【課件】單擺+課件高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

2.4單擺選擇性必修第一冊新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)1.知道單擺是一種理想化模型，理解單擺模型的條件，能將實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)化為單擺模型。2.能通過理論推導，判定單擺小角度振動時的運動特點。3.在探究單擺的周期與擺長的定量關系時，能分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、形成合理的結(jié)論，能用已有的物理知識解釋相關現(xiàn)象。4.知道單擺周期與擺長、重力加速度的關系，能運用起解決相關實際問題。學習目標重點難點難點新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)擺動的鐘擺、蕩起的秋千，它們在平衡位置附近做往復運動，這種運動是不是簡諧運動呢？帶著這個問題，讓我們認識一個新的模型——單擺。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解一、單擺2.特點：(3)擺線：細而長、不可伸長(1)懸點：固定(2)擺球：體積小、質(zhì)量大擺長：L=L0+R注意：實際應用的單擺小球大小不可忽略。1.定義：細線一端固定在懸點，另一端系一個小球，如果細線的質(zhì)量與小球相比可以忽略；球的直徑與線的長度相比也可以忽略，這樣的裝置就叫做單擺。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解一、單擺3.單擺是實際擺的理想化模型(1)擺線質(zhì)量m遠小于擺球質(zhì)量M，即m<<M

。(3)擺球所受空氣阻力遠小于擺球重力及繩的拉力，可忽略。(2)擺球的直徑d遠小于單擺的擺長Ｌ，即d<<Ｌ。(4)擺線的伸長量很小，可以忽略。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解一、單擺鐵鏈粗棍上細繩掛在

細繩橡皮筋

2341OO’長細線

5鋼球?學以致用：下列裝置能否看作單擺？新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解一、單擺思考：單擺振動的運動性質(zhì)是簡諧運動嗎？方法一：從單擺的振動圖象（x-t圖像）判斷如圖，細線下懸掛一除去柱塞的注射器，其內(nèi)裝上墨汁。注射器擺動時，沿垂直擺動方向勻速拖動木板，觀察注射器噴出的墨跡圖像。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解一、單擺注意：表達式計時開始位移為0，隨后位移增加并為正；將每一個點的位移時間（測量值）數(shù)值代入表達式中，比較測量值與函數(shù)值是否相等，若可視相等，則為正弦曲線。假設法:假定圖像為正弦曲線，測量振幅與周期，寫出正弦函數(shù)表達式。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解一、單擺CBAOθTGG2G1思考：單擺平衡位置在哪？哪個力提供回復力？1.平衡位置：最低點O2.受力分析:如圖3.回復力來源：重力沿切線方向的分力G2方法二：從單擺的受力特征判斷切向：法向：（向心力）（回復力）

新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解二、單擺的回復力

xmgTF回=mgsinθ

單擺的回復力為重力沿圓弧切向的分力：可見，在擺角很小（θ＜50）的情況下，單擺做簡諧振動。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解二、單擺的回復力擺角θ正弦值弧度值

1°0.017540.01745

2°0.034900.03491

3°0.052340.05236

4°0.069760.06981

5°0.087160.08727

6°0.104530.10472

7°0.121870.12217

8°0.139170.13963在擺角小于5度的條件下：Sinθ≈θ（弧度值）新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解二、單擺的回復力

O思考：擺球運動到最低點O（平衡位置）時回復力是否為零？合力是否為零？平衡位置：

x=0，

，回復力為零

，合外力不為零FTG新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解三、單擺的周期猜想？振幅

質(zhì)量

擺長重力加速度

單擺振動的周期與哪些因素有關呢？思考新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解三、單擺的周期實驗方法:控制變量法實驗1：擺球質(zhì)量相同，擺長L相同，觀察周期T與振幅的關系？結(jié)論：單擺的振動周期與其振幅無關(等時性)。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解三、單擺的周期伽利略的發(fā)現(xiàn)：18歲的伽利略在比薩大學念書時，一次偶然的機會觀察到教堂的吊燈發(fā)生了輕微的擺動，隨著擺幅的縮小，吊燈的擺動周期似乎沒有發(fā)生變化。經(jīng)過思考，他想到一個辦法進行驗證。如果你是伽利略，你打算如何驗證自己的想法？

