2.4單擺課件高二上學(xué)期物理人教版選擇性

第二章

機(jī)械振動(dòng)第4節(jié)

單擺高中物理選擇性必修第一冊

伽利略發(fā)現(xiàn)了擺的等時(shí)性，惠更斯利用伽利略的發(fā)現(xiàn)發(fā)明了擺鐘

通過觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)擺鐘也是在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，那么它的擺動(dòng)是否為簡諧運(yùn)動(dòng)呢？建立模型如果細(xì)線的長度不可改變，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，與小球受到的重力及線的拉力相比，空氣等對它的阻力可以忽略，這樣的裝置就叫做單擺。盡量選擇質(zhì)量大、體積小的球和盡量細(xì)的線理想化模型一、單擺研究方法用什么方法探究單擺的振動(dòng)是否為簡諧運(yùn)動(dòng)呢？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方法二：分析單擺位移是否與時(shí)間成正弦關(guān)系（得到關(guān)系式或圖像都可以）POθ方法一：分析單擺的回復(fù)力FTmgmgcosθmgsinθ設(shè)單擺擺長為l、擺球質(zhì)量為m。將擺球拉離平衡位置O后釋放，當(dāng)擺球沿圓弧運(yùn)動(dòng)到某一位置P時(shí)，擺線與豎直方向的夾角為θ。問題1：擺球運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧的一部分，那么誰充當(dāng)了向心力呢？在P處對擺球受力分析如圖，擺球受到重力mg和擺線拉力FT的作用擺線拉力FT與擺球重力沿半徑方向的分力mgcosθ的合力充當(dāng)向心力即Fn=FT-mgcosθ方法一：分析單擺的回復(fù)力問題2：又是什么力充當(dāng)了回復(fù)力呢？

重力沿圓弧切線方向的分力mgsinθ充當(dāng)回復(fù)力，迫使擺球回到平衡位置O問題3：這個(gè)回復(fù)力和位移x成正比且反向嗎？POθFTmgmgcosθmgsinθ只有當(dāng)擺角θ很小時(shí)，擺球運(yùn)動(dòng)的圓弧可以看成直線，這時(shí)才可以認(rèn)為回復(fù)力指向平衡位置O，與位移x反向。滿足F=-kx關(guān)系，即當(dāng)單擺在擺角很小的情況下，可以看作是簡諧運(yùn)動(dòng)方法二：分析單擺位移是否與時(shí)間成正弦關(guān)系（得到關(guān)系式或圖像都可以）做一做

細(xì)線下懸掛一個(gè)小漏斗，漏斗內(nèi)裝滿沙子。當(dāng)漏斗擺動(dòng)時(shí)，沿著垂直于擺動(dòng)的方向勻速拖動(dòng)木板，觀察漏在木板上的沙子圖樣。想一想：為什么要?jiǎng)蛩偻蟿?dòng)木板？方法二：分析單擺位移是否與時(shí)間成正弦關(guān)系（得到關(guān)系式或圖像都可以）用木板將一排單擺的擺球拉起，由靜止釋放，可以觀察到什么有趣的現(xiàn)象呢？為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象？觀察與思考有趣的單擺波各擺的振動(dòng)周期不同二、單擺的周期猜想問題1：單擺的周期可能與哪些因素有關(guān)呢？擺球質(zhì)量m擺長l問題2：我們該用什么方法研究影響單擺周期的因素呢？控制變量法振幅A兩擺的擺球質(zhì)量、擺長相同，振幅不同兩擺的擺長、振幅相同，擺球質(zhì)量不同兩擺的振幅、擺球質(zhì)量相同，擺長不同實(shí)驗(yàn)探究1兩擺的擺球質(zhì)量、擺長相同，振幅不同兩擺的擺長、振幅相同，擺球質(zhì)量不同兩擺的振幅、擺球質(zhì)量相同，擺長不同實(shí)驗(yàn)結(jié)論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(dòng)的周期與擺長有關(guān)，擺長越長，周期越大問題3：怎么研究單擺周期與擺長之間的定量關(guān)系呢？次數(shù)12345擺長l（m）周期T（s）畫T-l圖像判斷單擺周期與擺長的關(guān)系問題4：如果T-l圖像不是直線，應(yīng)該怎么辦？實(shí)驗(yàn)探究2定量研究單擺周期與擺長之間的關(guān)系理論探究荷蘭物理學(xué)家惠更斯最先提出思考

讓一個(gè)單擺在水平面內(nèi)做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，它的周期與單擺周期相比，孰大孰小呢？圓錐擺周期小于單擺周期三、單擺模型的拓展光滑圓弧面上的小球從最低點(diǎn)移開一小段距離，然后又靜止松手在這里，圓弧軌道的支持力替代了繩子的拉力，因此它的運(yùn)動(dòng)和單擺具有相同的特點(diǎn)1、類單擺/等效重力加速度問題例：如圖所示的幾個(gè)相同單擺在不同條件下擺動(dòng)，關(guān)于它們的周期關(guān)系，下列判斷正確的是A.T甲>T乙>T丙>T丁

B.T甲<T乙＝T丙<T丁C.T甲>T乙＝T丙>T丁

D.T甲<T乙<T丙<T丁這幾種擺都是類似單擺的問題，與單擺相比，就是重力加速度不同，我們可以用它們的等效重力加速度來代替單擺周期公式中的g甲中重力沿斜面分力為等效重力，即單擺的等效重力加速度g甲=gsinθ乙中庫侖斥力總與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不影響回復(fù)力，即g乙=g丁中擺球處于超重狀態(tài)，等效重力增大，故等效重力加速度g丁=g+a丙中g(shù)丙=g故T甲>T