【物理】单摆课件-2023-2024学年高二上人教版(2019)选择性必修第一册
38页1、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:秋千的摆动秋千的摆动钟摆的摆动钟摆的摆动游乐大摆锤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:第第 2 2 页页 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):最大摆角理想化模型一、单摆新课讲授第第 3 3 页页 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 2341OO长细线 5钢球新课讲授第第 4 4 页页 知识讲解拓展几种常见的单摆几种常见的单摆圆槽摆圆槽摆圆锥摆圆锥摆钉钉 摆摆ABO新课讲授第第 5 5 页页 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用什么方法探究单摆的振动是否为简谐振动呢?方法一:方法一:分析单摆的分析单摆的回复力回复力,看其,看其与位移是否成正比并且方向相反。与位移是否成正比并且方
2、向相反。方法二:方法二:分析单摆分析单摆位移与时间位移与时间的关的关系是否满足正弦关系。系是否满足正弦关系。注意注意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空气对它的阻力可以忽略。注意注意2:实验时我们总要尽可能选择质量大、体积小质量大、体积小的球和尽量细细的线。新课讲授第第 6 6 页页 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、单摆的回复力二、单摆的回复力第第 7 7 页页 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、单摆的回复力二、单摆的回复力第第 8 8 页页 知识讲解二、单摆的回复力二、单摆的回复力lmOGPG1G2T法向法向 G1=mgcos切向切向 G2=mgsin 重力重力分解分解问题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
3、方向与速度v方向垂直第第 9 9 页页 知识讲解二、单摆的回复力二、单摆的回复力lmOGPG1G2T法向:法向:T mgcos=Fn切向:切向:G2=mgsin=F回回问题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,与该点速度方向垂直,只改变只改变速度方向速度方向与该点速度方向一致,与该点速度方向一致,不断改变不断改变速度大小速度大小第第 1010 页页 知识讲解二、单摆的回复力二、单摆的回复力lmOXXX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XS第第 1111 页页 知识讲解x当很小时,x弧长F=mgsin位移方向与回复力方向相反sin=L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。新课讲授第第 1212 页页 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FTG新课讲授第第 1313 页页 知识讲解二、单摆的回复力二、单摆的回复力第第 1414 页页 知识讲解摆角正弦值弧度值 10.017540.01745 20.034900.034
4、91 30.052340.05236 40.069760.06981 50.087160.08727 60.104530.10472 70.121870.12217 80.139170.13963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,理论上一般角不超过5。因此,在摆角 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。2.2.法二:法二:分析单摆分析单摆位移与时间位移与时间的关系是否满足的关系是否满足正弦关系正弦关系?第第 1515 页页 知识讲解猜想?振振 幅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:第第 1616 页页 知识讲解三、单摆的周期新课讲授演示实验:第第 1717 页页 知识讲解单摆周期与摆长之间有什么定量的关系呢?三、单摆的周期不变量变量单摆的周期摆球质量M、摆长L重力加速度g振幅A大振幅A小摆长L、振幅A重力加速度g摆球质量M大摆球质量M小振幅A、摆球质量M重力加速度g摆长L大摆长L小振幅A、摆球质量M摆长L重力加速度g大重力加速度g小相同相同大小小大与质量无关与振幅无关摆长越长,周
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