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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,ppt,精品课件,高中物理选修,3-4,课件,第四节单摆,课前自主学案,核心要点突破,课堂互动讲练,课标定位,知能优化训练,第四节单摆,课标定位,学习目标：,1.,理解什么是单摆及在什么情况下单摆的振动是简谐运动,2,知道单摆的周期跟哪些因素有关，了解单摆周期公式，并能进行有关计算,3,知道用单摆可测定重力加速度,重点难点：,1.,单摆的周期公式及应用,2,单摆回复力的推导及等效摆长与等效重力加速度的计算,课前自主学案,一、单摆模型,细线的上端固定，下端系一小球，如果细线的,_,与小球相比可以忽略；球的,_,与线的长度相比也可以忽略；在摆动过程中细线的,_,可以忽略；与小球受到的重力及绳的拉力相比，空气等对它的,_,可以忽略，这样的装置就叫做单摆,单摆是实际摆的理想化模型，实验中为满足上述条件我们尽量选择,_,大，,_,小的球和尽量,_,的线,质量,直径,伸缩,阻力,质量,体积,细,二、单摆的回复力,单摆的回复力是摆球的重力沿,_,方向的分力，在摆角很小的情况下，单摆所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成,_,，方向总指向,_,，因此单摆在摆角很小时做,_,，其振动图象遵从,_,函数规律,圆弧切线,正比,平衡位置,简谐运动,正弦或余弦,三、单摆的周期,1,影响单摆周期的因素：实验表明，单摆振动的周期与摆球,_,无关，在振幅较小时与,_,无关，但与摆长有关，摆长,_,，周期越长,质量,振幅,越长,3,单摆的等时性：单摆的周期与摆球的,_,、,_,无关，其中与,_,无关的性质叫单摆的等时性,质量,振幅,振幅,核心要点突破,一、对单摆模型的理解,1,运动特点,(1),摆球以悬点为圆心做变速圆周运动，在运动过程中只要速度,v,0,，半径方向都有向心力,(2),摆球以平衡位置为中心做往复运动，在运动过程中只要不在平衡位置，轨迹的切线方向都有回复力,2,摆球的回复力,(1),任意位置：如图,11,4,1,所示，,G,2,G,cos,，,F,G,2,的作用就是提供,摆球绕,O,做变速圆周运动的向心,力；,G,1,G,sin,的作用是提供摆球,以,O,为中心做往复运动的回复力,(2),平衡位置：摆球经过平衡位置,时，,G,2,G,，,G,1,0,，此时,F,应大,于,G,，,F,G,的作用是提供向心力；因此在平衡位置，回复力,F,回,0,，与,G,1,0,相符,图,11,4,1,特别提醒：,单摆的运动不一定是简谐运动，只有在摆角较小的情况下才能看成简谐运动，理论上一般,角不超过,5,，但在实验中，认为,角不超过,10,即可,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),1,下列有关单摆运动过程中的受力说法，正确的是,(,),A,单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力,B,单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力,C,单摆经过平衡位置时的合力为零,D,单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力,解析：,选,B.,单摆运动是在一段圆弧上运动，因此单摆运动过程中不仅有回复力，而且有向心力，即单摆运动的合外力不仅要提供回复力，而且要提供向心力，故选项,A,错误；单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力，而不是摆线拉力的分力，故选项,B,正确，,D,错误；单摆过平衡位置时，回复力为零，向心力最大，故其合外力不为零，所以选项,C,错误,二、对单摆周期的理解,1,决定周期大小的因素,(1),摆长,L,.,(2),当地的重力加速度,g,.,(3),与摆球质量无关，在摆角小于,5,的前提下，与振幅无关,图,11,4,2,图,11,4,3,3,重力加速度,g,(1),若单摆系统只处在重力场中且处于静止状态，,g,由单摆所处的空间位置决定，即,g,，式中,R,为物体到地心的距离，,M,为地球的质量，,g,随所在位置的高度的变化而变化另外，在不同星球上,M,和,R,也是变化的，所以,g,也不同，,g,9.8 m/s,2,只是在地球表面附近时的取值,(2),等效重力加速度：若单摆系统处在非平衡状态,(,如加速、减速、完全失重状态,),，则一般情况下，,g,值等于摆球相对静止在自己的平衡位置时，摆线所受的张力与摆球质量的比值,图,11,4,4,特别提醒：,(1),摆长,L,并不等于绳长，而是等于摆球球心,(,质量均匀,),到摆动圆弧的圆心的距离,(2),公式中的,g,不一定等于,9.8 m/s,2,，尤其是单摆在复合场中或斜面上摆动时，,g,值往往因情境而异,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),2,要增加单摆在单位时间内的摆动次数，可采取的方法是,(,),A,增大摆球的质量,B,缩短摆长,C,减小摆动的幅度,D,升高气温,答案：,B,课堂互动讲练,类型一,单摆周期公式的应用,有一单摆，其摆长,l,1.02 m,，已知单摆做简谐运动，单摆振动,30,次用的时间,t,60.8 s,，试求：,(1),当地的重力加速度是多大？,(2),如果将这个摆改为秒摆，摆长应怎样改变？改变多少？,例,1,【思路点拨】,【,答案,】,(1)9.79 m/s,2,(2),缩短,0.027 m,图,11,4,5,例,2,类型二,对单摆模型的拓展,图,11,4,6,【方法总结】,单摆模型指符合单摆运动规律的模型，满足条件：,(1),圆弧运动；,(2),小角度摆动,变式训练,2,如图,11,4,7,所示，曲面,AO,是一段半径为,2 m,的光滑圆弧面，圆弧与水平面相切于,O,点，,AO,弧长,10 cm.,现将一小球先后从曲面的顶端,A,和,AO,弧的中点,B,由静止释放，到达底端,O,的速度分别为,v,1,和,v,2,，所经历的时间分别是,t,1,和,t,2,，那么,(,),A,v,1,v,2,，,t,1,t,2,B,v,1,v,2,，,t,1,t,2,C,v,1,v,2,，,t,1,t,2,D,上述三种都有可能,图,11,4,7,
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