓弧切線方向的分力G1＝mgsinθ，提供了使小球振動的回復(fù)力，如圖所示。[重難釋解]1．單擺的回復(fù)力如圖所示，重力G沿圓弧切線方向的分力G1＝mgsinθ是沿擺球運(yùn)動方向的力，正是這個力提供了使擺球振動的回復(fù)力F＝G1＝mgsinθ。典例1圖中O點(diǎn)為單擺的固定懸點(diǎn)，現(xiàn)將擺球(可視為質(zhì)點(diǎn))拉至A點(diǎn)，此時細(xì)線處于張緊狀態(tài)，釋放擺球，擺球?qū)⒃谪Q直平面內(nèi)的A、C之間來回擺動，B點(diǎn)為運(yùn)動中的最低位置，則在擺動過程中

(

)A．?dāng)[球在A點(diǎn)和C點(diǎn)處，速度為0，合力也為0B．?dāng)[球在A點(diǎn)和C點(diǎn)處，速度為0，回復(fù)力也為0C．?dāng)[球在B點(diǎn)處，速度最大，回復(fù)力也最大D．?dāng)[球在B點(diǎn)處，速度最大，細(xì)線拉力也最大[解析]

擺球在擺動過程中，最高點(diǎn)A、C處速度為0，回復(fù)力最大，合力不為0，故A、B錯誤；在最低點(diǎn)B，速度最大，回復(fù)力為0，擺球做圓周運(yùn)動，細(xì)線的拉力最大，故C錯誤，D正確。[答案]

D(1)擺球一邊做簡諧運(yùn)動，一邊做豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動。(2)易混淆回復(fù)力和向心力，回復(fù)力等于重力沿圓弧切線方向的分力，而向心力是沿擺線方向的合力。(3)擺球做簡諧運(yùn)動到平衡位置時，回復(fù)力等于0，而向心力最大。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)單擺是為研究振動而抽象出的理想化模型，其理想化條件是

(

)A．?dāng)[線質(zhì)量不計B．?dāng)[線長度不伸縮C．?dāng)[球的直徑比擺線長度小得多D．只要是單擺的運(yùn)動就是簡諧運(yùn)動解析：單擺由擺線和擺球組成，擺線只計長度不計質(zhì)量且擺線不伸縮，擺球直徑遠(yuǎn)小于擺線長度，A、B、C項(xiàng)正確；把單擺的運(yùn)動作為簡諧運(yùn)動來處理是有條件的，只有在偏角很小(θ<5°)的情況下才能視單擺的運(yùn)動為簡諧運(yùn)動，D項(xiàng)錯誤。答案：ABC2．下列關(guān)于單擺的說法，正確的是

(

)A．?dāng)[球從平衡位置運(yùn)動到正向最大位移處時的位移為A(A為振幅)，從正向最

大位移處運(yùn)動到平衡位置時的位移為－AB．?dāng)[球的回復(fù)力等于擺球所受的合外力C．?dāng)[球的回復(fù)力是擺球重力沿圓弧切線方向的分力D．?dāng)[球經(jīng)過平衡位置時加速度為0解析：簡諧運(yùn)動中的位移是以平衡位置作為起點(diǎn)的，擺球在正向最大位移處時位移為A，在平衡位置時位移應(yīng)為0，A錯誤；擺球的回復(fù)力由擺球重力沿圓弧切線方向的分力提供，合外力在擺線方向的分力提供向心力，B錯誤，C正確；擺球經(jīng)過最低點(diǎn)(擺動的平衡位置)時回復(fù)力為0，但向心力不為0，所以合外力不為0，加速度也不為0，D錯誤。答案：C3.一單擺做小角度擺動，其振動圖像如圖所示，以下說法正確的是

(

)A．t1時刻擺球速度最大，擺球的回復(fù)力最大B．t2時刻擺球速度為0，懸線對它的拉力最小C．t3時刻擺球速度為0，擺球的回復(fù)力最小D．t4時刻擺球速度最大，懸線對它的拉力最大解析：在t1時刻和t3時刻擺球的位移最大，回復(fù)力最大，速度為0，A、C均錯誤；在t2時刻和t4時刻擺球在平衡位置，速度最大，懸線拉力最大，回復(fù)力為0，故B錯誤，D正確。答案：D探究(二)單擺周期公式的理解和應(yīng)用[問題驅(qū)動]由于單擺的回復(fù)力是由擺球的重力沿圓弧切線方向的分力提供的，那么是否擺球的質(zhì)量越大，回復(fù)力越大，單擺擺動得越快，周期越??？3．等效擺長擺長l是指擺動圓弧的圓心到擺球重心的距離，而不一定是擺線的長。續(xù)表[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．若單擺的擺長不變，擺球的質(zhì)量減小，擺球離開平衡位置的最大擺角減小，則單擺振動的

(

)A．頻率不變，振幅不變 B．頻率不變，振幅改變C．頻率改變，振幅不變

D．頻率改變，振幅改變3. 如圖所示，甲、乙兩個體重相等的小孩玩滑梯游戲，AB為半徑很大的光滑圓槽，A、B兩點(diǎn)在同一水平高度上，且AB弧長遠(yuǎn)小于半徑，圓槽的最低點(diǎn)為O，開始時甲靜止在A點(diǎn)，乙靜止在弧OB的中點(diǎn)C，聽到哨聲兩人同時無初速滑下，則

(

)A．兩人在O點(diǎn)相遇B．兩人在O點(diǎn)左側(cè)相遇C．相遇時的動能相同D．相遇時兩人的向心加速度相同一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維1．(選自人教版新教材課后練習(xí))下圖是兩個單擺的振動圖像。

(1)甲、乙兩個擺的擺長之比是多少？ (2)以向右的方向作為擺球偏離平衡位置的位移的正方向，從t＝0起，乙第一次到達(dá)右方最大位移時，甲擺動到了什么位置？向什么方向運(yùn)動？二、注重學(xué)以致用和思維建模1．惠更斯利用擺的等時性原理制成了第一座擺鐘。如圖1所示為日常生活中我們能見到的一種擺鐘。圖2所示為擺的結(jié)構(gòu)示意圖，圓盤固定在擺桿上，螺母可以沿擺桿上下移動。在甲地走時準(zhǔn)確的擺鐘移到乙地未做其他調(diào)整時擺動加快了，下列說法正確的是

(

)A．甲地的重力加速度較大，若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向下移動B．甲地的重力加速度較大，若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向上移動C．乙地的重力加速度較大，若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向下移動D．乙地的重力加速度較大，若要調(diào)準(zhǔn)可將螺母適當(dāng)向上移動2．一個單擺的擺球偏離到最大位置時，正好遇到空中豎直下落的雨滴，雨滴均勻附著在擺球的表面，下列說法正確的是

(

)A．?dāng)[球經(jīng)過平衡位置時速度要增大，周期減小，振幅要增大B．?dāng)[球經(jīng)過平衡位置時速度沒有變化，周期減小，振幅也減小C．