2016-2017學(xué)年高中物理人教版選修3-4課件:11.4 單擺.ppt-匯文網(wǎng)
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1、4.單擺,1.知道什么是單擺。 2.理解擺角很小時(shí)單擺的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 3.知道單擺的周期跟什么因素有關(guān),理解單擺的周期公式,并能用來進(jìn)行有關(guān)的分析與計(jì)算。會(huì)用單擺測(cè)定重力加速度。,1.單擺 由細(xì)線和小球組成,細(xì)線的質(zhì)量與小球相比可以忽略,球的直徑與線的長(zhǎng)度相比也可以忽略。忽略擺動(dòng)過程中所受阻力的作用,單擺是實(shí)際擺的理想化模型。 為了滿足上述條件,我們盡量選擇質(zhì)量大、半徑小的球和盡量細(xì)的無彈性的線。,結(jié)合單擺模型的特點(diǎn)想一想,下列裝置能否視為單擺?為什么? 提示:都不能,(1)中橡皮筋的伸縮不能忽略;(2)(3)中乒乓球和大木球擺動(dòng)時(shí),空氣阻力不能忽略;(3)中大木球的直徑與線的長(zhǎng)度相比也不
2、能忽略不計(jì)。,2.單擺的回復(fù)力 (1)回復(fù)力的提供:擺球的重力沿圓弧切線方向的分力。 (2)回復(fù)力的特點(diǎn):在偏角很小時(shí),單擺所受的回復(fù)力和它偏離平衡位置的位移大小成正比,方向總是指向平衡位置,即 。 (3)運(yùn)動(dòng)規(guī)律:擺球以懸掛點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)沿圓弧做變速圓周運(yùn)動(dòng),做圓周運(yùn)動(dòng)需要向心力,向心力由繩子的拉力與重力的徑向分力的合力提供。 擺球同時(shí)以最低點(diǎn)為平衡位置做振動(dòng),做振動(dòng)需要回復(fù)力,由擺球重力的切向分力提供(或由擺球所受合外力沿圓弧切向分力提供)。,如圖所示,細(xì)線下懸掛一個(gè)除去了栓塞的注射器,注射器向下噴出一細(xì)束墨水。沿著與擺動(dòng)方向垂直的方向勻速拖動(dòng)一張白紙,噴到白紙上的墨跡便畫出振動(dòng)圖象
3、。你知道為什么要?jiǎng)蛩偻蟿?dòng)長(zhǎng)木板嗎? 提示:勻速拖動(dòng)木板,可以保證得到的單擺振動(dòng)圖象的時(shí)間軸的間隔是均勻分布的。,3.單擺的周期 (1)實(shí)驗(yàn)研究:單擺的振幅、質(zhì)量、擺長(zhǎng)對(duì)周期各有什么影響? 控制條件:實(shí)驗(yàn)主要是研究屬于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的單擺振動(dòng)的周期,所以擺角不要超過5。 步驟1:把擺長(zhǎng)相同的兩個(gè)擺球從不同高度釋放,觀察現(xiàn)象:擺球同步振動(dòng),說明單擺振動(dòng)的周期與振幅無關(guān)。 步驟2:將擺長(zhǎng)相同、質(zhì)量不同的擺球拉到同一高度釋放,觀察現(xiàn)象:兩擺球同步振動(dòng),即說明單擺的周期與擺球質(zhì)量無關(guān),不受其影響。 步驟3:取擺長(zhǎng)不同,兩個(gè)相同的擺球從某一高度同時(shí)釋放,觀察現(xiàn)象:兩擺球振動(dòng)不同步,而且擺長(zhǎng)越長(zhǎng),振動(dòng)就越慢。這說
4、明單擺振動(dòng)的周期跟擺長(zhǎng)有關(guān)。,實(shí)驗(yàn)表明:單擺的振動(dòng)周期與擺球的質(zhì)量無關(guān);在振幅較小時(shí),與振幅無關(guān);但是與擺長(zhǎng)有關(guān),擺長(zhǎng)越長(zhǎng),周期越長(zhǎng)。 步驟4:定量研究周期跟擺長(zhǎng)的關(guān)系:測(cè)量不同擺長(zhǎng)下的單擺的振動(dòng)周期,實(shí)驗(yàn)需要精確地測(cè)量?jī)蓚€(gè)物理量,它們是擺長(zhǎng)和周期。 擺長(zhǎng)的測(cè)量:用帶毫米刻度的米尺測(cè)量擺線的長(zhǎng)度,用游標(biāo)卡尺測(cè)量擺球的直徑。擺長(zhǎng)等于擺線長(zhǎng)度與擺球半徑之和。 周期的測(cè)量:用停表測(cè)出單擺完成n次(n一般為3050)全振動(dòng)的時(shí)間t,周期為 。 (2)周期公式:荷蘭物理學(xué)家惠更斯研究了單擺的振動(dòng),在大量可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,經(jīng)過一系列的理論推導(dǎo)和證明得到:單擺的周期和擺長(zhǎng)l的二次方根成正比,和重力加速度g的
5、二次方根成反比,而與振幅、擺球的質(zhì)量無關(guān)。,4.用單擺測(cè)定重力加速度,某同學(xué)認(rèn)為:單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力為單擺的擺球所受的合力,故小球越重,回復(fù)力越大,單擺擺動(dòng)得越快,周期越小,你認(rèn)為他的想法正確嗎?,一,二,三,一、對(duì)單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的理解 判斷單擺是否做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),可分析擺球的受力情況,看回復(fù)力是否符合F=-kx的特點(diǎn),如圖。,一,二,三,因此,在擺角很小時(shí),單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。(擺角一般不超過5),一,二,三,特別警示(1)單擺振動(dòng)的回復(fù)力為擺球重力沿圓弧切線方向的分力,回復(fù)力不是擺球所受的合外力。 (2)單擺的運(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作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),理論上一般不超過5,但
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