高中物理 1.4-1.5課件 粵教版選修3-4.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 一 單擺1 懸掛起來(lái)的物體在豎直平面內(nèi)擺動(dòng) 如果懸掛物體的細(xì)線(xiàn)的伸縮和質(zhì)量可以忽略 線(xiàn)長(zhǎng)比物體的直徑大得多 這樣的裝置叫做單擺 忽略擺動(dòng)過(guò)程中所受阻力的作用 是實(shí)際擺的理想化模型 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(xiàn)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 單擺在偏角很小時(shí)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 其振動(dòng)圖象遵循正弦或余弦函數(shù)規(guī)律 三 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 二 單擺的周期荷蘭物理學(xué)家惠更斯確定了計(jì)算單擺周期的公式 其中l(wèi)表示擺長(zhǎng) g表示當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?由公式可以看出單擺的周期與擺球質(zhì)量無(wú)關(guān) 在振幅較小時(shí)與振幅無(wú)關(guān) 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 三 用單擺測(cè)定重力加速度由單擺周期公式 因此 通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出單擺的擺長(zhǎng)和周期 就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 一 單擺1 單擺的回復(fù)力 1 單擺受力 如圖所示 受細(xì)線(xiàn)拉力和重力作用 2 向心力來(lái)源 細(xì)線(xiàn)拉力和重力沿徑向的分力和合力 3 回復(fù)力來(lái)源 重力沿圓弧切線(xiàn)方向的分力F mgsin 提供了使擺球振動(dòng)的回復(fù)力 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 例1 下列關(guān)于單擺的說(shuō)法 正確的是 導(dǎo)學(xué)號(hào)51150008 A 單擺擺球從平衡位置運(yùn)動(dòng)到正向最大位移處 再?gòu)恼蜃畲笪灰铺庍\(yùn)動(dòng)到平衡位置時(shí)位移為2AB 單擺擺球的回復(fù)力等于擺球所受的合外力C 單擺擺球的回復(fù)力是擺球重力沿圓弧切線(xiàn)方向的分力D 單擺擺球經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí)加速度為零思路分析根據(jù)單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件和回復(fù)力的來(lái)源進(jìn)行分析判斷 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中的位移是以平衡位置作為起點(diǎn) 擺球在正向最大位移處時(shí)位移為A 在平衡位置時(shí)位移應(yīng)為零 擺球的回復(fù)力由合外力沿圓弧切線(xiàn)方向的分力 等于重力沿圓弧切線(xiàn)方向的分力 提供 合外力在擺線(xiàn)方向的分力提供向心力 擺球經(jīng)最低點(diǎn) 振動(dòng)的平衡位置 時(shí)回復(fù)力為零 但向心力不為零 所以合外力不為零 擺球到最高點(diǎn)時(shí) 向心力為零 回復(fù)力最大 合外力也不為零 答案 C 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一單擺做小角度擺動(dòng) 其振動(dòng)圖象如圖所示 以下說(shuō)法正確的是 A t1時(shí)刻擺球速度最大 擺球的回復(fù)力最大B t2時(shí)刻擺球速度為零 懸線(xiàn)對(duì)它的拉力最小C t3時(shí)刻擺球速度為零 擺球的回復(fù)力最小D t4時(shí)刻擺球速度最大 懸線(xiàn)對(duì)它的拉力最大答案 D解析 由振動(dòng)圖象知 t1和t3時(shí)刻擺球偏離平衡位置的位移最大 此時(shí)擺球的速度為零 擺球的回復(fù)力最大 A C錯(cuò) t2和t4時(shí)刻擺球位移為零 正在通過(guò)平衡位置 速度最大 由于擺球做圓周運(yùn)動(dòng) 由牛頓第二定律得出懸線(xiàn)對(duì)擺球拉力最大 故D正確 B錯(cuò)誤 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 二 單擺的周期公式1 擺長(zhǎng)l 實(shí)際的單擺擺球不可能是質(zhì)點(diǎn) 所以擺長(zhǎng)應(yīng)是從懸點(diǎn)到擺球球心的長(zhǎng)度 即 l0為擺線(xiàn)長(zhǎng) D為擺球直徑 2 重力加速度g 若單擺系統(tǒng)只處在重力場(chǎng)中且懸點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài) g由單擺所處的空間位置決定 即 式中R為擺球到地心的距離 M為地球的質(zhì)量 g隨所在位置的高度的變化而變化 另外 在不同星球上M和R也是變化的 所以g也不同 g 9 8m s2只是在地球表面附近時(shí)的取值 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 某同學(xué)在猜想可能影響單擺周期的因素后 