上海科教版高中物理选修34-探究摆钟的物理原理ppt课件

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,*,*,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,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,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,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,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,知 识 储 备 区,学 习 探 究 区,自 我 检 测 区,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,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,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,第,1,章,机械振动,第1章,1.2-1.3,探究摆钟的物理原理,探究单摆振动的周期,1.,理解单摆模型及其振动特点,.,2.,理解单摆做简谐运动的条件，知道单摆振动时回复力的来源,.,3.,知道相位的概念，知道同相振动与反相振动的步调特点,.,4.,会用控制变量法探究单摆的周期与哪些因素有关,.,5.,掌握单摆的周期公式，掌握用单摆测定重力加速度的原理和方法,.,学习目标定位,1.2-1.3 探究摆钟的物理原理 探究单摆振动的周期1.理,知识储备区,知识链接,1.,kx,2.,控制变量法,知识储备区知识链接1.kx,知识储备区,3.,伸缩,质量,直径,摆角,正弦,4.,步调,同相,反相,5.,无关,无关,2,新知呈现,知识储备区3.伸缩 质量 直径 摆角 正弦,学习探究区,一、,探究摆钟的物理原理,二、,研究振动的步调问题,三,、,探究单摆振动的周期,四,、,测定当地的重力加速度,学习探究区一、探究摆钟的物理原理二、研究振动的步调问题三、探,一、探究摆钟的物理原理,问题设计,一阵风吹过，大厅里的吊灯微微摆动起来，久久不停,，伽利略就是通过观察教堂吊灯摆动发现了吊灯摆动的等时性，惠更斯按照伽利略的构想，发明制作了一个摆钟,.,摆钟的往复运动是简谐运动吗？你能用所学的知识证明吗？,答案,是简谐运动,.,一、探究摆钟的物理原理问题设计一阵风吹过，大厅里的吊灯微微摆,证明：,把摆钟等效成一个小球，当小球运动到图中的任意位置,P,时，小球受到的回复力是小球所受重力,G,沿着圆弧切线方向的分力,G,1,，,F,G,1,mg,sin,.,若摆角,很小，则有,sin,，并且位移,x,，考虑了位移和回复力的方向后，有,F,mg,(,“,”,表示回复力,F,与位移,x,的方向相反,),，,m,是小球的质量，,l,是摆长，,g,是重力加速度，它们都有确定的数值，可以用一个常数,k,来,证明：把摆钟等效成一个小球，当小球运动到图中的任意位置P时，,表示，则上式又可以写成,F,kx,，也就是说，在摆角很小时，小球所受到的回复力跟位移大小成正比而方向相反，所以小球做简谐运动,.,表示，则上式又可以写成Fkx，也就是说，在摆角很小时，小,上海科教版高中物理选修34-探究摆钟的物理原理ppt课件,要点提炼,1,.,单摆,(1),模型：摆线是,伸长，且没有,的细线，摆球是没有,只有质量的质点，这样的装置叫单摆，它是实际摆的理想化模型,.,(2),实际摆看作单摆的条件：,摆线的形变量与摆线的长度相比,，摆线的质量与摆球的质量相比,，这时可把摆线看成是不可伸长，且没有质量的细线,.,不可,质量,大小,小得多,小得多,要点提炼1.