物理選修單擺

物理選修課件單擺第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月過程與方法理解并記憶單擺的周期公式，能用單擺的周期公式測定重力加速度。情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．培養(yǎng)學(xué)生利用理想化模型解題，并注意與實(shí)際模型的聯(lián)系。2．培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的探索精神。第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1.用細(xì)線懸掛一個(gè)小球，如果細(xì)線的質(zhì)量與小球相比可以忽略，球的________與線的________相比可以忽略，這樣的裝置就叫做________。2．在偏角很小的情況下，擺球所受的回復(fù)力與它________的位移成正比，方向總是指向________，因此單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)。第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3．單擺的周期公式是T＝________，由此式可知，單擺的周期與________、擺球________無關(guān)。4．用單擺測定重力加速度：由單擺周期公式可得g＝________，如果測出單擺的擺長l、周期T，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。?頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：1．直徑長度單擺2．偏離平衡位置平衡位置第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月知識(shí)點(diǎn)1 單擺(1)單擺是一個(gè)理想化模型：用一根不可伸長且沒有質(zhì)量的細(xì)線懸掛一質(zhì)點(diǎn)所組成的裝置，叫做單擺，它是實(shí)際擺的理想化模型。(2)實(shí)際擺在滿足下列條件時(shí)可看成是單擺。①擺線的形變量與擺線長度相比可忽略，懸線的質(zhì)量與擺球質(zhì)量相比可忽略，這時(shí)可把擺線看成是不可伸長，且沒有質(zhì)量的。第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月②擺球的大小與擺線長度相比可忽略，這時(shí)可把擺球看成是沒有大小只有質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)。(3)單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的條件：小球擺到最高點(diǎn)時(shí)，細(xì)線與豎直方向的夾角叫偏角。偏角很小(θ＜10°)時(shí)，單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)。第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【例1】單擺是為了研究振動(dòng)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(jì)B．?dāng)[線長度不伸縮C．?dāng)[球的直徑比擺線長度短得多D．只要是單擺的運(yùn)動(dòng)就是一種簡諧運(yùn)動(dòng)【答案】A、B、C第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】一根不可伸長的且沒有質(zhì)量的細(xì)線懸掛一質(zhì)點(diǎn)組成的裝置，我們稱作單擺，它是一個(gè)理想化模型，所謂理想化是指細(xì)線不伸長且無質(zhì)量，小球的大小不計(jì)可視為質(zhì)點(diǎn)，故A、B、C正確；單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的條件是細(xì)線與豎直方向夾角很小，一般θ＜10°，故D項(xiàng)錯(cuò)誤?！舅季S點(diǎn)悟】此題考查了單擺理想化模型及單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的條件，對這兩點(diǎn)應(yīng)理解掌握。第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月知識(shí)點(diǎn)2 單擺的回復(fù)力如圖11－4－1所示，擺球受重力mg和繩子拉力F′兩個(gè)力作用，將重力按切線方向和徑向正交分解，則繩子的拉力F′與重力的徑向分量的合力提供了擺球做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，而重力的切向分力F提供了擺球振動(dòng)所需的回復(fù)力F＝mgsinθ。第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖11－4－1第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：擺球所受的回復(fù)力是合力沿圓弧切線方向的分量(等于重力沿圓弧切線方向的分量)，而不是合力，因此擺球經(jīng)平衡位置時(shí)，只是回復(fù)力為零，而不是合力為零(合力不為零)，此時(shí)合力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。實(shí)質(zhì)上運(yùn)動(dòng)過程中沿繩方向上的合力一直提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【例2】下列關(guān)于單擺的說法，正確的是 (

)A．單擺擺球從平衡位置運(yùn)動(dòng)到正向最大位移處時(shí)的位移為A(A為振幅)，從正向最大位移處運(yùn)動(dòng)到平衡位置時(shí)的位移為－AB．單擺擺球的回復(fù)力等于擺球所受的合外力C．單擺擺球的回復(fù)力是擺球重力沿圓弧切線方向的分力D．單擺擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)加速度為零【答案】C第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】簡諧運(yùn)動(dòng)中的位移是以平衡位置作為起點(diǎn)，擺球在正向最大位移處時(shí)位移為A，在平衡位置時(shí)位移應(yīng)為零。擺球的回復(fù)力由合外力沿圓弧切線方向的分力(等于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，擺球經(jīng)最低點(diǎn)(振動(dòng)的平衡位置)時(shí)回復(fù)力為零，但向心力不為零，所以合外力不為零(擺球到最高點(diǎn)時(shí)，向心力為零，回復(fù)力最大，合外力也不為零)。第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【思維點(diǎn)悟】單擺經(jīng)過平衡位置時(shí)所受合外力不為零，此時(shí)回復(fù)力為零，但向心力不為零，合外力剛好提供向心力，所以此時(shí)擺球加速度不為零。這與彈簧振子有所不同，彈簧振子經(jīng)過平衡位置時(shí)，所受合外力為零，因此加速度為零。第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月對應(yīng)練習(xí)1．下列有關(guān)單擺運(yùn)動(dòng)過程中的受力說法，正確的是(

