高中物理 1.3 探究摆钟的物理原理精品课件 沪科版选修34

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1、13探究摆钟的物理原理探究摆钟的物理原理核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练13课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.理解单摆振动的特点及其做简谐运理解单摆振动的特点及其做简谐运动的条件动的条件2理解步调和相位的概念理解步调和相位的概念3观察实验，概括单摆振动特点，培养由实验现观察实验，概括单摆振动特点，培养由实验现象得出物理结论的能力象得出物理结论的能力重点难点：重点难点：单摆运动的特点是重点，相位的理解单摆运动的特点是重点，相位的理解是难点是难点课前自主学案课前自主学案一、惠更斯的科学抽象一、惠更斯的科学抽象单摆

2、单摆用一根细线吊起一小球，如果用一根细线吊起一小球，如果_可以忽可以忽略，细线的质量与小球的质量相比略，细线的质量与小球的质量相比_；细；细线的长度比小球直径线的长度比小球直径_，这样的装置叫做单，这样的装置叫做单摆质点的摆质点的_即单摆的质量，摆球即单摆的质量，摆球_到悬到悬挂点的距离叫做单摆的挂点的距离叫做单摆的_单摆是实际摆的单摆是实际摆的_细线的伸缩细线的伸缩可以忽略可以忽略大得多大得多质量质量重心重心摆长摆长理想化理想化二、探究单摆运动的特点二、探究单摆运动的特点1单摆的回复力：在偏角很小的情况下，单摆的单摆的回复力：在偏角很小的情况下，单摆的回复力跟位移的关系式是回复力跟位移的关系

3、式是_，其中，其中l为摆为摆长，长，x为偏离平衡位置的位移为偏离平衡位置的位移2单摆做简谐运动的条件：在单摆做简谐运动的条件：在_的情况的情况下，摆球所受的回复力与它偏离平衡位置的位移下，摆球所受的回复力与它偏离平衡位置的位移成成_，方向总是指向平衡位置，单摆所做的运，方向总是指向平衡位置，单摆所做的运动是简谐运动动是简谐运动偏角很小偏角很小正比正比相同相同相等相等不同不同(3)同相：如果同相：如果0(或者或者2的整数倍的整数倍)，两振动，两振动质点将同时到达各自的极大值，并且同时越过原质点将同时到达各自的极大值，并且同时越过原点并同时到达极小值，它们的步调点并同时到达极小值，它们的步调_这这

4、种情况我们说二者同相种情况我们说二者同相(4)反相：如果反相：如果(或者或者的奇数倍的奇数倍)，两振动，两振动质点中的一个到达极大值时，另一个将同时到达质点中的一个到达极大值时，另一个将同时到达极小值，并且将同时越过原点并同时到达各自的极小值，并且将同时越过原点并同时到达各自的另一个极值，它们的步调正好另一个极值，它们的步调正好_这种情况这种情况我们说二者反相我们说二者反相始终相同始终相同相反相反2用振动图像可以直观地表示不同振动的相用振动图像可以直观地表示不同振动的相如图如图131所示所示甲甲乙乙图图131核心要点突破核心要点突破一、对单摆模型的认识一、对单摆模型的认识1单摆振动的回复力是重

5、力的切向分力，不能说单摆振动的回复力是重力的切向分力，不能说成是重力和拉力的合力在平衡位置振子所受回成是重力和拉力的合力在平衡位置振子所受回复力是零，但合力是向心力，指向悬点，不为复力是零，但合力是向心力，指向悬点，不为零零2如图如图132所示，小球在光滑圆弧上的往复所示，小球在光滑圆弧上的往复滚动，和单摆滚动，和单摆图图132完全等同只要摆角足够小，这个振动就是简谐完全等同只要摆角足够小，这个振动就是简谐运动这时周期公式中的运动这时周期公式中的l应该是圆弧半径应该是圆弧半径R和小和小球半径球半径r的差的差3单摆是一种理想化的模型，实际的摆只要悬挂单摆是一种理想化的模型，实际的摆只要悬挂小球的