单摆不可质量大小小得多小得多,摆球直径的大小与摆线长度相比,，这时可把摆球看成是没有大小只有质量的质点,.,2,.,单摆的回复力,(1),回复力的提供：摆球的重力沿,方向的分力,.,(2),回复力的特点：在摆角很小时，,F,.,(3),运动规律：在摆角很小时做,运动，其振动图像遵循,函数规律,.,小得多,圆弧切线,x,简谐,正弦,摆球直径的大小与摆线长度相比 ，这时可,单摆经过平衡位置时，合外力为零吗？,答案,不为零,.,单摆振动的回复力是重力在切线方向的分力，或者说是摆球所受合外力在切线方向的分力,.,摆球所受的合外力在法线方向,(,摆线方向,),的分力作为摆球做圆周运动的向心力，所以并不是合外力完全用来提供回复力的,.,因此摆球经过平衡位置时，只是回复力为零，而不是合外力为零,(,此时合外力提供摆球做圆周运动的向心力,).,延伸思考,单摆经过平衡位置时，合外力为零吗？延伸思考,例,1,对于单摆的振动，以下说法中正确的是,(,),A.,单摆振动时，摆球受到的向心力大小处处相等,B.,单摆运动的回复力就是摆球受到的合力,C.,摆球经过平衡位置时所受回复力为零,D.,摆球经过平衡位置时所受合外力为零,例1对于单摆的振动，以下说法中正确的是(),解析,单摆振动过程中受到重力和细线拉力的作用，把重力沿切向和径向分解，其切向分力提供回复力，细线拉力与重力的径向分力的合力提供向心力，向心力大小为,m,v,2,/,l,，可见最大摆角处向心力为零，平衡位置处向心力最大，而回复力在最大摆角处最大，平衡位置处为零，故应选,C.,答案,C,解析单摆振动过程中受到重力和细线拉力的作用，把重力沿切向和,问题设计,二、研究振动的步调问题,1.,如图,2,所示，在铁架台上悬挂两个相同的单摆，,将两个摆球拉离平衡位置且保证摆角相同，然,后同时放开，可观察到什么现象？,图,2,答案,它们的运动总是一致的，也可以说是步,调一致，即同时沿相同方向经过平衡位置，,并同时达到同一侧最大位移处,.,问题设计二、研究振动的步调问题1.如图2所示，在铁架台上悬挂,2.,如图,3,所示，再将两个摆球拉开相同的摆角，,先放开一个，等它摆到另一边最大位移处时，,再放开第二个，又可观察到什么现象？,图,3,答案,它们的运动总是相反的，也可以说是步,调相反，即同时沿相反方向经过平衡位置，并,同时达到两侧最大位移处,.,2.如图3所示，再将两个摆球拉开相同的摆角，图3答案它们的,要点提炼,1.,相,(,或相位、位相、周相,),：描述振动,的物理量,.,(1),两个单摆振动步调一致，称为,；,(2),两个单摆振动步调不一致，就说它们存在着,；,(3),两个单摆振动步调正好相反，叫做,.,2.,相差：指两个相位之差,.,在实际中经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差，反映出两简谐运动的步调差异,.,步调,同相,相差,反相,要点提炼1.相(或相位、位相、周相)：描述振动,例,2,如图,4,所示是在同一个坐标系里画出的三个振动系统的振动图像，下列说法正确的是,(,),图,4,A.,a,、,b,、,c,三个振动系统的频率相同,B.,a,、,b,两个系统振动时存在着相差,C.,a,、,b,两个系统振动同相,D.,a,、,c,两个系统振动反相,例2如图4所示是在同一个坐标系里画出的三个振动系统的振动图,解析,由题图可知，三个振动系统的周期相同，故频率相同，,A,正确；,a,、,b,两个系统振动的振幅不同，但总是同时来到正向,(,或负向,),的最大位移处，同时同方向经过平衡位置，故,a,、,b,同相，,B,错误，,C,正确；,a,、,c,两个系统总是同时来到反向的最大位移处，同时以相反方向经过平衡位置，故,a,、,c,反相，,D,正确,.,答案,ACD,解析由题图可知，三个振动系统的周期相同，故频率相同，A正确,问题设计,三、探究单摆振动的周期,1.,如图,5,所示，两个单摆同时释放，我,们可以观察到振动的周期不同,.,影响周,期的因素可能有单摆的质量、振幅、,摆长，这么多因素我们应采用什么方,法研究？,图,5,问题设计三、探究单摆振动的周期1.如图5所示，两个单摆同时释,答案,控制变量法,.,具体做法为：,(1),只让两摆的质量不同,.