版高中物理全程学习方略配套课件单摆新人教版选修说课讲解.ppt
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1、学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究版高中物理全程学习方略配套课件单摆新人教版选修学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课
2、课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究一
3、、单摆做简谐运动一、单摆做简谐运动学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究1 1单摆的回复力单摆的回复力如图所示,重力如图所示,重力G G沿圆弧切线方向的分力沿圆弧切线方向的分力G G1 1=mgsin=mgsin是沿摆球是沿摆球运动方向的力,正是这个力提供了使摆球振动的回复力:运动方向的力,正是这个力提供了使摆球振动的回复力:F=GF=G1 1=mgsin.=mgsin.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究2 2单摆做简谐运动的推证单摆做简谐运动的推证在偏角很小时,在偏角很小时
4、,sin ,sin ,又回复力又回复力=mgsin,=mgsin,所以单摆的所以单摆的回复力为回复力为F=(F=(式中式中x x表示摆球偏离平衡位置的位移,表示摆球偏离平衡位置的位移,l表表示单摆的摆长,负号表示回复力示单摆的摆长,负号表示回复力F F与位移与位移x x的方向相反的方向相反),由此,由此知回复力符合知回复力符合F=-kxF=-kx,单摆做简谐运动,单摆做简谐运动.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究 (1)(1)小球的重力在沿圆弧切线方向上的分力提供小球的重力在沿圆弧切线方向上的分力提供回复力,而不是小球的合力回复力,
5、而不是小球的合力(2)(2)单摆做简谐运动的条件是偏角很小,通常应在单摆做简谐运动的条件是偏角很小,通常应在55以内,以内,误差不超过误差不超过0.5%0.5%学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究【典例【典例1 1】下列有关单摆运动过程中的受力说法,正确的是】下列有关单摆运动过程中的受力说法,正确的是()()A A单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力单摆运动的回复力是重力和摆线拉力的合力B B单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力单摆运动的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力C C单摆经过平衡位置时合力为零单摆经过平衡位置时
6、合力为零D D单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力单摆运动的回复力是摆线拉力的一个分力 【解题指导】【解题指导】单摆的回复力由摆球重力沿圆弧切线方向单摆的回复力由摆球重力沿圆弧切线方向的分力提供,在平衡位置处,摆球位移为零,水平加速度为的分力提供,在平衡位置处,摆球位移为零,水平加速度为零零.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究【标准解答】【标准解答】选选B B单摆运动是在一段圆弧上运动,因此单摆单摆运动是在一段圆弧上运动,因此单摆运动过程不仅有回复力,而且有向心力,即单摆运动的合外运动过程不仅有回复力,而且有向心力,即单摆运动的合外
7、力不仅要提供回复力,还要提供向心力,故选项力不仅要提供回复力,还要提供向心力,故选项A A错误;单摆错误;单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力,而不是摆线拉的回复力是重力沿圆弧切线方向的一个分力,而不是摆线拉力的分力,故选项力的分力,故选项B B正确,正确,D D错误;单摆经过平衡位置时,回错误;单摆经过平衡位置时,回复力为零,向心力最大,故其合外力不为零,所以选项复力为零,向心力最大,故其合外力不为零,所以选项C C错误错误学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究二、对单摆周期公式的理解二、对单摆周期公式的理解由公式由公式T=2
8、T=2 知,某单摆做简谐运动知,某单摆做简谐运动(摆角小于摆角小于5)5)的周期的周期只与其摆长只与其摆长l和当地的重力加速度和当地的重力加速度g g有关,而与振幅和摆球质有关,而与振幅和摆球质量无关,故又叫做单摆的固有周期量无关,故又叫做单摆的固有周期.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究1.1.摆长摆长l(1)(1)实际的单摆摆球不可能是质点,所以摆长应是从悬点到摆实际的单摆摆球不可能是质点,所以摆长应是从悬点到摆球球心的长度:即球球心的长度:即l=l0 0+,l0 0为摆线长,为摆线长,d d为摆球直径为摆球直径.(2)(2)等