6、摆线不伸缩，悬线的长度又比球的直径大小球的摆线不伸缩，悬线的长度又比球的直径大很多，都可以认为是一个单摆很多，都可以认为是一个单摆即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1一个打磨得很精细的小凹镜，其曲率很小可视为一个打磨得很精细的小凹镜，其曲率很小可视为接近平面将镜面水平放置如图接近平面将镜面水平放置如图133所示，一个所示，一个小球从镜边缘开始释放，小球在镜面上将会往复运小球从镜边缘开始释放，小球在镜面上将会往复运动，以下说法中正确的是动，以下说法中正确的是()A小球的运动是简谐运动小球的运动是简谐运动B不能判断小球做简谐运动不能判断小球做简谐运动C小球简谐运动的回复力是

7、重力跟支持力的合力小球简谐运动的回复力是重力跟支持力的合力D小球简谐运动的回复力是重力沿曲面切向的分力小球简谐运动的回复力是重力沿曲面切向的分力图图133解析：解析：选选AD.由题意，很精细的小凹镜，其曲率由题意，很精细的小凹镜，其曲率很小可视为接近地平面，故有曲率半径远大于小很小可视为接近地平面，故有曲率半径远大于小镜的长度，小球在上面的运动可看作是简谐运动，镜的长度，小球在上面的运动可看作是简谐运动，运动情况跟单摆相同运动情况跟单摆相同二、对单摆回复力的理解二、对单摆回复力的理解图图134如图如图134所示，单摆的回复力是重力沿圆弧切所示，单摆的回复力是重力沿圆弧切向的分力向的分力FG1m

8、gsin提供的重力沿径向的提供的重力沿径向的分力分力G2和绳的拉力和绳的拉力T的合力提供物体做圆周运动的的合力提供物体做圆周运动的向心力摆球经过平衡位置时，回复力为零，而向心力摆球经过平衡位置时，回复力为零，而合外力不为零合外力不为零当摆球静止在当摆球静止在O点时，摆球受到的重力点时，摆球受到的重力G和摆线的和摆线的拉力拉力T平衡，这个平衡，这个O点就是单摆的平衡位置让摆点就是单摆的平衡位置让摆球偏离平衡位置，此时，摆球受到的重力球偏离平衡位置，此时，摆球受到的重力G和摆和摆线的拉力线的拉力T就不再平衡在这两个力的作用下，摆就不再平衡在这两个力的作用下，摆球将在平衡位置球将在平衡位置O附近来回

9、往复运动当摆球运附近来回往复运动当摆球运动到任一点动到任一点P时，重力时，重力G沿着圆弧切线方向的分力沿着圆弧切线方向的分力G1mgsin提供给摆球作为来回振动的回复力提供给摆球作为来回振动的回复力FG1mgsin，即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2下列关于单摆的说法，正确的是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单摆摆球从平衡位置运动到正向最大位移处时的位移为时的位移为A(A为振幅为振幅)，从正向最大位移处运动，从正向最大位移处运动到平衡位置时的位移为到平衡位置时的位移为AB单摆摆球的回复力等于摆球所受的合外力单摆摆球的回复力等于摆

10、球所受的合外力C单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线方单摆摆球的回复力是摆球重力沿圆弧切线方向的分力向的分力D单摆摆球经过平衡位置时加速度为零单摆摆球经过平衡位置时加速度为零解析：解析：选选C.简谐运动中的位移是以平衡位置作为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起点，摆球在正向最大位移处时位移为A，在平，在平衡位置时位移应为零，衡位置时位移应为零，A错摆球的回复力由重错摆球的回复力由重力沿圆弧切线方向的分力提供，合外力在摆线方力沿圆弧切线方向的分力提供，合外力在摆线方向的分力提供向心力，向的分力提供向心力，B错、错、C对摆球经过最低对摆球经过最低点点(摆动的平衡位

