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高中物理 第11章 4 单摆学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案VIP免费

高中物理 第11章 4 单摆学案 新人教版选修3-4-新人教版高二选修3-4物理学案_第1页
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4单摆[学习目标]1.知道什么是单摆.2.理解单摆振动回复力的来源及做简谐运动的条件.(难点)3.知道单摆周期的决定因素,掌握单摆的周期公式.(重点)4.掌握用单摆测量重力加速度的方法.(重点)一、单摆及单摆的回复力1.单摆模型如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略,线长又比球的直径大得多,这样的装置叫做单摆.单摆是实际摆的理想化的物理模型.2.单摆的回复力(1)回复力的提供:摆球的重力沿切线方向的分力.(2)回复力的特点:在偏角很小时,单摆所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成正比,方向总指向平衡位置.(3)运动规律:单摆在偏角很小时做简谐运动,其振动图象遵循正弦函数规律.二、单摆的周期1.影响单摆周期的因素(1)单摆的周期与摆球质量、振幅无关.(2)单摆的周期与摆长有关,摆长越长,周期越大.2.周期公式(1)公式:T=2π.(2)单摆的等时性:单摆的周期与振幅无关的性质.1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)实际的摆的摆动都可以看作简谐运动.(×)(2)单摆回复力的方向总是指向悬挂位置.(×)(3)单摆的回复力是由摆球重力的分力提供的.(√)(4)单摆的振幅越大周期越大.(×)(5)单摆的周期与摆球的质量无关.(√)2.关于单摆摆球在运动过程中的受力,下列结论正确的是()A.摆球受重力、摆线的张力作用B.摆球的回复力最大时,向心力为零C.摆球的回复力为零时,向心力最大D.摆球的回复力最大时,摆线中的张力大小比摆球的重力大E.摆球的向心力最大时,摆球的加速度方向沿摆球的运动方向ABC[单摆在运动过程中,摆球受重力和摆线的拉力,故A对;重力垂直于摆线的分力提供回复力.当回复力最大时,摆球在最大位移处,速度为零,向心力为零,则拉力小于重力,在平衡位置处,回复力为零,速度最大,向心力最大,摆球的加速度方向沿摆线指向悬点,故D、E错,B、C对.]3.如图所示是一个单摆(θ<5°),其周期为T,则下列说法正确的是()A.把摆球的质量增加一倍,其周期不变B.摆球的振幅变小时,周期也变小C.此摆由O→B运动的时间为D.摆球由B→O时,动能向势能转化E.摆球由O→C时,动能向势能转化ACE[单摆的周期与摆球的质量无关,A正确;单摆的周期与振幅无关,B错误;此摆由O→B运动的时间为,C正确;摆球B→O时,势能转化为动能,O→C时动能转化为势能,D错误,E正确.]单摆及单摆的回复力1.运动特点(1)摆线以悬点为圆心做变速圆周运动,因此在运动过程中只要速度v≠0,半径方向都受向心力.(2)摆线同时以平衡位置为中心做往复运动,因此在运动过程中只要不在平衡位置,轨迹的切线方向都受回复力.2.摆球的受力(1)任意位置如图所示,G2=Gcosθ,F-G2的作用就是提供摆球绕O′做变速圆周运动的向心力;G1=Gsinθ的作用是提供摆球以O为中心做往复运动的回复力.(2)平衡位置摆球经过平衡位置时,G2=G,G1=0,此时F应大于G,F-G提供向心力,因此,在平衡位置,回复力F回=0,与G1=0相符.(3)单摆的简谐运动在θ很小时(理论值为<5°),sinθ≈tanθ=,G1=Gsinθ=x,G1方向与摆球位移方向相反,所以有回复力F回=G1=-x=-kx(k=).因此,在摆角θ很小时,单摆做简谐运动.【例1】下列关于单摆的说法,正确的是()A.单摆摆球从平衡位置运动到正向最大位移处的位移为A(A为振幅),从正向最大位移处运动到平衡位置时的位移为零B.单摆摆球的回复力等于摆球所受的合力C.单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线方向的分力D.单摆摆球经过平衡位置时加速度为零E.摆球在最高点时的回复力等于小球受的合力ACE[简谐运动中的位移是以平衡位置作为起点,摆球在正向最大位移处时位移为A,在平衡位置时位移应为零,A正确;摆球的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供,合力在摆线方向的分力提供向心力,B错误,C正确;摆球经过最低点(摆动的平衡位置)时回复力为零,但向心力不为零,所以合力不为零,加速度也不为零,D错误;在最高点时向心力为零,合力等于回复力,E正确.]对于单摆的两点说明(1)所谓平衡位置,是指摆球静止时,摆线拉力与小球所受重力平衡的位置,并不是指摆动过程中的受力平衡位置.实际上,在摆动过程中,摆球受力不可能平衡.(...

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