9、效摆长:图等效摆长:图(a)(a)中甲、乙在垂直纸面方向摆起来效果是中甲、乙在垂直纸面方向摆起来效果是相同的,所以甲摆的摆长为相同的,所以甲摆的摆长为lsin,sin,这就是等效摆长这就是等效摆长.其周其周期期T=T=图图(b)(b)中,乙在垂直纸面方向摆动时,与甲摆中,乙在垂直纸面方向摆动时,与甲摆等效;乙在纸面内小角度摆动时,与丙等效等效;乙在纸面内小角度摆动时,与丙等效.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究2.2.重力加速度重力加速度g g(1)(1)若单摆系统只处在重力场中且悬点处于静止状态,若单摆系统只处在重力场中且悬点处于
10、静止状态,g g由单由单摆所处的空间位置决定,即摆所处的空间位置决定,即g=g=式中式中R R为物体到地心的距为物体到地心的距离,离,M M为地球的质量,为地球的质量,g g随所在位置的高度的变化而变化随所在位置的高度的变化而变化.另另外,在不同星球上外,在不同星球上M M和和R R也是变化的,所以也是变化的,所以g g也不同也不同,g=,g=9.8 m/s9.8 m/s2 2只是在地球表面附近时的取值只是在地球表面附近时的取值.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究(2)(2)等效重力加速度:若单摆系统处在非平衡状态等效重力加速度:若
11、单摆系统处在非平衡状态(如加速、如加速、减速、完全失重状态减速、完全失重状态),则一般情况下,则一般情况下,g g值等于摆球相对静值等于摆球相对静止在自己的平衡位置时,摆线所受的张力与摆球质量的比值止在自己的平衡位置时,摆线所受的张力与摆球质量的比值.例如例如:此场景中的等效重力加速度此场景中的等效重力加速度g=gsin.g=gsin.球静止在球静止在O O时,时,F FT T=mgsin=mgsin,等效加速度,等效加速度g=gsin.g=gsin.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究 (1)(1)单摆的摆长是指从悬点到球心的距离,
12、不能单摆的摆长是指从悬点到球心的距离,不能把绳子的长度看成摆长;把绳子的长度看成摆长;(2)(2)公式中的重力加速度指的是在地球表面的单摆,如果是类公式中的重力加速度指的是在地球表面的单摆,如果是类单摆单摆(与单摆的形式相同,但回复力不是重力的分力与单摆的形式相同,但回复力不是重力的分力),要找,要找出等效重力加速度出等效重力加速度.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究【典例【典例2 2】一个单摆的长为】一个单摆的长为l,在其悬点,在其悬点O O的正下方的正下方0.190.19l处有处有一钉子一钉子P(P(如图所示如图所示),现将摆球
13、向左拉开到,现将摆球向左拉开到A A,使摆线偏角,使摆线偏角55,放手后使其摆动,求出单摆的振动周期,放手后使其摆动,求出单摆的振动周期学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究 【解题指导】【解题指导】(1)(1)题中给出题中给出“摆线偏角摆线偏角5”5”说明小说明小球的运动为简谐运动;球的运动为简谐运动;(2)(2)从图中看出这不是一个完整的单摆,是由两个单摆构成,从图中看出这不是一个完整的单摆,是由两个单摆构成,所以周期应是两个单摆周期的合成所以周期应是两个单摆周期的合成.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固
14、固作作业业课课堂堂互互动动探探究究【标准解答】【标准解答】释放后摆球到达右边最高点释放后摆球到达右边最高点B B处,由机械能守恒处,由机械能守恒可知可知B B和和A A等高,则摆球始终做简谐运动摆球做简谐运动的等高,则摆球始终做简谐运动摆球做简谐运动的摆长有所变化,它的周期为两个不同单摆的半周期的和摆长有所变化,它的周期为两个不同单摆的半周期的和小球在左边的周期为小球在左边的周期为小球在右边的周期为小球在右边的周期为则整个单摆的周期为则整个单摆的周期为答案:答案:学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究【规律方法】【规律方法】求单摆周期的
