2.4單擺課件高二上學(xué)期物理人教版選擇性2

第二章

機(jī)械振動選擇性必修一2.4單擺一、單擺的回復(fù)力(1)擺線：①質(zhì)量不計(jì)②不可伸縮③長度遠(yuǎn)大于小球直徑1.定義：細(xì)線一端固定在懸點(diǎn)，另一端系一個小球，如果細(xì)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。(2)擺球：看做質(zhì)點(diǎn)（體積小，質(zhì)量大）(3)擺球所受空氣阻力遠(yuǎn)小于擺球重力及繩的拉力，可忽略不計(jì);2.理想化模型一、單擺的回復(fù)力單擺的振動是否為簡諧運(yùn)動？方法二：分析單擺的位移與時間的關(guān)系是否滿足正弦關(guān)系。方法一：分析單擺的回復(fù)力，看其與位移是否成正比并且方向相反。一、單擺的回復(fù)力方法一：驗(yàn)證F=-kxOO'

mgTQ1:單擺的平衡位置在哪？位移如何表示？Q2:小球擺到最高點(diǎn)時，是否是平衡態(tài)？Q3:單擺的回復(fù)力由什么力提供？切向：法向：（向心力）（回復(fù)力）

一、單擺的回復(fù)力

弧長≈xF=mgsinθ位移方向與回復(fù)力方向相反sinθ≈θ=弧長/L【結(jié)論】在擺角很?。é龋?°）的情

況下，單擺做簡諧運(yùn)動單擺的回復(fù)力為重力沿圓弧切向的分力：F回=mgsinθ

x一、單擺的回復(fù)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注意：單擺的運(yùn)動不一定是簡諧運(yùn)動，只有在擺角較小的情況下才能看成簡諧運(yùn)動，理論上一般θ角不超過5°。因此，在擺角θ很小時，單擺做簡諧運(yùn)動，其振動圖象也遵循正弦函數(shù)規(guī)律，圖象是正弦或余弦曲線。2.法二：分析單擺位移與時間的關(guān)系是否滿足正弦關(guān)系？一、單擺的回復(fù)力擺球運(yùn)動到最低點(diǎn)O（平衡位置）時回復(fù)力是否為零？合力是否為零？平衡位置（x=0）：

回復(fù)力為零

合外力不為零

OFTG做簡諧運(yùn)動的物體，平衡位置處回復(fù)力為0，合外力不一定為0.振幅、擺長、質(zhì)量、重力加速度二、單擺的周期單擺的周期與哪些因素有關(guān)？如何探究？控制變量二、單擺的周期Itoldyouphysicsworks!二、單擺的周期實(shí)驗(yàn)表明：單擺的周期與擺球質(zhì)量和振幅無關(guān)；

單擺做簡諧運(yùn)動的周期與擺長有關(guān)，擺長越長，周期越大。有何定量關(guān)系？荷蘭物理學(xué)家惠更斯（1629-1695）通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步得到：單擺的周期公式：單擺做簡諧運(yùn)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(guān)。擺長、重力加速度都一定時，周期和頻率也一定，通常稱為單擺的固有周期和固有頻率。擺長L:懸點(diǎn)到球心的距離適用條件:單擺做簡諧運(yùn)動θ<5°二、單擺的周期做垂直紙面的小角度擺動：l等效＝lsinα紙面內(nèi)擺動：

左側(cè)：

右側(cè)：垂直紙面擺動：紙面內(nèi)擺動：等效擺長l等效＝lsinα＋ll等效＝ll等效＝l圓槽擺：l等效＝R二、單擺的周期等效重力加速度

當(dāng)場強(qiáng)方向改為水平向右，周期如何？等效重力加速度的計(jì)算方法：單擺處于相對靜止?fàn)顟B(tài)時，擺線的拉力F(相當(dāng)于視重)與擺球質(zhì)量的比值，即