粤教版高中物理选择性必修第一册第二章机械振动第三节单摆课件（60页PPT）+学案（有解析）

第三节　单摆 学 习 目 标 思 维 导 图 1.知道什么是单摆． 2.理解单摆振动回复力的来源及做简谐运动的条件． 3.知道单摆周期的决定因素，掌握单摆的周期公式． 知识点一　单摆及单摆的回复力 【情境导学】 摆钟的钟摆在摆动时是做简谐运动，做简谐运动的物体一定受到回复力的作用，是什么力作为钟摆的回复力呢？摆钟的钟摆摆到最低点时，回复力为零，合外力为零吗？ 【知识梳理】 1．单摆 (1)概念：如果悬挂物体的绳子的_____和_____可以忽略不计，绳长比物体的尺寸大很多，物体可以看作质点，这样的装置可以看作单摆． (2)若单摆的摆角_____，单摆摆球的摆动可近似看成简谐运动． 2．单摆的回复力 重力mg沿圆弧切线方向的分力F为单摆摆球的回复力，得F＝_____， 在偏角很小(小于5°)时，有sin θ≈_____，则单摆所受的回复力F≈_____，可见单摆的摆动在摆角很小时是_____. 状元随笔　 不可误认为回复力是重力G与摆线拉力T的合力． 【重难突破】 1．实际的摆可以看成单摆的条件 (1)形变要求：当摆线的形变量比摆线的长度小得多时，摆线的伸缩可以忽略．可把摆线看成不可伸长的线． (2)质量要求：摆线质量与摆球质量相比小得多，这时可以认为摆线是没有质量的． (3)长度要求：摆球的直径与摆线的长度相比可以忽略时，可把摆球看成质点． (4)受力要求：忽略摆动过程中摆球所受空气阻力的作用． 2．单摆的受力特点 (1)摆球受力：如图所示，摆球受细线拉力和重力作用． (2)向心力来源：细线对摆球的拉力和摆球重力沿径向的分力的合力． (3)回复力来源：摆球重力沿圆弧切线方向的分力F＝mg sin θ为单摆摆球的回复力． 例1 图中O点为单摆的固定悬点，现将摆球(可视为质点)拉至A点，此时细线处于张紧状态，释放摆球，摆球将在竖直平面内的A、C点之间来回摆动，B点为运动中的最低位置，则在摆动过程中(　　) A．摆球在A点和C点处，速度为零，合力也为零 B．摆球在A点和C点处，速度为零，回复力也为零 C．摆球在B点处，速度最大，回复力也最大 D．摆球在B点处，速度最大，细线拉力也最大 【变式训练1】　(多选)单摆是为研究振动而抽象出的理想化模型，其理想化条件是(　　) A．摆线质量不计 B．摆线不伸缩 C．摆球的直径比摆线长度小得多 D．只要是单摆的运动就是一种简谐运动 知识点二　单摆的周期公式 【情境导学】 (1)发现摆钟走时不准时，为什么要调整摆锤下面的螺母？ (2)将走时准确的摆钟，由赤道拿到两极，走时还准吗？ 【知识梳理】 1．探究影响单摆周期的因素 如图所示，在铁架台的横梁上固定两个单摆，按照以下几种情况，把它们拉起一定角度后同时释放，观察两摆的振动周期. (1)两摆的摆球质量、摆长相同，振幅不同(都在小偏角下). (2)两摆的摆长、振幅相同，摆球质量不同. (3)两摆的振幅、摆球质量相同，摆长不同. 比较三种情况下两摆的周期，可以得出：在摆角很小的情况下，单摆的周期与摆球质量和摆角_____(选填“有关”或“无关”)，与单摆摆长有关．即T∝_____． 2．周期公式：1659年，荷兰物理学家惠更斯在研究单摆的振动时，发现摆球做简谐运动的周期T跟摆长L的二次方根成_____，跟重力加速度g的二次方根成_____，用公式表示为T＝_____. ①单摆的简谐运动周期与装置的固有因素_____，与外界条件_____；(均选填“有关”或“无关”) ②单摆的简谐运动周期也叫作单摆的_____； ③弹簧振子的简谐运动周期和频率也是固有的，与弹簧的劲度系数和小球的质量_____(选填“有关”或“无关”)． 【重难突破】 对单摆的周期公式的理解 由公式T＝2π知，某单摆做简谐运动(摆角小于5°)的周期只与其摆长L和当地的重力加速度g有关，而与振幅和摆球质量无关，故又叫作单摆的固有周期． (1)摆长L ①实际的单摆摆球不可能是质点，所以 ... ...