高中物理选择性必修一优质课公开课2.3.pptx

3．单摆;;

课标要求

1.知道什么是单摆、单摆做简谐运动的条件及回复力的特点．

2．通过实验探究单摆周期与摆长之间的关系．

3．知道单摆的周期与摆长、重力加速度的关系，会用单摆周期公式进行计算．;思维导图;必备知识·自主学习;一、单摆及其运动规律

1．单摆

在如图所示的装置中，若忽略悬挂小球的________的微小变化和质量，且线长比球的直径________，这样的装置就叫作单摆．

2．单摆的振动

拉开摆球，使它偏离平衡位置一个小角度，然后放开，摆球将沿着以________为中心的一段圆弧做往复运动，这就是单摆的振动．;[导学1]

单摆模型可简化为不可伸长的轻绳下悬挂一质点．

[举例]

以下三个装置均不能视为单摆．

(1)中橡皮筋的伸缩不能忽略；(2)(3)中乒乓球和大木球摆动时，空气阻力不能忽略且(3)中不满足绳长比球的直径大得多的条件．

;?;

[导学2]

单摆做简谐运动时，通过平衡位置时回复力为零，但合外力并不为零，此时沿绳方向需要向心力，即绳的拉力与重力的合力沿绳向上．;?;

[导学3]

单摆在振动过程中，机械能守恒，离开平衡位置的振动过程中，动能转化为重力势能；向着平衡位置振动的过程，重力势能转化为动能．;?;

[导学4]

(1)单摆的周期与振幅、摆球的质量无关．

(2)摆钟的计时原理就是利用了单摆的周期公式．;关键能力·合作探究;探究点一单摆的回复力及运动规律

导学探究

(1)如图所示，小球和细线构成一个做简谐运动的单摆，运动过程中小球受到几个力的作用？什么力提供了小球振动的回复力？

(2)单摆的回复力是否就是单摆所受的合外力？;提示：(1)小球受两个力的作用：重力和细线的拉力．重力沿圆弧切线方向的分力G1＝mgsinθ提供了使摆球振动的回复力，如图所示．

(2)回复力不是合外力．单摆的运动可看作是变速圆周运动，重力沿圆弧切线方向的分力是使摆球沿圆弧振动的回复力，重力沿摆线方向的分力与摆线的拉力共同提供向心力．;归纳总结

1.单摆的回复力

如图所示，重力G沿圆弧切线方向的分力G1＝mgsinθ是沿摆球运动方向的力，正是这个力提供了使摆球振动的回复力F＝G1＝mgsinθ.;?;典例示范

例1关??做简谐运动的单摆，下列说法正确的是()

A．摆球经过平衡位置时所受合力为零

B．摆球所受合力的大小跟摆球相对平衡位置的位移大小成正比

C．只有在最高点时，回复力才等于重力和摆线拉力的合力

D．摆球在任意位置处，回复力都不等于重力和摆线拉力的合力;解析：摆球经过平衡位置时，回复力为零，但由于摆球做圆周运动，经过平衡位置，合力不为零，合力提供向心力，方向指向悬点，A错误；摆球所需的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供，重力沿摆线方向的分力与摆线对摆球的拉力的合力提供向心力，所以摆球所受合力的大小跟摆球相对平衡位置的位移大小不成正比，B错误；根据牛顿第二定律可知，摆球在最大位移处时，速度为零，向心加速度为零，重力沿摆线方向的分力等于摆线对摆球的拉力，回复力才等于重力和摆线拉力的合力，在其他位置时，速度不为零，向心加速度不为零，回复力不等于重力和摆线拉力的合力，C正确，D错误．;素养训练1关于单摆的振动，以下说法正确的是()

A．摆球摆到最高点时，所受合外力为零

B．摆球摆到最高点时，所受合外力指向悬点

C．摆球摆到最低点时，所受合外力指向悬点

D．摆球摆到最低点时，所受合外力为零;素养训练2(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时刻摆球速度为零，摆球的合外力为零

B．t2时刻摆球速度最大，悬线对它的拉力最小

C．t3时刻摆球速度为零，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;解析：由题图读出t1时刻位移最大，说明摆球在最大位移处，速度为零，回复力最大，合外力不为零，A错误；t2时刻位移为零，说明摆球在平衡位置，摆球速度最大，悬线对它的拉力最大，B错误；t3时刻位移最大，说明摆球在最大位移处，速度为零，回复力最大，C正确；t4时刻位移为零，说明摆球在平衡位置，摆球速度最大，悬线对它的拉力最大，D正确．;?;?;?;典例示范

例2有一单摆，其摆长l＝1.02m，摆球的质量m＝0.10kg.已知单摆做简谐运动，单摆30次全振动用的时间t＝60.8s，试求：

(1)当地的重力加速度是多大？

(2)如果将这个单摆改为秒摆(周期为2s)，摆长应怎样改变？改变多少？;?;素养训练3在同一座实验室中有a、b两个单摆，已知在单摆a完成10次全振动的时间内，单摆b完成6次全振动，两摆长之差为1.6m，则两单摆摆长la与lb分别为()

A．la＝2.5m，lb＝0.9m B．la＝0.9m，lb＝2.5m