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时间:2020-12-13
《探究摆钟的物理原理+1.4探究单摆振动的周期.docx》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1.3探究摆钟的物理原理1.4探究单摆振动的周期学习目标知识脉络1.知道什么是单摆,了解单摆的构成.2.掌握单摆振动的特点,知道单摆回复力的成因,理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动.(重点、难点)3.知道单摆的周期跟什么因素有关,了解单摆的周期公式,并能用来进行有关的计算.(重点)单摆的运动特点和步调问题[先填空]1.惠更斯的科学抽象——单摆细线的一端固定在悬点,另一端拴一个小球,忽略线的伸缩和质量且球的直径比细线的长度小得多的装置叫单摆.单摆是一种理想化的物理模型,如图1-3-1所示,由于摆球释放后的运动是往复运动,故单摆运动是机械振动.图1-3-12.探究单摆运动的特点在不考虑空气阻
2、力的情况下,摆球受重力和绳子拉力的作用,将重力沿切向和法向正交分解,在法向上绳子拉力和重力分力的合力充当摆球沿圆弧运动的向心力,重力的切向分力充当摆球的回复力.3.研究振动中的步调问题两个完全相同的单摆,同时将摆球拉离平衡位置放开,两个摆球除了振幅可能不同外,周期相同,同时经过平衡位置,同时到达最大位移处,两个单摆的摆第1页动是步调一致的;若先放开一个,后释放另一个,两个摆球的周期虽然相同,但不同时刻到达最大位移处或平衡位置,我们就说两个单摆步调不同步.步调相同的就叫做同相,步调不同的叫做不同相,步调完全相反的叫做反相.4.研究振动的步调问题(1)“相”(或“相位”、“位相”、“周相”)
3、描述振动步调的物理量.两个单摆振动步调一致,我们称为同相.两个单摆振动步调不一致,就说它们存在着相差,两个单摆振动步调正好相反,叫做反相.(2)相差它是指两个相位之差,在实际中经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差,反映出两简谐运动的步调差异.[再判断]1.实际的摆的摆动都可以看作是简谐运动.(×)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.(√)[后思考]摆球经过平衡位置时,合外力是否为零?摆球到达最大位移处,v=0,加速度是否等于0?【提示】单摆摆动中平衡位置不是平衡状态,有向心力和向心加速度,回复力为零,合外力不为零.最大位移处速度
4、等于零,但不是静止状态.一般单摆回复力不是摆球所受合外力,而是重力沿圆弧切线方向的分力,所以加速度不一定等于零.[核心点击]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,沿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.第2页2.摆球的受力(1)任意位置如图1-3-2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的作用提供摆球以O为中心做往复运动的回复力.图1-3-2(2)平衡位置摆球经过平衡位置时,G2=G,G1=0,此时F应大
5、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x在θ很小时(理论值为<5°),sinθ≈tanθ=l,mgG1=Gsinθ=lx,G1方向与摆球位移方向相反,所以有回复力mgmgF回=G1=-lx=-kx(k=l).因此,在摆角θ很小时,单摆做简谐运动.1.振动的单摆小球通过平衡位置时,关于小球受到的回复力、合力及加速度的说法中正确的是()A.回复力为零B.合力不为零,方向指向悬点C.合力不为零,方向沿轨迹的切线D.回复力为零,合力也为零E.加速度不为零,方向指向悬点【解析】单摆的回复力不是它的合力,而是重力沿圆弧切线方向的分力;当摆球运动
6、到平衡位置时,回复力为零,但合力不为零,因为小球还有向心力和向心加速度,方向指向悬点(即指向圆心).【答案】ABE2.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、摆线的张力作用第3页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【解析】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,
7、摆球的加速度方向沿摆线指向悬点,故D、E错,B、C对.【答案】ABC3.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摆球所受的合力【解析】简谐运动中的位移是以平衡位置作为起点,摆球在正向
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