2.4 單擺 課件 -高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、理解單擺模型的條件，能判斷什么是單擺。2、分析出單擺回復(fù)力的來源，解釋擺角很?。ㄐ∮?°）時單擺的振動是簡諧運(yùn)動。3、通過實驗，探究單擺的周期與擺長的定量關(guān)系時，能分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成合理的結(jié)論?！菊n堂引入】帶著這個問題，讓我們認(rèn)識一個新的模型——單擺。擺動的鐘擺、蕩起的秋千，它們在最低點附近做往復(fù)運(yùn)動，這種運(yùn)動是不是簡諧運(yùn)動呢？一、單擺2、特點：(3)擺球：體積小、質(zhì)量大(1)懸點：固定(2)擺線：細(xì)而長、不可伸長注意：實際應(yīng)用的單擺小球大小不可忽略。1、定義：如果細(xì)線的長度不可改變，細(xì)線

的質(zhì)量與小球相比可以忽略；球的直徑

與線的長度相比也可以忽略，這樣的裝

置就叫做單擺。擺長：L=L0+RR理想化模型【思考與討論】

單擺振動的運(yùn)動性質(zhì)是簡諧運(yùn)動嗎？

可以采用什么方法進(jìn)行驗證？方法一：

從單擺的回復(fù)力與位移的關(guān)系方法二：

從單擺的振動圖象（x-t圖像）判斷二、單擺的回復(fù)力思考：單擺平衡位置在哪？哪個力提供回復(fù)力？1、平衡位置：最低點O2、回復(fù)力來源：回復(fù)力：徑向：（向心力）切向：（回復(fù)力）mgθOT方法一：從單擺的回復(fù)力與位移的關(guān)系O'mgsinθmgcosθθ擺角θ正弦值弧度值1°0.017540.017452°0.034900.034913°0.052340.052364°0.069760.069815°0.087160.08727返回在擺角小于5度的條件下：Sinθ≈θ（弧度值）

x當(dāng)θ很小時，x≈弧長F=mgsinθ位移方向與回復(fù)力方向相反

當(dāng)最大擺角很小時，單擺在豎直面內(nèi)的擺動可看作是簡諧運(yùn)動。F=mgsinθ近似思想（弧度值）方法二：從單擺的振動圖象（x-t圖像）判斷x-t圖像為正弦曲線圖像Tracker可以對物理的實驗視頻影像進(jìn)行分析，自動追蹤對象的位置并同時進(jìn)行計算機(jī)模擬，得出坐標(biāo)隨時間變化的關(guān)系。二、單擺感

受

物

理

之

美神

奇

的

單

擺

波單擺振動的周期與哪些因素有關(guān)呢？三、單擺的周期振幅A擺長L擺球質(zhì)量m【猜想】實驗方法:實驗1：探究振幅A是否對周期的影響。

保持?jǐn)[球質(zhì)量m、擺長L不變，改變振幅A?？刂谱兞糠▽嶒?：探究擺球質(zhì)量m是否對周期的影響。

保持?jǐn)[長L、振幅A不變，改變擺球質(zhì)量m。實驗3：探究擺長L是否對周期的影響。

保持?jǐn)[球質(zhì)量m，振幅A不變，改變擺長L。三、單擺的周期實驗結(jié)論：

單擺周期與小球質(zhì)量，振幅無關(guān)，只與擺長有關(guān)。擺長越長，周期越長。擺長和質(zhì)量相同，振幅不同周期相同擺長和振幅相同，質(zhì)量不同周期相同周期不同振幅和質(zhì)量相同，擺長不同實驗現(xiàn)象：三、單擺的周期設(shè)計實驗：改變擺長，測出不同擺長時單擺的周期。【探究】：單擺周期與擺長的定量關(guān)系

三、單擺的周期蝶形螺母輪盤量角器固線螺母支板實驗器材介紹實驗步驟:1、調(diào)器材：將刻度盤與實驗桌邊沿對齊，調(diào)整支板位置

使擺線與刻度盤0°對齊。L=l+d/23、測周期：將單擺從平衡位置拉開一個角度(小于5°)，

然后釋放小球，記下單擺做30～50次全振動的總時間，

算出平均每一次全振動的時間，即為單擺的振動周期。

三位同學(xué)總共測量三次，再算出測得周期數(shù)值的平均

值，取平均值作為測量結(jié)果。2、定擺長：調(diào)節(jié)輪盤，使擺線長l滿足注意事項:擺球要在一個豎直平面內(nèi)擺動。三、單擺的周期三、單擺的周期組別123456789繩長L（m）0.20-0.250.26-0.300.31-0.350.36-0.400.41-0.450.46-0.500.51-0.550.56-0.600.61-0.65球直徑d（m）0.020.0150.020.020.020.020.020.020.02擺長l（m）周期T（s）單擺振動的周期與擺長有什么樣的關(guān)系呢？T∝LT∝L1/2T∝L2T∝L3【思考與討論】三、單擺的周期周期T僅與擺長L有關(guān)系，且與擺長L的二次方根成正比。荷蘭物理學(xué)家惠更斯（1629-1695）通過實驗進(jìn)一步得到：單擺做簡諧運(yùn)動的周期T與擺長L的二次方根成正比，與重力加速度g的二次方根成反比，與振幅、擺球質(zhì)量無關(guān)。單擺的周期公式：三、單擺的周期解釋單擺波實驗裝置的原理四、單擺的應(yīng)用各單擺的擺長不同做一做：變換周期公式，根據(jù)原理一起設(shè)計一個單擺波裝置（g=9.8m/s2）單擺波裝置的原理（周期相差0.01s）組別123456789T/s1.301.311.321.331.341.351.361.371.38L/m0.41990.42640.43300.4396