高考物理核心要点突破系列单摆人教版选修省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四节单摆第四节单摆第1页目标概览目标概览学习目标：学习目标：1.知道单摆定义，知道单摆在振幅知道单摆定义，知道单摆在振幅较小时会做简谐运动较小时会做简谐运动2知道单摆周期公式，并能用周期公式做相知道单摆周期公式，并能用周期公式做相关计算关计算3会用单摆测重力加速度会用单摆测重力加速度重点难点：重点难点：1.重点：单摆周期公式及应用重点：单摆周期公式及应用2难点：单摆回复力分析难点：单摆回复力分析学法指导：认识单摆这种理想化模型，体会学法指导：认识单摆这种理想化模型，体会单摆实际应用单摆实际应用第2页 关键关键点突破关键关键点突破课堂互动讲练课堂互动讲练随堂达标自测随堂达标自测第四节单摆第四节单摆基础知识梳理基础知识梳理课时活页训练课时活页训练第3页基础知识梳理基础知识梳理一、一、单摆单摆1假如假如悬悬挂小球挂小球细线细线_和和_能能够够忽略，忽略，线长线长又比又比_大得多，大得多，这这么装置叫么装置叫做做单摆单摆，单摆单摆是是实际摆实际摆理想化物理模型理想化物理模型伸缩伸缩质量质量小球直径小球直径第4页2.单摆摆单摆摆球运球运动动特点特点(1)摆摆球以球以_为圆为圆心在心在_平面内做平面内做_圆圆周运周运动动(2)摆摆球同球同时时以最低点以最低点O为为_做往复运做往复运动动这这就是就是单摆单摆_思索思索1.摆摆球球经过经过平衡位置平衡位置时时，是否，是否处处于平衡状于平衡状态态？回复力是否？回复力是否为为零？合外力是否零？合外力是否为为零？零？悬挂点悬挂点竖直竖直变速变速中心中心振动振动第5页3单摆单摆回复力回复力在研究在研究摆摆球沿球沿圆圆弧运弧运动动情况情况时时，能，能够够不考不考虑虑与与摆摆运运动动方向垂直力，而只考方向垂直力，而只考虑虑沿沿摆摆球运球运动动方向方向力当力当摆摆球运球运动动到任一点到任一点P时时(如如图图941所所表示表示)，重力，重力G沿沿圆圆弧切弧切线线方向分力方向分力G1_是沿是沿摆摆球运球运动动方向力，正是方向力，正是这这个力提供了个力提供了摆摆球球振振动动_FG1mgsin.图图941mgsin回复力回复力第6页摆长摆长kx第7页可可见见，在，在_情况下，情况下，单摆单摆所受回复力所受回复力与偏离平衡位置位移大小成正比而方向与偏离平衡位置位移大小成正比而方向_，单摆单摆做做_思索思索2.摆摆球抵达最大位移球抵达最大位移处处，v0，加速度是否，加速度是否等于等于0？偏角很小偏角很小相反相反简谐运动简谐运动第8页【思索【思索提醒】提醒】1.单摆摆动单摆摆动中平衡位置不是中平衡位置不是平衡状平衡状态态，有向心力和向心加速度回复力，有向心力和向心加速度回复力为为零，合外力不零，合外力不为为零零2最大位移最大位移处处速度等于零，但不是静止状速度等于零，但不是静止状态态普通普通单摆单摆回复力不是回复力不是摆摆球所受合外力，球所受合外力，而是重力沿切而是重力沿切线线方向分力，所以加速度不一方向分力，所以加速度不一定等于零定等于零第9页二、二、单摆单摆振振动动周期周期1研究研究单摆单摆周期跟哪些原因相关周期跟哪些原因相关(1)单摆单摆周期跟周期跟单摆单摆振幅振幅_(2)单摆单摆周期跟周期跟摆摆球球质质量量_(3)单摆单摆周期跟周期跟_相关系，相关系，摆长摆长越越长长，周期，周期_无关无关无关无关摆长摆长越大越大第10页思索思索3.在在摆摆角角5情况下，情况下，单摆单摆振振动动可可认为认为是是简简谐谐运运动动，F回回kx，式中，式中k等于什么？等于什么？