伽利略所處的年代還沒有手表或者電子計時器，他使用的是人體的脈搏計時，只能半定量地判斷出擺動時的周期不變，但無法測量出擺動的具體周期。

今天我們可以用哪些工具來測量時間？

秒表、打點計時器、手機、傳感器等新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解三、單擺的周期實驗方法:控制變量法實驗2：擺長L相同，振幅相同，觀察周期T與擺球質(zhì)量的關系？結(jié)論：單擺的振動周期與擺球質(zhì)量無關。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解三、單擺的周期實驗方法:控制變量法實驗3：擺球質(zhì)量相同，振幅相同，觀察周期T與擺長L的關系？結(jié)論：單擺的振動周期與其擺球質(zhì)量有關。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解三、單擺的周期用秒表測量單擺完成30次全振動（或50次）所用的時間t，求出完成一次全振動所需要的時間，這個平均時間就是單擺的周期。測周期：把單擺從平衡位置拉開一個角度（θ＜5o）放開它。次數(shù)n12345擺線長L球直徑d擺長l周期T新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解三、單擺的周期在同一個地方，單擺周期T與擺球質(zhì)量和振幅無關，僅與擺長l有關系，且擺長越長，周期越大。荷蘭物理學家惠更斯（1629-1695）通過實驗進一步得到：單擺做簡諧運動的周期T與擺長L的二次方根成正比，與重力加速度g的二次方根成反比，與振幅、擺球質(zhì)量無關．單擺的周期公式：新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解四、單擺的應用１.利用單擺的等時性計時惠更斯在1656年首先利用擺的等時性發(fā)明了帶擺的計時器（1657年獲得專利權）。2.用單擺測定重力加速度（第5節(jié)內(nèi)容）新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解四、單擺的應用3.幾種常見的擺圓槽擺釘擺圓錐擺新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解四、單擺的應用4.物理之美：試用本節(jié)所學內(nèi)容解釋下圖中的現(xiàn)象。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解四、單擺的應用5.秒擺:周期為2s的單擺為秒擺。試計算出秒擺的擺長？（g=9.8m/s2)l≈1m6.一位廣州人去哈爾濱旅游，在一家大型超市以高價購買了一臺精致的擺鐘，買的時候發(fā)現(xiàn)它走時很準?；氐綇V州不到兩天就走時相差一分多鐘。于是大呼上當，心里極其氣憤。后來，他求助了“消費者權益保護協(xié)會”，準備與該超市打一場索賠官司，消費者協(xié)會調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品貨真價實，那么問題出在哪兒呢？你能為這位廣州人指點迷津嗎？提示：兩地的重力加速度g不同。新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解科學漫步從日晷到原子鐘我國制造的空間冷原子鐘日晷新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解典例分析【典例1】（2022·江蘇南通·高三階段練習）如圖所示，小球在半徑為R的光滑球面上的A、B之間作小角度的往返運動，則（

）A．小球的質(zhì)量越大，其振動的頻率越大B．OA、OB之間夾角越小，小球振動的頻率越小C．球面半徑R越大，小球振動的頻率越小D．將整個裝置移至我國空間站“天和”核心艙中，小球振動的頻率減小【正確答案】C新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解典例分析【典例2】（2022·湖南·高二階段練習）(多選）兩個單擺的懸掛位置的高度相同，其擺球質(zhì)量相等，它們做簡諧運動的振動圖像如圖所示．關于兩單擺的擺動情況，下列說法中錯誤的是（）A．擺動周期有 B．擺長有C．擺動過程中的t1時刻，擺角相等 D．擺動過程中的t2時刻，兩擺球有最大勢能差【正確答案】BC新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解典例分析【典例3】水平地面上固定一段光滑絕緣圓弧軌道，過軌道左端N點的豎直線恰好經(jīng)過軌道的圓心（圖中未畫出），緊貼N點左側(cè)還固定有絕緣豎直擋板。自零時刻起將一帶正電的小球自軌道上的M點由靜止釋放。小球與擋板碰撞時無能量損失，碰撞時間不計，運動周期為T，MN間的距離為L并且遠遠小于軌道半徑，重力加速度為g，以下說法正確的是（）A．圓弧軌道的半徑為B．空間加上豎直向下的勻強電場，小球的運動周期會增大C．空間加上垂直紙面向里的勻強磁場，若小球不脫離軌道，運動周期會增大D．

T時小球距N點的距離約為【正確答案】A新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解典例分析【典例4】（2021·福建·上杭縣才溪中學高二階段練習）圖甲是一個單擺振動的情形，O是它的平衡位置，B、C是擺球所能到達的最遠位置，設擺球向右運動為正方向，圖乙是這個單擺的振動圖象。根據(jù)圖象回答：（1）單擺振動的頻率是多大？（2）若當?shù)氐闹亓铀俣葹?0m/s2，試求這個擺的擺長是多少？（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）新課導入知識講解隨堂練習拓展延伸課堂小結(jié)布置作業(yè)新課導入知識講解典例分析【典例5】一擺長為L的單擺,在懸點正下方5L/9處有一釘子，這個單擺的周期應該怎么