利用控制變量法做實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證猜想的可靠性 結(jié)合你的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷 用自己的語(yǔ)言說(shuō)明下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 1 將懸掛在同一高度的兩個(gè)相同的擺球拉到不同高度同時(shí)釋放使其做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 2 將懸掛在同一高度的兩個(gè)擺長(zhǎng)相同 質(zhì)量不同的擺球拉到同一高度同時(shí)釋放使其做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 3 將懸掛在同一高度的兩個(gè)擺長(zhǎng)不同 質(zhì)量相同的擺球拉到同一高度同時(shí)釋放使其做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 1 他想驗(yàn)證單擺的周期與振幅的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)表明兩擺球同步振動(dòng) 2 他想驗(yàn)證單擺的周期與擺球質(zhì)量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)表明兩擺球的振動(dòng)也是同步的 3 他想驗(yàn)證單擺的周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)表明兩擺球的振動(dòng)不同步 而且擺長(zhǎng)越長(zhǎng) 振動(dòng)就越慢 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 例2 如圖甲所示是一個(gè)單擺振動(dòng)的情形 O是它的平衡位置 B C是擺球所能到達(dá)的最遠(yuǎn)位置 設(shè)擺球向右方向運(yùn)動(dòng)為正方向 圖乙是這個(gè)單擺的振動(dòng)圖象 根據(jù)圖象回答 導(dǎo)學(xué)號(hào)51150009 1 單擺振動(dòng)的頻率是多大 2 開(kāi)始時(shí)刻擺球在何位置 3 若當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?0m s2 試求這個(gè)擺的擺長(zhǎng)是多少 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 1 1 25Hz 2 B點(diǎn) 3 0 16m 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 多選 如圖為甲 乙兩單擺的振動(dòng)圖象 則 導(dǎo)學(xué)號(hào)51150010 A 若甲 乙兩單擺在同一地點(diǎn)擺動(dòng) 則甲 乙兩單擺的擺長(zhǎng)之比l甲 l乙 2 1B 若甲 乙兩單擺在同一地點(diǎn)擺動(dòng) 則甲 乙兩單擺的擺長(zhǎng)之比l甲 l乙 4 1C 若甲 乙兩擺擺長(zhǎng)相同 且在不同的星球上擺動(dòng) 則甲 乙兩擺所在星球的重力加速度之比g甲 g乙 4 1D 若甲 乙兩擺擺長(zhǎng)相同 且在不同的星球上擺動(dòng) 則甲 乙兩擺所在星球的重力加速度之比g甲 g乙 1 4 一 二 三 知識(shí)精要 思考探究 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 BD解析 由圖象可知T甲 T乙 2 1 若兩單擺在同一地點(diǎn) 則兩擺長(zhǎng)之比為l甲 l乙 4 1 若兩擺長(zhǎng)相等 則所在星球的重力加速度之比為g甲 g乙 1 4 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 三 用單擺測(cè)定重力加速度1 儀器和器材長(zhǎng)約1m的細(xì)絲線(xiàn) 球心開(kāi)有小孔的金屬小球 帶有鐵夾的鐵架臺(tái) 長(zhǎng)約1m的毫米刻度尺 秒表 游標(biāo)卡尺等 一 二 三 2 實(shí)驗(yàn)步驟 1 做單擺 將細(xì)線(xiàn)穿過(guò)金屬小球上的小孔 在細(xì)線(xiàn)的一端打一個(gè)稍大一點(diǎn)的結(jié) 制成一個(gè)單擺 如圖所示 將鐵夾固定在鐵架臺(tái)上端 鐵架臺(tái)放在桌邊 使鐵架伸出桌面 然后把單擺固定在鐵夾上 使擺球自由下垂 2 測(cè)擺長(zhǎng) 測(cè)量方法同實(shí)驗(yàn) 探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系 3 測(cè)周期 測(cè)量方法同實(shí)驗(yàn) 探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系 4 變擺長(zhǎng) 將單擺的擺長(zhǎng)變短 或變長(zhǎng) 重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次 測(cè)出相應(yīng)的擺長(zhǎng)l和周期T 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 3 數(shù)據(jù)處理 1 計(jì)算法 每改變一次擺長(zhǎng) 將相應(yīng)的l和T代入公式中求出g值 最后求出g的平均值 設(shè)計(jì)如下所示實(shí)驗(yàn)表格 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 2 測(cè)定擺長(zhǎng)L時(shí)引起的誤差 在未懸掛擺球前測(cè)定擺長(zhǎng)或漏掉加擺球半徑 