滬科物理選修3-4 第1章1.3《探究擺鐘的物理原理》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 3探究擺鐘的物理原理 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 1 3 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解單擺振動的特點及其做簡諧運動的條件 2 理解步調(diào)和相位的概念 3 觀察實驗 概括單擺振動特點 培養(yǎng)由實驗現(xiàn)象得出物理結(jié)論的能力 重點難點 單擺運動的特點是重點 相位的理解是難點 課前自主學(xué)案 一 惠更斯的科學(xué)抽象 單擺用一根細(xì)線吊起一小球 如果 可以忽略 細(xì)線的質(zhì)量與小球的質(zhì)量相比 細(xì)線的長度比小球直徑 這樣的裝置叫做單擺 質(zhì)點的 即單擺的質(zhì)量 擺球 到懸掛點的距離叫做單擺的 單擺是實際擺的 細(xì)線的伸縮 可以忽略 大得多 質(zhì)量 重心 擺長 理想化 二 探究單擺運動的特點1 單擺的回復(fù)力 在偏角很小的情況下 單擺的回復(fù)力跟位移的關(guān)系式是 其中l(wèi)為擺長 x為偏離平衡位置的位移 2 單擺做簡諧運動的條件 在 的情況下 擺球所受的回復(fù)力與它偏離平衡位置的位移成 方向總是指向平衡位置 單擺所做的運動是簡諧運動 偏角很小 正比 相同 相等 不同 3 同相 如果 0 或者2 的整數(shù)倍 兩振動質(zhì)點將同時到達(dá)各自的極大值 并且同時越過原點并同時到達(dá)極小值 它們的步調(diào) 這種情況我們說二者同相 4 反相 如果 或者 的奇數(shù)倍 兩振動質(zhì)點中的一個到達(dá)極大值時 另一個將同時到達(dá)極小值 并且將同時越過原點并同時到達(dá)各自的另一個極值 它們的步調(diào)正好 這種情況我們說二者反相 始終相同 相反 2 用振動圖像可以直觀地表示不同振動的相 如圖1 3 1所示 甲乙圖1 3 1 核心要點突破 一 對單擺模型的認(rèn)識1 單擺振動的回復(fù)力是重力的切向分力 不能說成是重力和拉力的合力 在平衡位置振子所受回復(fù)力是零 但合力是向心力 指向懸點 不為零 2 如圖1 3 2所示 小球在光滑圓弧上的往復(fù)滾動 和單擺圖1 3 2完全等同 只要擺角足夠小 這個振動就是簡諧運動 這時周期公式中的l應(yīng)該是圓弧半徑R和小球半徑r的差 3 單擺是一種理想化的模型 實際的擺只要懸掛小球的擺線不伸縮 懸線的長度又比球的直徑大很多 都可以認(rèn)為是一個單擺 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 一個打磨得很精細(xì)的小凹鏡 其曲率很小可視為接近平面 將鏡面水平放置如圖1 3 3所示 一個小球從鏡邊緣開始釋放 小球在鏡面上將會往復(fù)運動 以下說法中正確的是 A 小球的運動是簡諧運動B 不能判斷小球做簡諧運動C 小球簡諧運動的回復(fù)力是重力跟支持力的合力D 小球簡諧運動的回復(fù)力是重力沿曲面切向的分力 圖1 3 3 解析 選AD 由題意 很精細(xì)的小凹鏡 其曲率很小可視為接近地平面 故有曲率半徑遠(yuǎn)大于小鏡的長度 小球在上面的運動可看作是簡諧運動 運動情況跟單擺相同 二 對單擺回復(fù)力的理解圖1 3 4如圖1 3 4所示 單擺的回復(fù)力是重力沿圓弧切向的分力F G1 mgsin 提供的 重力沿徑向的分力G2和繩的拉力T的合力提供物體做圓周運動的向心力 擺球經(jīng)過平衡位置時 回復(fù)力為零 而合外力不為零 當(dāng)擺球靜止在O點時 擺球受到的重力G和擺線的拉力T平衡 這個O點就是單擺的平衡位置 讓擺球偏離平衡位置 此時 擺球受到的重力G和擺線的拉力T就不再平衡 在這兩個力的作用下 擺球?qū)⒃谄胶馕恢肙附近來回往復(fù)運動 當(dāng)擺球運動到任一點P時 重力G沿著圓弧切線方向的分力G1 mgsin 提供給擺球作為來回振動的回復(fù)力F G1 mgsin 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 下列關(guān)于單擺的說法 正確的是 A 單擺擺球從平衡位置運動到正向最大位移處時的位移為A A為振幅 從正向最大位移處運動到平衡位置時的位移為 AB 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方向的分力D 單擺擺球經(jīng)過平衡位置時加速度為零 解析 選C 簡諧運動中的位移是以平衡位置作為起點 擺球在正向最大位移處時位移為A 在平衡位置時位移應(yīng)為零 A錯 擺球的回復(fù)力由重力沿圓弧切線方向的分力提供 合外力在擺線方向的分力提供向心力 B錯 C對 擺球經(jīng)過最低點 擺動的平衡位置 時回復(fù)力為零 但向心力不為零 所以合外力不為零 加速度也不為零 D錯 課堂互動講練 關(guān)于單擺 下列說法中正確的是 A 單擺的回復(fù)力等于擺球所受的合外力B 單擺的回復(fù)力等于擺球重力沿圓弧切線方向的分力C 擺球到平衡位置時 所受回復(fù)力等于零D 擺球到平衡位置時 所受合外力等于零 自主解答 單擺在振動過程中受重力和繩的拉力 重力沿圓弧切線方向的分力使擺球返回平衡位置 即為回復(fù)力 繩拉力與重力沿半徑方向分力的合力指向圓心 即為向心力 擺球在擺動過程中既有回復(fù)力又有向心力 平衡位置和最大位移處除外 所以選項A錯誤 B正確 在平衡位置 單擺的回復(fù)力等于零 但合外力不等于零 合外力提供向心力 選項C正確 D錯誤 選B C 答案 BC 方法總結(jié) 1 單擺擺動中平衡位置不是平衡狀態(tài) 有向心力和向心加速度 2 最大位移處速度等于零 加速度不等于零 變式訓(xùn)練1關(guān)于單擺 下列說法中正確的是 A 擺球受到的回復(fù)力方向總是指向平衡位置B 擺球受到的回復(fù)力是它的合力C 擺球經(jīng)過平衡位置時 所受的合力為零D 擺角很小時 擺球受到的合力的大小跟擺球相對平衡位置的位移大小成正比 解析 選A 根據(jù)回復(fù)力的定義知選項A正確 單擺的回復(fù)力除在最高點外都不是擺球受力的合力 但不管在哪個位置均可認(rèn)為是重力沿軌跡圓弧切線方向的分力 所以選項B錯誤 經(jīng)過平衡位置時 回復(fù)力為零 但合力不為零 因懸線方向上要提供向心力 選項C D錯誤 答案 CD 方法總結(jié) 1 同頻率的兩簡諧運動比較時 相位差的取值范圍一般為 當(dāng) 0時 兩運動步調(diào)完全相同 常稱為同相 或 時 兩運動步調(diào)相反 常稱為反相 2 在比較相位或計算相位差時 一定要用同種函數(shù)來表示振動方程 變式訓(xùn)練2人在平直路面上做勻速行走時 兩臂和兩腿的擺動 下列說法中正確的是 A 左臂和右臂的擺動始終是反相的B 左臂和左腿的擺動始終是反相的C 左臂和右腿的擺動始終是反相的D 左臂和右臂的擺動始終是同相的 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全