(2),只让两摆的振幅不同,(,都在小摆角下,).(3),只让两摆的摆长不同,.,比较以上三种情况下两摆的周期，可以得到周期与质量、振幅、摆长之间的定性关系,.,答案控制变量法.具体做法为：,2.,具体做法是什么？得出影响周期的因素是什么？,答案,首先，研究周期和质量有没有关系，就应控制其他条件不变,.,做法：用两个摆长相同，摆球质量不同的单摆,.,将它们拉到同一个高度,(,注意摆角要小,),释放，观察两摆的运动,.,现象：两摆球摆动总是同步的，说明两摆球周期相同，即周期与摆球质量无关,.,2.具体做法是什么？得出影响周期的因素是什么？,其次，研究单摆的周期和振幅的关系,.,做法：用一个单摆，分两次从不同高度释放,(,振幅不同,),，用秒表测量单摆振动,30,次所用时间并比较两次所用时间,.,结论：两次所用时间近似相等，故周期与振幅无关,.,再次，研究单摆的周期和摆长的关系,.,做法：取两个摆长不同，质量相同的两个摆球从同一高度同时释放，观察两摆的运动,.,其次，研究单摆的周期和振幅的关系.,现象：两摆振动不同步，摆长大的振动慢，说明单摆的周期与摆长有关,.,由此可知单摆的周期与摆球质量、振幅无关，与摆长有关,.,现象：两摆振动不同步，摆长大的振动慢，说明单摆的周期与摆长有,要点提炼,1.,单摆的周期公式,T,.,2.,摆长,l,(1),实际的单摆的摆球不可能是质点，所以摆长应是从,到摆球,的长度：即,l,l,，,l,为摆线长，,d,为摆球直径,.,2,悬点,球心,要点提炼1.单摆的周期公式T,(2),等效摆长：如图,6,所示，甲、乙在垂直纸面方向摆起来的效果是相同的，所以甲摆的摆长为,，这就是等效摆长，所以其周期为,T,.,l,sin,2,图,6,(2)等效摆长：如图6所示，甲、乙在垂直纸面方向摆起来的效果,3.,重力加速度,g,若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,随所处地表的,和,的变化而变化,.,另外，在不同星球上，,M,和,R,一般不同，,g,也不同，,g,取,9.8 m/s,2,只是在地球表面附近时的取值,.,位置,高度,3.重力加速度g位置高度,例,3,如图,7,所示，,MN,为半径较大的光滑圆弧轨,道的一部分，把小球,A,放在,MN,的圆心处，再把,另一小球,B,放在,MN,上离最低点,C,很近的,B,处，,今使两球同时自由释放，则在不计空气阻力时有,(,),A.,A,球先到达,C,点,B.,B,球先到达,C,点,C.,两球同时到达,C,点,D.,无法确定哪一个球先到达,C,点,图,7,例3如图7所示，MN为半径较大的光滑圆弧轨图7,解析,A,做自由落体运动，到达,C,所需时间,t,A,，,R,为圆弧轨道的半径,.,因为圆弧轨道的半径,R,很大，,B,球离最低点,C,又很近，所以,B,球在轨道给它的支持力和重力的作用下沿圆弧做简谐运动,(,等同于摆长为,R,的单摆,),，则运动到最低点,C,所用的时间是单摆振动周期的,，即,t,B,t,A,，所以,A,球先到达,C,点,.,答案,A,解析A做自由落体运动，到达C所需时间tA ，,问题设计,四、测定当地的重力加速度,在地球表面，不同纬度重力加速度不同，不同高度重力加速度不同，利用本学案的知识怎样测出当地的重力加速度？,答案,由单摆周期公式得,g,，如果测出单摆的摆长,l,、周期,T,，就可以求出当地的重力加速度,g,.,问题设计四、测定当地的重力加速度在地球表面，不同纬度重力加速,要点提炼,1.,原理：测出摆长,l,、周期,T,，代入公式,g,，求出重力加速度,g,.,2.,器材：铁架台及铁夹，金属小球,(,有孔,),、停表、细线,(1 m,左右,),、米尺、,.,3.,实验步骤,(1),让细线穿过金属小球上的小孔，在细线的一端打一个稍大一些的线结，制成一个单摆,.,游标卡尺,要点提炼1.原理：测出摆长l、周期T，代入公式g,(2),将铁夹固定在铁架台上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸出