2.4单摆课件-人教版（2019）选择性必修第一册（38张PPT）

2.4 单摆 人教版（2019）高中物理（选择性必修第一册） 第二章 机械振动 老师： 授课时间： 秋千的摆动 钟摆的摆动 游乐大摆锤的摆动 1.以上生活中的摆动有什么共同的特点？ 2.结合你已经学习过的理想化模型和摆动物体的特点，你是否可以简化出一种新的理想化的物理模型呢？ 思考与讨论： 第 2 页 课堂导入 1.定义：如果细线的质量与小球相比可以忽略，球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫做单摆。 2.单摆的结构： （1）固定悬点O' （2）摆长：悬点到重心的距离 L （3）θ ：最大摆角 θ 理想化模型 一、单 摆 新课讲授 第 3 页 知识讲解 想一想：下列装置能否看作单摆？ 铁链 粗棍上 细绳挂在 细绳 橡皮筋 2 3 4 1 O O’ 长细线 5 钢球 ? 新课讲授 第 4 页 知识讲解 拓展 几种常见的单摆 圆槽摆 圆锥摆 钉 摆 A B O 新课讲授 第 5 页 知识讲解 思考讨论 用什么方法探究单摆的振动是否为简谐振动呢？ 方法一：分析单摆的回复力，看其与位移是否成正比并且方向相反。 方法二：分析单摆位移与时间的关系是否满足正弦关系。 注意1：研究单摆时，与小球受到的重力及线的拉力相比，空气对它的阻力可以忽略。 注意2：实验时我们总要尽可能选择质量大、体积小的球和尽量细的线。 新课讲授 第 6 页 知识讲解 问题1、摆球静止在O点时，它受到几个力？ 这些力有什么特点？ 问题2、摆球如果沿圆弧往复运动， 该点是否为其平衡位置？ 二、单摆的回复力 第 7 页 知识讲解 单摆摆长为l、摆球质量为m。将摆球拉离平衡位置O后释放，摆球沿圆弧做往复运动。 问题3. 摆球参与了几个运动？ 分别是什么运动？ 参与两个运动 1、在平衡位置两侧做往返运动。 2、绕悬点做圆弧运动 二、单摆的回复力 第 8 页 知识讲解 二、单摆的回复力 l m O G P ???? ? G1 G2 T ???? ? 法向 G1=mgcosθ 切向 G2=mgsinθ 重力分解 问题4、当摆球摆到圆弧上任意一点P时，受力哪那些力？这些力的大小和方向有什么特点？ 问题5、为什么沿半径方向和沿切向分解重力？ 拉力T的方向与速度v方向垂直 第 9 页 知识讲解 二、单摆的回复力 l m O G P ???? ? G1 G2 T 法向： T – mgcosθ = Fn 切向： G2 = mgsinθ = F回 ???? ? 问题6、摆球向着平衡位置运动，它的速度如何变化？引起速度变化的原因是什么？ v 与该点速度方向垂直，只改变速度方向 与该点速度方向一致，不断改变速度大小 第 10 页 知识讲解 二、单摆的回复力 l m O X X X 问题7：简谐运动的位移如何定义？ s 当角度很小的时候弦长≈弧长 │X│≈S 第 11 页 知识讲解 ? x 当θ很小时，x≈弧长 F = mgsinθ 位移方向与回复力方向相反 sinθ≈θ = L?θ 当最大摆角很小时，单摆在竖直面内的摆动可看作是简谐运动。 新课讲授 第 12 页 知识讲解 ? O 摆球运动到最低点O（平衡位置）时回复力是否为零？合力是否为零？ 平衡位置： x=0， ， 回复力为零 ，合外力不为零 FT G 新课讲授 第 13 页 知识讲解 二、单摆的回复力 第 14 页 知识讲解 摆角θ 正弦值 弧度值 1° 0.01754 0.01745 2° 0.03490 0.03491 3° 0.05234 0.05236 4° 0.06976 0.06981 5° 0.08716 0.08727 6° 0.10453 0.10472 7° 0.12187 0.12217 8° 0.13917 0.13963 注意：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θ角不超过5°。 因此，在摆角θ 很小时，单摆做简谐运动，其振动图象也遵循正弦函数规律，图象是正弦或余弦曲线。 2. 法二： 分析单摆位移与时间的关系是否满足正弦关系？ 第 15 页 知识讲解 猜想？ 振 幅 质 量 摆 长 重力加速度 单摆振动的周期与哪些因素有关呢？ 思考 实验方法: 控制变量法 第 16 页 知识讲解 三、单摆的周期 新课讲授 演示实验： 第 17 页 知识讲解 单摆周期 ... ...