選修3-4第一章第3節(jié)單擺

PAGEPAGE1福清美佛兒學(xué)校自主學(xué)習(xí)模式物理導(dǎo)學(xué)案姓名高二班日期月日編號(hào)：016課題：單擺課時(shí)：2課時(shí)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、知道什么是單擺，了解單擺的構(gòu)成。2、掌握單擺振動(dòng)的特點(diǎn)，知道單擺回復(fù)力的成因，理解擺角很小時(shí)單擺的振動(dòng)是簡諧運(yùn)動(dòng)。3、知道單擺的周期跟什么因素有關(guān)，了解單擺的周期公式，并能用來進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。4、知道用單擺可測定重力加速度。二、學(xué)習(xí)過程：模塊一、單擺學(xué)習(xí)指導(dǎo)：1862年，18歲的伽利略離開神學(xué)院進(jìn)入比薩大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，他的心中充滿著奇妙的幻想和對自然科學(xué)的無窮疑問，一次他在比薩大學(xué)忘掉了向上帝祈禱，雙眼注視著天花板上懸垂下來搖擺不定的掛燈，右手按著左手的脈搏，口中默默地?cái)?shù)著數(shù)字，在一般人熟視無睹的現(xiàn)象中，他卻第一個(gè)明白了掛燈每擺動(dòng)一次的時(shí)間是相等的，于是制作了單擺的模型，潛心研究了單擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，給人類奉獻(xiàn)了最初的能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的儀器。在第一節(jié)中我們以彈簧振子為模型研究了簡諧運(yùn)動(dòng)，日常生活中常見到擺鐘、擺錘等的振動(dòng)，這種振動(dòng)有什么特點(diǎn)呢？本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)簡諧運(yùn)動(dòng)的另一典型實(shí)例——單擺。（1）什么是單擺秋千和鐘擺等擺動(dòng)的物體最終都會(huì)停下來，是因?yàn)橛锌諝庾枇Υ嬖?，我們能不能由秋千和鐘擺擺動(dòng)的共性，忽略空氣阻力，抽象出一個(gè)簡單的物理模型呢？橡皮筋粗繩橡皮筋粗繩細(xì)繩繩繞在桿上細(xì)繩①第一種擺的懸繩是橡皮筋，伸縮不可忽略，不是單擺；②第二種擺的懸繩質(zhì)量不可忽略，不是單擺；③第三種擺的懸繩長度不是遠(yuǎn)大于球的直徑，不是單擺；④第四種擺的上端沒有固定，也不是單擺；⑤第五種擺是單擺。單擺定義：模塊二、單擺運(yùn)動(dòng)的相關(guān)物理量及其特點(diǎn)學(xué)習(xí)指導(dǎo)：認(rèn)真閱讀課本，然后完成下列填空。1、單擺的擺動(dòng)①單擺的平衡位置當(dāng)擺球靜止在O點(diǎn)時(shí)，擺球受到重力G和懸線的拉力Ｆ＇作用，這兩個(gè)力是平衡的。O點(diǎn)就是單擺的____________。②單擺的擺動(dòng)演示：用力將擺球拉離平衡位置，使懸線與豎直方向成一角度，然后釋放。分析：擺球被拉到位置A＇時(shí)，擺球受到重力G，繩的拉力Ｆ＇，且G與拉力Ｆ＇不再平衡，所以擺球在這兩個(gè)力的共同作用下，將沿以O(shè)為中點(diǎn)的一段圓弧做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。F′GOAA′F′GOAA′GF′Lθ2、單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)（1）單擺的回復(fù)力OAA′GF′LθG1GOAA′GF′LθG1G2單擺的回復(fù)力由提供。（2）單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的條件單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的條件是偏角很小，通常應(yīng)在____________以內(nèi)，誤差不超過0.5%。3、單擺的周期問題：單擺的周期與哪些因素有關(guān)呢?結(jié)論：單擺擺動(dòng)的周期與單擺的振幅無關(guān)，與單擺的擺長、重力加速度有關(guān)。（2）周期公式荷蘭物理學(xué)家惠更斯研究了單擺的擺動(dòng)，定量得到：單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的周期T跟擺長L的二次方根成正比，跟重力加速度g的二次方根成反比，跟振幅、擺球的質(zhì)量無關(guān)。