15、规律总结求单摆周期的规律总结1.1.明确单摆的运动过程明确单摆的运动过程,看是否符合简谐运动的条件看是否符合简谐运动的条件.2.2.在运用在运用T=T=时时,要注意要注意l和和g g是否发生变化是否发生变化,如果发生变化如果发生变化,则分别求出不同则分别求出不同l和和g g时的运动时间时的运动时间.3.3.改变单摆振动周期的途径是改变单摆振动周期的途径是:(1)(1)改变单摆的摆长改变单摆的摆长;(2)(2)改变单摆的重力加速度改变单摆的重力加速度(如改变单摆的位置或让单摆失重如改变单摆的位置或让单摆失重或超重或超重).).4.4.明确单摆振动周期与单摆的质量和振幅没有任何关系明确单摆振动周期
16、与单摆的质量和振幅没有任何关系.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究三、利用单摆测重力加速度三、利用单摆测重力加速度1 1仪器和器材仪器和器材摆球摆球2 2个个(铁质和铜质并穿有中心孔铁质和铜质并穿有中心孔)、秒表、物理支架、米尺、秒表、物理支架、米尺或钢卷尺、游标卡尺、细线等或钢卷尺、游标卡尺、细线等.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究2 2实验步骤实验步骤(1)(1)做单摆:如图所示,把摆球用细线悬挂在物理支架上,摆做单摆:如图所示,把摆球用细线悬挂在物理支架上,摆长最
17、好能有长最好能有1 1米左右,这样可使测量结果准确些米左右,这样可使测量结果准确些.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究(2)(2)测摆长测摆长:用毫米刻度尺量出悬线长用毫米刻度尺量出悬线长l,精确到毫米精确到毫米;用游标用游标卡尺测量出摆球的直径卡尺测量出摆球的直径d,d,精确到毫米精确到毫米;则则l=l+,+,即为单摆的即为单摆的摆长摆长.(3)(3)测周期测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度将单摆从平衡位置拉开一个角度,且满足摆角小于且满足摆角小于10,10,然后释放摆球然后释放摆球,过平衡位置时用秒表开始计时过平衡位置时用秒表
18、开始计时,测量测量3030次次5050次全振动的时间次全振动的时间.计算出平均摆动一次的时间计算出平均摆动一次的时间,即为单即为单摆的振动周期摆的振动周期T.T.(4)(4)变摆长:将单摆的摆长变短变摆长:将单摆的摆长变短(或变长或变长),重复实验三次,测,重复实验三次,测出相应的摆长出相应的摆长l和周期和周期T.T.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究3.3.数据处理数据处理(1)(1)平均值法:每改变一次摆长,将相应的平均值法:每改变一次摆长,将相应的l和和T T,代入公式,代入公式 中求出中求出g g值,最后求出值,最后求出g
19、g的平均值的平均值.设计如下所示实验表格设计如下所示实验表格学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究(2)(2)图象法:由图象法:由T=2 T=2 得得T T2 2=作出作出T T2 2l图象,即以图象,即以T T2 2为为纵轴纵轴,以以l为横轴为横轴.其斜率其斜率k=k=由图象的斜率即可求出重力加由图象的斜率即可求出重力加速度速度g.g.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究(3)(3)作作T T2 2l图象的优点图象的优点用图象法处理数据既直观又方便用图象法处理数据既直观又方便
20、,同时也能最大限度地减小偶同时也能最大限度地减小偶然误差对实验结果造成的影响然误差对实验结果造成的影响.由于由于TTl的图象不是直线的图象不是直线,不不便于进行数据处理便于进行数据处理,所以采用所以采用T T2 2l的图象的图象,目的是为了将曲线目的是为了将曲线转换为直线转换为直线,便于利用直线的斜率计算重力加速度便于利用直线的斜率计算重力加速度.学学习习目目标标导导航航课课前前新新知知初初探探课课后后巩巩固固作作业业课课堂堂互互动动探探究究 (1)(1)选择材料时应选择细而不易伸长的线,长度选择材料时应选择细而不易伸长的线,长度一般在一般在1 m1 m左右,小球应选密度较大,直径较小的;左右
21、,小球应选密度较大,直径较小的;(2)(2)线应夹在铁夹的下面,防止因摆动而改变摆线的长度;线应夹在铁夹的下面,防止因摆动而改变摆线的长度;(3)(3)注意摆动时控制摆线偏离竖直方向的角度应很小注意摆动时控制摆线偏离竖直方向的角度应很小(4)(4)摆球摆动时,要使之保持在同一个竖直平面内,不要形成摆球摆动时,要使之保持在同一个竖直平面内,不要形成圆锥摆方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放圆锥摆方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放(5)(5)计算单摆的振动次数时,应以摆球通过最低位置时开始计计算单摆的振动次数时,应以摆球通过最低位置时开始计时,以后摆球应从同一方向通过最低点时计数,要多测几次时,
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