【優(yōu)化方案】高中物理 第11章 第四節(jié)單擺課件 新人教選修34

第四節(jié)單擺課前自主學案核心要點突破課堂互動講練課標定位知能優(yōu)化訓練

第四節(jié)單擺課標定位學習目標：1.理解什么是單擺及在什么情況下單擺的振動是簡諧運動．2．知道單擺的周期跟哪些因素有關(guān)，了解單擺周期公式，并能進行有關(guān)計算．3．知道用單擺可測定重力加速度．重點難點：1.單擺的周期公式及應(yīng)用．2．單擺回復(fù)力的推導(dǎo)及等效擺長與等效重力加速度的計算．課前自主學案一、單擺模型細線的上端固定，下端系一小球，如果細線的_______與小球相比可以忽略；球的________與線的長度相比也可以忽略；在擺動過程中細線的_________可以忽略；與小球受到的重力及繩的拉力相比，空氣等對它的________可以忽略，這樣的裝置就叫做單擺．單擺是實際擺的理想化模型，實驗中為滿足上述條件我們盡量選擇__________大，_________小的球和盡量_______的線．質(zhì)量直徑伸縮阻力質(zhì)量體積細二、單擺的回復(fù)力單擺的回復(fù)力是擺球的重力沿____________方向的分力，在擺角很小的情況下，單擺所受的回復(fù)力與它偏離平衡位置的位移成________，方向總指向_____________，因此單擺在擺角很小時做_______________，其振動圖象遵從___________________函數(shù)規(guī)律．圓弧切線正比平衡位置簡諧運動正弦或余弦三、單擺的周期1．影響單擺周期的因素：實驗表明，單擺振動的周期與擺球________無關(guān)，在振幅較小時與___________無關(guān)，但與擺長有關(guān)，擺長________，周期越長．質(zhì)量振幅越長3．單擺的等時性：單擺的周期與擺球的_______、__________無關(guān)，其中與________無關(guān)的性質(zhì)叫單擺的等時性．質(zhì)量振幅振幅核心要點突破一、對單擺模型的理解1．運動特點(1)擺球以懸點為圓心做變速圓周運動，在運動過程中只要速度v≠0，半徑方向都有向心力．(2)擺球以平衡位置為中心做往復(fù)運動，在運動過程中只要不在平衡位置，軌跡的切線方向都有回復(fù)力．2．擺球的回復(fù)力(1)任意位置：如圖11－4－1所示，G2＝Gcosθ，F(xiàn)－G2的作用就是提供擺球繞O′做變速圓周運動的向心力；G1＝Gsinθ的作用是提供擺球以O(shè)為中心做往復(fù)運動的回復(fù)力．(2)平衡位置：擺球經(jīng)過平衡位置時，G2＝G，G1＝0，此時F應(yīng)大于G，F(xiàn)－G的作用是提供向心力；因此在平衡位置，回復(fù)力F回＝0，與G1＝0相符．圖11－4－1特別提醒：單擺的運動不一定是簡諧運動，只有在擺角較小的情況下才能看成簡諧運動，理論上一般θ角不超過5°，但在實驗中，認為θ角不超過10°即可．即時應(yīng)用(即時突破，，小試牛刀刀)1．下列有關(guān)關(guān)單擺運動動過程中的的受力說法法，正確的的是()A．單擺運動動的回復(fù)力力是重力和和擺線拉力力的合力B．單擺運動動的回復(fù)力力是重力沿沿圓弧切線線方向的一一個分力C．單擺經(jīng)過過平衡位置置時的合力力為零D．單擺運動動的回復(fù)力力是擺線拉拉力的一個個分力解析：選B.