2.3 单摆 课件-2024-2025学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

2.3 单摆 教学目标 CONTENT 01 02 03 观察演示实验，概括出周期的影响因素，由实验现象得出物理结论 理解单摆振动的特点及它做简谐运动的条件 掌握单摆振动的周期公式 2 新课引入 来回摆动的钟摆 往复摆荡的秋千 钟摆、秋千的运动都属于机械振动。这样的运动模型可以将其简化为一根细线上端固定，下端系一个小球的物理模型。 单摆的振动 一 新课教学 把一根不能伸长的细线上端固定，下端拴一个小球，线的质量和球的大小可忽略不计，这种装置称为单摆。 ◆单摆的构成： 摆线 摆球 ◆单摆是一种理想化模型。 ◆单摆的常用描述： 平衡位置 摆长 摆角 1、单摆的构成： 摆球 摆线 摆角 平衡位置 摆长 θ l=L+R 下列装置能否看作单摆？ 橡 皮 绳 粗麻绳 细绳 细绳 细绳 √ × × × × 塑料球 铁球 悬点： 摆线： 摆球： 轻而长、几乎不可伸缩 固定 小而重 理想化条件 细绳 细绳绕在柱上 √ × 铁球 铁球 观察与思考 1、用下列哪些材料能做成单摆（ ） A.长为1米的细线 E.直径为5厘米的泡沫塑料球 B.长为1米的细铁丝 F.直径为1厘米的钢球 C.长为0.2米的细丝线 G.直径为1厘米的塑料球 D.长为1米的麻绳 H.直径为5厘米的钢球 AF 牛刀小试 太空中的单摆为何不摆动？ 观察与思考 C B A O θ T Ｏ′ G 2、单摆的运动特点： 平衡位置： 受力分析： 重力G 拉力T 运动分析： 以悬点O/ 为圆心的圆周运动 最低点Ｏ 以点Ｏ为平衡位置的机械振动 向心力大小： 力与运动的关系： 沿切线方向机械振动： 回复力为重力沿切线方向的分力F 回复力大小： 沿半径方向圆周运动： 注意：回复力不是重力和拉力的合力 单摆的回复力大小： F回= G切=mgsinθ 当θ很小时（θ＜5°） ， F回　= G切=mgsinθ＝ 位移方向与回复力方向相反 x  摆长l 在摆角很小（θ＜5°）的情况下，摆球所受的回复力跟位移大小成正比，方向始终指向平衡位置（即与位移方向相反），因此单摆做简谐运动. 结论： 2、（多选）关于单摆做简谐运动，下列说法正确的是(　　　) BD A、经过平衡位置时所受的合力为 0 B、经过平衡位置时所受的回复力为 0 C、回复力是重力和摆线拉力的合力 D、回复力是重力沿圆弧切线方向的分力 牛刀小试 3、关于单摆摆球在运动过程中的受力，下列结论正确的是( ) A．摆球受重力、摆线的张力、回复力、向心力作用 B．摆球受的回复力最大时，向心力为零； 回复力为零时，向心力最大 C．摆球受的回复力最大时，摆线中的张力大小比摆球的重力大 D. 摆球受的向心力最大时，摆球的加速度方向沿摆球的 运动方向 B 3、单摆的振动图像： 用实验法得到单摆的振动图像为正弦（或余弦）曲线，证明单摆的振动是简谐运动。 结论： 摆球质量？ 绳长？ 振幅？ 重力加速度？ 单摆的周期 二 单摆的周期与什么因素有关呢？ ●取两个摆长和摆球质量都相等的单摆，将两摆球拉离平衡位置，其中一个摆球拉到摆角约 4°处，另一个摆球拉到摆角约 2°处，皆由静止释放。比较两个单摆的周期，探究周期与振幅的关系。 ●取两个摆长相等、摆球质量不等的单摆，将两摆球拉至相同的摆角，由静止释放。比较两个单摆的周期，探究周期与摆球质量的关系 ●取两个摆长不等、摆球质量相等的单摆，将两摆球拉至相同的摆角，由静止释放。比较两个单摆的周期，探究周期与摆长的关系。 (2)实验结论 单摆振动周期与摆球质量____ 单摆振动周期与摆长有关，摆长越长，周期____ 单摆振动周期与振幅____ 观看视频 观看视频 观看视频 (1)探究方法：________法。 控制变量 无关 无关 越大 观察与思考 返回 17 返回 返回 单摆周期公式 荷兰物理学家惠更斯首先提出的 单摆周期公式 周期 T 与摆长 l 的算术平方根成_______，与重力加速度 g 的算术方根成_______，而与振幅、摆球质量_______。 正比 反比 无关 (2)测量当地的重力加速度。 应用 (1)制成摆钟用来计量时间。 单摆的等时性 测出周期 T 和摆长 l 计时器，叫摆钟。摆钟运行时克服摩擦所需的能量由重锤的势能提供，运行的速率由钟摆控制。旋转钟摆下端的螺母可以使摆上的圆盘沿摆杆上下移动。请思考： 摆针走时偏快应调节螺母使圆盘沿摆杆下移。 (1)摆针走时偏快应如何校准？ 调节螺母使圆盘沿摆杆上移。 (2)将一个走时准确的摆钟从北京移到福建，摆钟应如何校准？ 思考与讨论 EV录屏3.9.7软件录制 Lavf58.20.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$