【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(xué)案核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課標(biāo)定位知能優(yōu)化訓(xùn)練

第四節(jié)單擺課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解什么是單擺及在什么情況下單擺的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)．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(jìn)行有關(guān)計(jì)算．3．知道用單擺可測(cè)定重力加速度．重點(diǎn)難點(diǎn)：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(zhǎng)與等效重力加速度的計(jì)算．課前自主學(xué)案一、單擺模型細(xì)線的上端固定，下端系一小球，如果細(xì)線的_______與小球相比可以忽略；球的________與線的長(zhǎng)度相比也可以忽略；在擺動(dòng)過程中細(xì)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(duì)它的________可以忽略，這樣的裝置就叫做單擺．單擺是實(shí)際擺的理想化模型，實(shí)驗(yàn)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(xì)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(shí)做_______________，其振動(dòng)圖象遵從___________________函數(shù)規(guī)律．圓弧切線正比平衡位置簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)正弦或余弦三、單擺的周期1．影響單擺周期的因素：實(shí)驗(yàn)表明，單擺振動(dòng)的周期與擺球________無(wú)關(guān)，在振幅較小時(shí)與___________無(wú)關(guān)，但與擺長(zhǎng)有關(guān)，擺長(zhǎng)________，周期越長(zhǎng)．質(zhì)量振幅越長(zhǎng)3．單擺的等時(shí)性：?jiǎn)螖[的周期與擺球的_______、__________無(wú)關(guān)，其中與________無(wú)關(guān)的性質(zhì)叫單擺的等時(shí)性．質(zhì)量振幅振幅核心要點(diǎn)突破一、對(duì)單擺模型的理解1．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(1)擺球以懸點(diǎn)為圓心做變速圓周運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)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．?dāng)[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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的回復(fù)力．(2)平衡位置：擺球經(jīng)過平衡位置時(shí)，G2＝G，G1＝0，此時(shí)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：?jiǎn)螖[的運(yùn)動(dòng)不一定是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，只有在擺角較小的情況下才能看成簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，理論上一般θ角不超過5°，但在實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為θ角不超過10°即可．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，，小試牛刀刀)1．下列有關(guān)關(guān)單擺運(yùn)動(dòng)動(dòng)過程中的的受力說(shuō)法法，正確的的是()A．單擺運(yùn)動(dòng)動(dòng)的回復(fù)力力是重力和和擺線拉力力的合力B．單擺運(yùn)動(dòng)動(dòng)的回復(fù)力力是重力沿沿圓弧切線線方向的一一個(gè)分力C．單擺經(jīng)過過平衡位置置時(shí)的合力力為零D．單擺運(yùn)動(dòng)動(dòng)的回復(fù)力力是擺線拉拉力的一個(gè)個(gè)分力解析：選B.單擺運(yùn)動(dòng)是是在一段圓圓弧上運(yùn)動(dòng)動(dòng)，因此單單擺運(yùn)動(dòng)過過程中不僅僅有回復(fù)力力，而且有有向心力，，即單擺運(yùn)運(yùn)動(dòng)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(xiàng)A錯(cuò)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(gè)分力，，而不是擺擺線拉力的的分力，故故選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤；單擺擺過平衡位位置時(shí)，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(xiàng)項(xiàng)C錯(cuò)誤．二、對(duì)單擺擺周期的理理解1．決定周期期大小的因因素(1)擺長(zhǎng)L.(2)當(dāng)?shù)氐闹亓α铀俣萭.(3)與擺球質(zhì)量量無(wú)關(guān)，在在擺角小于于5°的前提下，，與振幅無(wú)無(wú)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(chǎng)中且且處于靜止止?fàn)顟B(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(shí)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(duì)靜止止在自己的的平衡位置置時(shí)，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(zhǎng)L并不等于繩繩長(zhǎng)，而是是等于擺球球球心(質(zhì)量均勻)到擺動(dòng)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(chǎng)中或斜斜面上擺動(dòng)動(dòng)時(shí)，g值往往因情情境而異．．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)時(shí)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(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)的的擺擺動(dòng)動(dòng)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(zhǎng)長(zhǎng)C．減減小小擺擺動(dòng)動(dòng)的的幅幅度度D．升升高高氣氣溫溫答案案：：B課堂互動(dòng)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(zhǎng)長(zhǎng)l＝1.02m，已已知知單單擺擺做做簡(jiǎn)簡(jiǎn)諧諧運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，單單擺擺振振動(dòng)動(dòng)30次用用的的時(shí)時(shí)間間t＝60.8s，試試求求：：(1)當(dāng)?shù)氐氐牡闹刂亓α蛹铀偎俣榷仁鞘嵌喽啻蟠螅浚?2)如果果將將這這個(gè)個(gè)擺擺改改為為秒秒擺擺，，擺擺長(zhǎng)長(zhǎng)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(diǎn)點(diǎn)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(duì)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(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)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(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)；；(2)小角角度度擺擺動(dòng)動(dòng)．．變式式訓(xùn)訓(xùn)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(diǎn)，，AO弧長(zhǎng)長(zhǎng)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(diǎn)點(diǎn)B由靜靜止止釋釋放放，，到到達(dá)達(dá)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(shí)時(shí)間間分分別別是是t1和t2，那那么么()A．v1＜v