單擺運動是是在一段圓圓弧上運動動，因此單單擺運動過過程中不僅僅有回復(fù)力力，而且有有向心力，，即單擺運運動的合外外力不僅要要提供回復(fù)復(fù)力，而且且要提供向向心力，故故選項A錯誤；單擺擺的回復(fù)力力是重力沿沿圓弧切線線方向的一一個分力，，而不是擺擺線拉力的的分力，故故選項B正確，D錯誤；單擺擺過平衡位位置時，回回復(fù)力為零零，向心力力最大，故故其合外力力不為零，，所以選項項C錯誤．二、對單擺擺周期的理理解1．決定周期期大小的因因素(1)擺長L.(2)當?shù)氐闹亓α铀俣萭.(3)與擺球質(zhì)量量無關(guān)，在在擺角小于于5°的前提下，，與振幅無無關(guān)．圖11－4－2圖11－4－33．重力加速速度g(1)若單擺系統(tǒng)統(tǒng)只處在重重力場中且且處于靜止止狀態(tài)，g由單擺所處處的空間位位置決定，，即g＝，式中R為物體到地地心的距離離，M為地球的質(zhì)質(zhì)量，g隨所在位置置的高度的的變化而變變化．另外外，在不同同星球上M和R也是變化的的，所以g也不同，g＝9.8m/s2只是在地球球表面附近近時的取值值．(2)等效重力加加速度：若若單擺系統(tǒng)統(tǒng)處在非平平衡狀態(tài)(如加速、減減速、完全全失重狀態(tài)態(tài))，則一般情情況下，g值等于擺球球相對靜止止在自己的的平衡位置置時，擺線線所受的張張力與擺球球質(zhì)量的比比值．圖11－4－4特別提醒：：(1)擺長L并不等于繩繩長，而是是等于擺球球球心(質(zhì)量均勻)到擺動圓弧弧的圓心的的距離．(2)公式中的g不一定等于于9.8m/s2，尤其是單單擺在復(fù)合合場中或斜斜面上擺動動時，g值往往因情情境而異．．即時應(yīng)用(即時時突突破破，，小小試試牛牛刀刀)2．要要增增加加單單擺擺在在單單位位時時間間內(nèi)內(nèi)的的擺擺動動次次數(shù)數(shù)，，可可采采取取的的方方法法是是()A．增增大大擺擺球球的的質(zhì)質(zhì)量量B．縮縮短短擺擺長長C．減減小小擺擺動動的的幅幅度度D．升升高高氣氣溫溫答案案：：B課堂互動講練類型一單擺周期公式的應(yīng)用有一一單單擺擺，，其其擺擺長長l＝1.02m，已已知知單單擺擺做做簡簡諧諧運運動動，，單單擺擺振振動動30次用用的的時時間間t＝60.8s，試試求求：：(1)當?shù)氐氐牡闹刂亓α蛹铀偎俣榷仁鞘嵌喽啻蟠?？?2)如果果將將這這個個擺擺改改為為秒秒擺擺，，擺擺長長應(yīng)應(yīng)怎怎樣樣改改變變？？改改變變多多少少？？例1【思路路點點撥撥】【答案案】(1)9.79m/s2(2)縮短短0.027m圖11－4－5例2類型二對單擺模型的拓展圖11－4－6【方法法總總結(jié)結(jié)】單擺擺模模型型指指符符合合單單擺擺運運動動規(guī)規(guī)律律的的模模型型，，滿滿足足條條件件：：(1)圓弧弧運運動動；；(2)小角角度度擺擺動動．．變式式訓訓練練2如圖圖11－4－7所示示，，曲曲面面AO是一一段段半半徑徑為為2m的光光滑滑圓圓弧弧面面，，圓圓弧弧與與水水平平面面相相切切于于O點，，AO弧長長10cm.現(xiàn)將將一一小小球球先先后后從從曲曲面面的的頂頂端端A和AO弧的的中中點點B由靜靜止止釋釋放放，，到到達達底底端端O的速速度度分分別別為為v1和v2，所所經(jīng)經(jīng)歷歷的的時時間間分分別別是是t1和t2，那那么么()A．v1＜v