11、置摆动的平衡位置)时回复力为零，但向心力不时回复力为零，但向心力不为零，所以合外力不为零，加速度也不为零，为零，所以合外力不为零，加速度也不为零，D错错课堂互动讲练课堂互动讲练有关单摆回复力的问题有关单摆回复力的问题 关于单摆，下列说法中正确的是关于单摆，下列说法中正确的是()A单摆的回复力等于摆球所受的合外力单摆的回复力等于摆球所受的合外力B单摆的回复力等于摆球重力沿圆弧切线方向的单摆的回复力等于摆球重力沿圆弧切线方向的分力分力C摆球到平衡位置时，所受回复力等于零摆球到平衡位置时，所受回复力等于零D摆球到平衡位置时，所受合外力等于零摆球到平衡位置时，所受合外力等于零【自主解答自主解答】单摆在

12、振动过程中受重力和绳的单摆在振动过程中受重力和绳的拉力，重力沿圆弧切线方向的分力使摆球返回平拉力，重力沿圆弧切线方向的分力使摆球返回平衡位置，即为回复力，绳拉力与重力沿半径方向衡位置，即为回复力，绳拉力与重力沿半径方向分力的合力指向圆心，即为向心力摆球在摆动分力的合力指向圆心，即为向心力摆球在摆动过程中既有回复力又有向心力过程中既有回复力又有向心力(平衡位置和最大位平衡位置和最大位移处除外移处除外)，所以选项，所以选项A错误，错误，B正确在平衡位正确在平衡位置，单摆的回复力等于零，但合外力不等于零，置，单摆的回复力等于零，但合外力不等于零，合外力提供向心力，选项合外力提供向心力，选项C正确，正

13、确，D错误选错误选B、C.【答案答案】BC【方法总结方法总结】(1)单摆摆动中平衡位置不是平衡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状态，有向心力和向心加速度(2)最大位移处速度等于零，加速度不等于零最大位移处速度等于零，加速度不等于零变式训练变式训练1关于单摆，下列说法中正确的是关于单摆，下列说法中正确的是()A摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置摆球受到的回复力方向总是指向平衡位置B摆球受到的回复力是它的合力摆球受到的回复力是它的合力C摆球经过平衡位置时，所受的合力为零摆球经过平衡位置时，所受的合力为零D摆角很小时，摆球受到的合力的大小跟摆球摆角很小时，摆球受到的合力的大小跟

14、摆球相对平衡位置的位移大小成正比相对平衡位置的位移大小成正比解析：解析：选选A.根据回复力的定义知选项根据回复力的定义知选项A正确；单正确；单摆的回复力除在最高点外都不是摆球受力的合力，摆的回复力除在最高点外都不是摆球受力的合力，但不管在哪个位置均可认为是重力沿轨迹圆弧切但不管在哪个位置均可认为是重力沿轨迹圆弧切线方向的分力，所以选项线方向的分力，所以选项B错误；经过平衡位置时，错误；经过平衡位置时，回复力为零，但合力不为零，因悬线方向上要提回复力为零，但合力不为零，因悬线方向上要提供向心力，选项供向心力，选项C、D错误错误关于相位和相位差的认识关于相位和相位差的认识【答案答案】CD【方法总结

15、方法总结】(1)同频率的两简谐运动比较时，同频率的两简谐运动比较时，相位差的取值范围一般为：相位差的取值范围一般为：，当，当0时，两运动步调完全相同，常称为同相；时，两运动步调完全相同，常称为同相；(或或)时，两运动步调相反，常称为反相时，两运动步调相反，常称为反相(2)在比较相位或计算相位差时，一定要用同种函在比较相位或计算相位差时，一定要用同种函数来表示振动方程数来表示振动方程变式训练变式训练2人在平直路面上做匀速行走时，两臂人在平直路面上做匀速行走时，两臂和两腿的摆动，下列说法中正确的是和两腿的摆动，下列说法中正确的是()A左臂和右臂的摆动始终是反相的左臂和右臂的摆动始终是反相的B左臂和左腿的摆动始终是反相的左臂和左腿的摆动始终是反相的C左臂和右腿的摆动始终是反相的左臂和右腿的摆动始终是反相的D左臂和右臂的摆动始终是同相的左臂和右臂的摆动始终是同相的