得到的擺線(xiàn)長(zhǎng)偏短 g值偏小 測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)擺線(xiàn)拉得過(guò)緊或以擺球的直徑與擺線(xiàn)長(zhǎng)之和作為擺長(zhǎng) 得到的擺線(xiàn)長(zhǎng)偏長(zhǎng) g值偏大 懸點(diǎn)未固定好 振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)松動(dòng) 使實(shí)際的擺長(zhǎng)不斷變長(zhǎng) g值也偏小 3 測(cè)定周期時(shí)引起的誤差 開(kāi)始計(jì)算時(shí) 停表過(guò)遲按下 會(huì)使所測(cè)時(shí)間t偏小 g值偏大 同理 停止計(jì)時(shí)時(shí) 停表過(guò)早按下 g值偏大 測(cè)定n次全振動(dòng)的時(shí)間為t 誤數(shù)為 n 1 次全振動(dòng) 計(jì)算時(shí) g值偏大 同理 誤數(shù)為 n 1 次全振動(dòng) 計(jì)算時(shí) g值偏小 計(jì)算單擺的全振動(dòng)次數(shù)時(shí) 不以擺球通過(guò)最低點(diǎn)位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 容易產(chǎn)生較大的計(jì)時(shí)誤差 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 例3 1 測(cè)量單擺的振動(dòng)周期 測(cè)量時(shí)間應(yīng)從擺球經(jīng)過(guò) 選填 平衡位置 或 最高點(diǎn) 時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 某次測(cè)定了50次全振動(dòng)的時(shí)間如圖中停表所示 那么停表讀數(shù)是s 該單擺的周期是T s 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 導(dǎo)學(xué)號(hào)51150011 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 2 測(cè)量出多組周期T 擺長(zhǎng)L數(shù)值后 畫(huà)出T2 L圖象如圖所示 此圖線(xiàn)斜率的物理意義是 3 在描點(diǎn)時(shí)若誤將擺線(xiàn)長(zhǎng)當(dāng)作擺長(zhǎng) 那么畫(huà)出的直線(xiàn)將不通過(guò)原點(diǎn) 則由圖線(xiàn)斜率得到的重力加速度將會(huì) A 偏大B 偏小C 不變D 都有可能 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 4 該小組的另一同學(xué)沒(méi)有使用游標(biāo)卡尺也測(cè)出了重力加速度 他采用的方法是 先測(cè)出一擺線(xiàn)較長(zhǎng)的單擺的振動(dòng)周期T1 然后把擺線(xiàn)縮短適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度 L 再測(cè)出其振動(dòng)周期T2 則可用該同學(xué)測(cè)出的物理量來(lái)表達(dá)重力加速度為g 思路分析解答本題的關(guān)鍵是要注意以下兩點(diǎn) 1 停表的讀數(shù)規(guī)則 2 T2 L圖象斜率的意義 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 1 因擺球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度大 容易觀察和計(jì)時(shí) 所以測(cè)量時(shí)間應(yīng)從擺球經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí) 停表的讀數(shù)為t 1min 7 4s 67 4s 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 有五個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn) 各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于下表 若每位同學(xué)用刻度尺測(cè)長(zhǎng)度 用秒表測(cè)時(shí)間的技術(shù)水平都一樣 那么組測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確 由此計(jì)算出的重力加速度的大小約為 導(dǎo)學(xué)號(hào)51150012 實(shí)驗(yàn)條件 數(shù)據(jù)記錄表格 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 C9 74m s2解析 A組不能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)中如下條件 1 應(yīng)用質(zhì)量較大球做擺球 使實(shí)際擺更接近理論上的單擺 2 擺線(xiàn)長(zhǎng)應(yīng)在1m左右 3 全振動(dòng)次數(shù)應(yīng)在30 50次之間 B組同上 D組錯(cuò)在要利用單擺周期公式來(lái)測(cè)量g 要求擺角要小于10 擺線(xiàn)長(zhǎng)也略短 不滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求 測(cè)量擺線(xiàn)長(zhǎng)的相對(duì)誤差也大一些 E組同D的分析 C組正確 將數(shù)據(jù)代入公式可得g 9 74m s2