)A．單擺運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力是重力和擺線拉力的合力B．單擺運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向的一個(gè)分力C．單擺過平衡位置的合力為零D．單擺運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力是擺線拉力的一個(gè)分力第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：單擺運(yùn)動(dòng)是在一段圓弧上運(yùn)動(dòng)，因此單擺運(yùn)動(dòng)過程中不僅有回復(fù)力，而且有向心力，即單擺運(yùn)動(dòng)的合外力不僅要提供回復(fù)力，而且要提供向心力，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；單擺的回復(fù)力是重力沿圓弧切線方向的一個(gè)分力，而不是擺線拉力的分力，故選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤；單擺過平衡位置時(shí)，回復(fù)力為零，向心力最大，故其合外力不為零，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案：B第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月知識(shí)點(diǎn)3 單擺的周期荷蘭物理學(xué)家惠更斯發(fā)現(xiàn)在偏角很小的情況下，單擺的周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，而跟擺球的質(zhì)量和振幅無關(guān)，即式中l(wèi)為懸點(diǎn)到擺球球心間的距離，g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。?9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：(1)單擺的等時(shí)性：在振幅較小時(shí)，單擺的周期與單擺的振幅無關(guān)，單擺的這種性質(zhì)叫單擺的等時(shí)性，是伽利略首先發(fā)現(xiàn)的。并規(guī)定周期為2s的為秒擺。(2)單擺的周期公式在最大偏角很小時(shí)成立。(3)單擺周期公式中的g是單擺所在地的重力加速度。(4)單擺的擺長l：因?yàn)閷?shí)際的單擺擺球不可能是質(zhì)點(diǎn)，所以擺長是指從懸點(diǎn)到擺球重心的長度。對于不規(guī)則的擺動(dòng)物體或復(fù)合物體，擺長均為從懸點(diǎn)到擺動(dòng)物體重心的長度。而從懸點(diǎn)到擺線與擺球連接點(diǎn)的長度通常叫擺線長。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【例3】一個(gè)單擺的擺長為l，在其懸點(diǎn)O的正下方0.19l處有一釘子P(如圖11－4－2所示)，現(xiàn)將擺球向左拉開到A，使擺線偏角α＜10°，放手使其擺動(dòng)，求出單擺的振動(dòng)周期。圖11－4－2第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【解析】釋放后擺球到達(dá)右邊最高點(diǎn)B處，由機(jī)械能守恒知B和A等高，此時(shí)擺線偏角β＜α＜10°，則擺球始終做簡諧運(yùn)動(dòng)。擺球做簡諧運(yùn)動(dòng)的擺長有所變化，它的周期為兩個(gè)不同單擺的半周期的和，即第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【思維點(diǎn)悟】本題考查利用單擺的周期公式計(jì)算單擺周期。注意不同的擺長有不同的周期，還要注意怎樣的運(yùn)動(dòng)過程才是一個(gè)周期。第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月對應(yīng)練習(xí)2．已知在單擺a完成10次全振動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，單擺b完成6次全振動(dòng)，兩擺長之差為1.6m，則兩單擺擺長la與lb分別為 (

)A．la＝2.5m，lb＝0.9mB．la＝0.9m，lb＝2.5mC．la＝2.4m，lb＝4.0mD．la＝4.0m，lb＝2.4m第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：設(shè)單擺a、b振動(dòng)的時(shí)間為t。根據(jù)單擺振動(dòng)的周期公式，有答案：B第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖11－4－3第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2．?dāng)[鐘快慢問題的分析方法擺鐘是單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的一個(gè)典型應(yīng)用，其快慢不同是由擺鐘的周期變化引起的，分析時(shí)應(yīng)注意：(1)由擺鐘的機(jī)械構(gòu)造所決定，鐘擺每完成一次全振動(dòng)，擺鐘所顯示的時(shí)間為一定值，也就是走時(shí)準(zhǔn)確的擺鐘的周期T。第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)在擺球機(jī)械構(gòu)造不變的前提下，走時(shí)快的擺鐘，在給定時(shí)間內(nèi)全振動(dòng)的次數(shù)多，周期小，鐘面上顯示的時(shí)間快。走時(shí)慢的擺鐘，給定時(shí)間內(nèi)全振動(dòng)的次數(shù)少，周期大，鐘面上顯示的時(shí)間就慢。因鐘面顯示的時(shí)間總等于擺動(dòng)次數(shù)乘以準(zhǔn)確擺鐘的周期TS，即t顯＝N·TS，所以在同一時(shí)間t內(nèi)，鐘面指示時(shí)間之比等于擺次數(shù)之比。(3)無論擺鐘走時(shí)是否準(zhǔn)確，鐘面上顯示的時(shí)間t顯＝N·TS，其中TS為走時(shí)準(zhǔn)確擺鐘的周期，N為全振動(dòng)的次數(shù)。對于走時(shí)不準(zhǔn)確的擺鐘，要計(jì)算全振動(dòng)的次數(shù)，不能用鐘面上顯示的時(shí)間除以其周期，而應(yīng)以準(zhǔn)確時(shí)間除以其周期，即N非＝t/T非。第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月【例5】將在地面上校準(zhǔn)的擺鐘拿到月球上去，若此鐘在月球上記錄的時(shí)間是1h，那么實(shí)際的時(shí)間是多少？若要在月球上使該鐘與地面上時(shí)一樣準(zhǔn)，應(yīng)如何調(diào)節(jié)？(已知g月＝