4、單擺的應(yīng)用（1）利用單擺的等時(shí)性計(jì)時(shí)單擺振動(dòng)的周期與振幅的大小無關(guān)，這一特點(diǎn)叫做單擺振動(dòng)的等時(shí)性?；莞估脭[的等時(shí)性發(fā)明了帶擺的計(jì)時(shí)器，擺的周期可以通過改變擺長來調(diào)節(jié)，計(jì)時(shí)很方便。（2）測定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葐螖[的周期和擺長容易用實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確地測定出來，所以利用單擺能準(zhǔn)確地測定各地的重力加速度。四、當(dāng)堂檢測1．振動(dòng)著的單擺擺球，通過平衡位置時(shí)，它受到的回復(fù)力[]A．指向地面B．指向懸點(diǎn)C．?dāng)?shù)值為零D．垂直擺線，指向運(yùn)動(dòng)方向2．對于秒擺下述說法正確的是[]A．?dāng)[長縮短為原來的四分之一時(shí)，頻率是1HzB．?dāng)[球質(zhì)量減小到原來的四分之一時(shí)，周期是4sC．振幅減為原來的四分之一時(shí)，周期是2sD．如果重力加速度減為原來的四分之一時(shí)，頻率為0.25Hz3．一物體在某行星表面受到的萬有引力是它在地球表面受到的萬有引力的1/4．在地球上走得很準(zhǔn)的擺鐘搬到此行星上后，此鐘分針一整圈所經(jīng)歷的時(shí)間實(shí)際上是[]4．下列單擺的周期相對于地面上的固有周期變大的是[]A．加速向上的電梯中的單擺B．在勻速水平方向前進(jìn)的列車中的單擺C．減速上升的電梯中的單擺D．在勻速向上運(yùn)動(dòng)的電梯中的單擺5．一繩長為L的單擺，在平衡位置正上方（L—L′）的P處有一個(gè)釘子，如圖1所示，這個(gè)擺的周期是[]6．用空心鐵球內(nèi)部裝滿水做擺球，若球正下方有一小孔，水不斷從孔中流出，從球內(nèi)裝滿水到水流完為止的過程中，其振動(dòng)周期的大小是[]A．不變B．變大C．先變大后變小回到原值D．先變小后變大回到原值7．一單擺的擺長為40cm，擺球在t=0時(shí)刻正從平衡位置向右運(yùn)動(dòng)，若g取10m／s2，則在1s時(shí)擺球的運(yùn)動(dòng)情況是[]A．正向左做減速運(yùn)動(dòng)，加速度正在增大B．正向左做加速運(yùn)動(dòng)，加速度正在減小C．正向右做減速運(yùn)動(dòng)，加速度正在增大D．正向右做加速運(yùn)動(dòng)，加速度正在減小8．一個(gè)擺鐘從甲地拿到乙地，它的鐘擺擺動(dòng)加快了，則下列對此現(xiàn)象的分析及調(diào)準(zhǔn)方法的敘述中正確的是[]A．g甲＞g乙，將擺長適當(dāng)增長B．g甲＞g乙，將擺長適當(dāng)縮短C．g甲＜g乙，將擺長適當(dāng)增長D．g甲＜g乙，將擺長適當(dāng)縮短9．一個(gè)單擺掛在電梯內(nèi)，發(fā)現(xiàn)單擺的周期增大為原來的2倍，可見電梯在做加速度運(yùn)動(dòng)，加速度α為[]A．方向向上，大小為g/2B．方向向上，大小為3g/4C．方向向下，大小為g/4D．方向向下，大小為3g/4課后練習(xí)與提高1．如圖2所示，為一雙線擺，二擺線長均為L,懸點(diǎn)在同一水平面上，使擺球A在垂直于紙面的方向上振動(dòng)，當(dāng)A球從平衡位置通過的同時(shí)，小球B在A球的正上方由靜止放開，小球A、B剛好相碰，則小球B距小球A的平衡位置的最小距離等于____________2．將單擺擺球拉到懸點(diǎn)后由靜止放開，到擺線伸直的時(shí)間為t1，將擺球拉開使擺線與豎直方向的夾角為3°，從靜止放開擺球回到平衡位置的時(shí)間為t2，則t1∶t2=____________．3．A、B二單擺，當(dāng)A振動(dòng)20次，B振動(dòng)30次，已知A擺擺長比B擺長40cm，則A、B二擺擺長分別為________cm與________cm．4．將單擺A的擺長增加1.5m，振動(dòng)周期增大到2倍，則A擺擺長為_______m，振動(dòng)周期等于___________s．5．把地球上的一個(gè)秒擺（周期等于2s的擺稱為秒擺）拿到月球上去，它的振動(dòng)周期變?yōu)槎嗌伲恳阎厍蛸|(zhì)量M地=5.98×1024kg，半徑R地=6.4×106m，月球質(zhì)量M月=7.34×1022kg，半徑R月=1.74×106m．6．將一擺長為L的單擺放置在升降機(jī)內(nèi)，當(dāng)升降機(jī)各以大小為a的加速度加速上升、減速上升時(shí)，單擺的周期各為多大？四、課堂小結(jié)：參考答案