第11页上式表明：上式表明：单摆单摆做做简谐简谐运运动动周期周期T跟跟摆长摆长l_，跟重力加速度，跟重力加速度g_，跟，跟_、_无关无关3秒秒摆摆周期：周期：T2 s平方根成正比平方根成正比平方根成反比平方根成反比振幅振幅质量质量第12页一、一、单摆单摆回复力回复力如如图图942所表示，所表示，摆摆球受重力球受重力mg和和绳绳子子拉力拉力F两个力作用，将重力两个力作用，将重力mg按切按切线线方向和方向和径向正交分解，径向正交分解，则绳则绳子拉力子拉力F与重力径向分与重力径向分力力协协力充当了以力充当了以悬悬点点为圆为圆心心圆圆周运周运动动向心力，向心力，关键关键点突破关键关键点突破图图942第13页第14页第15页对对一个确定一个确定单摆单摆来来说说，k是一个不随振是一个不随振动动改改变变定定值值，这这表明表明摆摆球所受回复力大小跟球所受回复力大小跟摆摆球球振振动动位移成正比，位移成正比，负负号号则则恰好反恰好反应应了了摆摆球所球所受回复力方向与受回复力方向与摆摆球位移方向相反球位移方向相反(即回复即回复力方向一直指向平衡位置力方向一直指向平衡位置)由此可由此可见见，单单摆摆在在摆摆角角较较小条件下振小条件下振动动是是简谐简谐运运动动第16页尤其提醒尤其提醒1单摆单摆回复力不是小球所受重力与回复力不是小球所受重力与绳绳子拉子拉力力协协力力2单摆摆动单摆摆动中平衡位置不是平衡状中平衡位置不是平衡状态态，有，有向心力和向心加速度向心力和向心加速度3最大位移最大位移处处速度等于零，但不是静止状速度等于零，但不是静止状态态第17页即即时应时应用用关于关于单摆单摆，以下，以下说说法正确是法正确是()A摆摆球受到回复力方向球受到回复力方向总总指向平衡位置指向平衡位置B摆摆球受到回复力是它球受到回复力是它协协力力C摆摆球球经过经过平衡位置平衡位置时时，所受，所受协协力力为为零零D摆摆角很小角很小时时，摆摆球受球受协协力大小跟力大小跟摆摆球球对对平衡位置位移大小成正比平衡位置位移大小成正比第18页解析：解析：选选A.对对于于单摆单摆，回复力起源不是，回复力起源不是协协力，力，而是重力沿运而是重力沿运动动方向切向分力方向切向分力对对于于摆摆球受球受到回复力作用效果是把到回复力作用效果是把摆摆球拉回到平衡位置，球拉回到平衡位置，回复力方向回复力方向总总指向平衡位置在指向平衡位置在摆摆球运球运动动到到平衡位置平衡位置时时，回复力，回复力为为零，但零，但单摆单摆仍在做仍在做圆圆周运周运动动，所受，所受协协力并不是零，所以，力并不是零，所以，协协力提力提供供摆摆球做球做圆圆周运周运动动向心力，向心力，摆摆球所受回复力球所受回复力在在摆摆角很小角很小时时与位移成正比，与位移成正比，协协力与位移没力与位移没有正比关系有正比关系第19页第20页第21页图图943第22页式中式中“g”应为应为等效加速度，如等效加速度，如单摆单摆置于加速置于加速度度为为a匀加速上升升降机中，物体匀加速上升升降机中，物体处处于超重于超重状状态态，加速度，加速度应变为应变为gga，此，此时时回复力回复力是物重是物重mg分力了，分力了，g即即为单摆为单摆等效加速度等效加速度若若单摆单摆在在摆摆角最大角最大时时突然突然变为变为完全失重状完全失重状态态，重力提供了向下运，重力提供了向下运动动加速度，等效加速加速度，等效加速度度为为零，零，则则周期无周期无穷穷大，大，实际实际上上摆摆球不再球不再摆摆动动若若摆摆球在球在摆动过摆动过程中突然完全失重，程中突然完全失重，则则摆摆球将以那球将以那时时速率相速率相对悬对悬点做匀速点做匀速圆圆周运周运动动第23页同一同一单摆单摆，在不一，在不一样样地理位置上，因地理位置上，因为为重力重力加速度不一加速度不一样样，其周期也不一，其周期也不一样样同一同一单摆单摆，在不一，在不一样样星球上，其周期也不相星球上，其周期也不相同比如同比如单摆单摆放在月球上放在月球上时时，因，因为为g月月g地地，所以同一所以同一单摆单摆在月球上周期比在地球上周期在月球上周期比在地球上周期大，不大，不过弹过弹簧振子不会受簧振子不会受g改改变变影响而改影响而改变变周期周期下表列出了几个常下表列出了几个常见见等效等效单摆单摆及其周期及其周期.