11.4 单摆 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版选修3-4

本节内容呈现路径 问题情境 (导入：单摆） 问题分析： 单摆的运动是否为简谐运动 问题探究： 单摆的周期 知识应用 观察、思考、推导 实验、数据处理、归纳 常规、探索、实践 做 最 好 的 自 己 做 最 好 的 自 己 4.单摆 课程标准——机械振动 1.2.1 通过实验，认识简谐运动的特征。能用公式和图像描述简谐运动。 1.2.2 通过实验，探究单摆的周期与摆长的定量关系。 知道单摆周期与摆长、重力加速度的关系。 会用单摆测量重力加速度的大小。 1.2.3通过实验，认识受迫振动的特点。了解产生共振的条件及其应用。 做 最 好 的 自 己 理解单摆模型的条件。 能通过实验探究和理论推导，判定单摆小角度振动时的运动特点 通过实验探究知道单摆周期的影响因素 知道单摆周期与摆长、重力加速度的定量关系，能解决相关实际问题 学习目标 一.认识单摆 判断：以下能否看成单摆模型 细绳 铁球 细绳 塑料球 橡皮绳 铁球 粗麻绳 铁球 细绳 铁球 细绳绕在柱上 铁球 条件： 1.细线长度不变 2.“轻绳” 3.小球可视为质点 4.忽略空气阻力 理想模型 质点 点电荷 自由落体 平抛运动 弹簧振子 电流元 理想气体 理想变压器 点光源 .......... 做 最 好 的 自 己 1.猜想：单摆的运动是否为简谐运动？ 二.探究单摆的运动 2.验证： 方法一： 方法二： 运动学特征—单摆摆动的X-t图像是否为正弦曲线 动力学特征—单摆摆动的回复力是否满足F回=-kx 做 最 好 的 自 己 O C B A θ O’ 单摆小角度摆动时： 1.平衡位置： 最低点O 2.受力分析： 重力G、拉力T G T G2 G1 3.回复力来源： 重力沿切向的分力 思考1：谁提供回复力？ 思考2：回复力是T和G的合力么？ 切向： 径向： F回=-kx 方法二：动力学特征 摆角 正弦值 弧度值 1º 0.01754 0.01745 2º 0.03490 0.03491 3º 0.05234 0.05236 4º 0.06976 0.06981 5º 0.08716 0.08727 6º 0.10453 0.10472 7º 0.12187 0.12217 8º 0.13917 0.13963 9º 0.15643 0.15708 10º 0.17365 0.17445 sinθ≈θ |X|≈弧长=Lθ F回=-kx   X 结论 单摆在摆角很小的情况下做简谐运动  L 思考3：做简谐运动的物体在平衡位置的合外力一定为0么？ 思考4：简谐运动的回复力都是由合外力提供么？ 做 最 好 的 自 己 三.单摆的周期 1.猜想：单摆的周期与哪些因素有关？ 振幅 质量 摆长 2.实验方法：控制变量法 （1）单摆的周期与振幅无关 3.实验结论： 摆的等时性 （2）单摆的周期与质量无关 （3）单摆的周期与摆长有关 做 最 好 的 自 己 单摆周期与摆长的关系： 实验次数 线长cm 半径cm 摆长cm 周期T（s) 周期的平方T2(S2) 1 30.00 0.95 30.95 1.12 1.25 2 48.95 0.95 49.90 1.42 2.02 3 76.00 0.95 76.95 1.76 3.10 4 81.80 0.95 82.75 1.82 3.31 5 93.00 0.95 93.95 1.95 3.80 6 108.50 0.95 109.45 2.10 4.41 荷兰物理学家惠更斯经过详尽的研究得到：单摆做简谐运动的周期T与摆长l的二次方根成正比，与重力加速度g的二次方根成反比，而与振幅、摆球的质量无关。惠更斯确定了计算单摆的周期的公式：   三.单摆的周期 做 最 好 的 自 己 应用 L θ T 等效摆长 等效重力加速度 垂直于纸面前后摆动 L L θ θ 做 最 好 的 自 己 理想模型：单摆 条件： 悬点：固定 摆线：轻而长，几乎没有形变 摆球：小而重 单摆的运动： 简谐运动 x-t图像： 正弦曲线 回复力： 重力沿切向的分力mgsinθ 单摆的周期 应用： 等效摆长 等效重力加速度 课堂小结 随堂演练 1.（对单摆回复力的理解）（多选）一单摆做小角度摆动，其振动图像如图所示，以下说法正确的是（ ） A.t1时刻摆球速度为0，摆球的合外力为0 B.t2时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小 C.t3时刻摆球速度为0，摆球的回复力最大 D.t4时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最大 CD 做 最 好 的 自 己 2.（单摆周期公式的应用）（多选）惠更斯利用摆的等时性发明了带摆的计时器，叫摆钟。摆钟运行时克服摩擦所需的能量由重锤