第24页第25页三、三、单摆单摆振振动图动图象了解象了解如如图图944所表示，所表示，为为一一单摆单摆运运动图动图象，象，要求向右方向要求向右方向为为正，正，B、D为摆动为摆动最高点，最高点，C为为平衡位置平衡位置图图944第26页第27页课堂互动讲练课堂互动讲练 两两个个单单摆摆甲甲和和乙乙，它它们们摆摆长长之之比比为为4 1，若若它它们们在在同同一一地地点点做做简简谐谐运运动动，则则它它们们周周期期之之比比T甲甲 T乙乙_；在在甲甲摆摆完完成成10次次全全振振动动时时间间内内，乙乙摆摆完完成成全全振振动动次次数数为为_例例例例1 1单摆周期公式应用单摆周期公式应用第28页第29页【答案】【答案】2 120次次第30页 如如图图945所表示，某同学采取双所表示，某同学采取双线线摆摆和光和光电计电计数器数器测测量重力加速度已知每根量重力加速度已知每根悬线长悬线长l，两，两悬悬点点间间相距相距s，金属小球半径，金属小球半径为为r，AB为为光光电计电计数器数器现现将小球垂直于将小球垂直于纸纸面面向外拉向外拉动动，使，使悬线悬线偏离偏离竖竖直方向一个直方向一个较较小角小角度并由静止度并由静止释释放，同放，同时时开启光开启光电计电计数器，数器，单摆等效问题单摆等效问题例例例例2 2图图945第31页当小球第一次当小球第一次经过图经过图中虚中虚线线(光束光束)位置位置O时时，由由A射向射向B光束被光束被挡挡住，住，计计数器数器计计数一次，数一次，显显示示为为“1”，同，同时时由零开始由零开始计时计时，而后每当，而后每当小球小球经过经过O点点时时，计计数器都要数器都要计计数一次当数一次当计计数器上数器上显显示示计计数次数数次数刚刚好好为为n时时，计时时计时时间为间为t.由此可知双由此可知双线摆摆动线摆摆动周期周期T为为_；计计算重力加速度算重力加速度g时时，双，双线摆线摆等效等效摆长摆长L为为_；最；最终终依据公式依据公式g_，代，代入周期入周期T和等效和等效摆长摆长L值值即可求出重力加速度即可求出重力加速度第32页第33页【思思维维升升华华】了了解解等等效效摆摆长长和和等等效效重重力力加加速速度度物物理理意意义义是是处处理理这这类类问问题题关关键键，应应掌掌握用等效思想和方法分析物理问题握用等效思想和方法分析物理问题第34页 如如图图946所表示所表示为为一一单摆单摆及其振及其振动动图图象，由象，由图图回答：回答：单摆振动图象单摆振动图象例例例例3 3图图946第35页(1)单摆单摆振幅振幅为为_频频率率为为_摆长为摆长为_，一周期内位移一周期内位移x(F回回、a、Ep)最大最大时时刻刻为为_第36页(2)若若摆摆球从球从E指向指向G为为正方向，正方向，为为最大偏角，最大偏角，则图则图象中象中O、A、B、C点分点分别对应别对应于于单摆单摆中中_点，一周期内加速度点，一周期内加速度为为正且减小，正且减小，并与速度同方向并与速度同方向时间时间范范围围是是_，势势能能增加且速度增加且速度为为正正时间时间范范围围是是_第37页(3)单摆摆单摆摆球屡次球屡次经过经过同一位置同一位置时时，下述物理，下述物理量改量改变变是是()A位移位移B速度速度C加速度加速度D动动量量E动动能能F摆线张摆线张力力第38页第39页第40页【答案】【答案】(1)3 cm0.5 Hz1 m0.5 s、1.5 s(2)E、G、E、F1.5 s2.0 s00.5 s(3)BD【思【思维维升升华华】处处理理单摆图单摆图象象问题时问题时，要将，要将单摆实际单摆实际运运动动和振和振动图动图象象结结合起来合起来处处理理问题问题第41页 一物体在某行星表面受到万有引力是一物体在某行星表面受到万有引力是它在地球表面受到万有引力它在地球表面受到万有引力1/4.在地球上走在地球上走时时很准很准摆钟摆钟搬到此行星上后，此搬到此行星上后，此钟钟分分针转针转一一整圈所整圈所经历时间实际经历时间实际上是上是()单摆与万有引力定律综单摆与万有引力定律综合合例例例例4 4第42页第43页第44页【答案】【答案】C第45页随堂达标自测随堂达标自测第46页课时活页训练课时活页训练第47页本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用第48页