单摆周期原理及公式推导
初三物理知识点单摆周期公式推导
三一文库（）/初中三年级〔初三物理知识点单摆周期公式推导〕公式推导M = - m * g * l * Sin x.其中m为质量，g是重力加速度，l是摆长，x是摆角。
我们希望得到摆角x的关于时间的函数，来描述单摆运动。
由力矩与角加速度的关系不难得到，M = J * β。
其中J = m * l^2是单摆的转动惯量，β = x''（摆角关于时间的2阶导数）是角加速度。
于是化简得到x'' * l = - g * Sin x.我们对上式适当地选择比例系数，就可以把常数l与g约去，再移项就得到化简了的运动方程x'' + Sin x = 0.第1页共5页因为单摆的运动方程（微分方程）是x'' + Sin x = 0 (1)而标准的简谐振动（如弹簧振子）则是x'' + x = 0 (2)相关解释我们知道（1）式是一个非线性微分方程，而（2）式是一个线性微分方程。
所以严格地说上面的（1）式描述的单摆的运动并不是简谐运动。
不过，在x比较小时，近似地有Sin x ≈ x。
（这里取的是弧度制。
即当x -> 0时有Sin x / x = o（1）。
）因而此时（1）式就变为（2）式，单摆的非线性的运动被线性地近似为简谐运动。
然后说一下为什么是10°。
由于Sin x ≈ x这个近似公式只在角度比较小的时候成立（这一个可以从正弦函数的在原点附近的图象近似看出），所以只有在小角度下（1）式化作（2）式才是合理的。
事实上5°≈0.087266弧度，Sin 5°≈0.087155，二者相差只有千分之一点几，是十分接近的。
在低精度的实验中，这种系统误差可以忽略不计（因为实验操作中的偶然误差就比它大）。
但如果换成25°，误差高达百分之三，就不宜再看成是简谐振动了。
由于正弦函数的性质，这个近似是角度越小，越精确，角度25。
单摆周期原理及公式推导精编版
单摆周期原理及公式推导精编版单摆周期是指单摆从一个极端位置振动到另一个极端位置所需要的时间。
它是一个重要的物理概念，在物理学中有着广泛的应用。
下面是单摆周期的原理和公式推导的精编版。
单摆是由一个质点和一个质量可以忽略不计的绳子或杆组成的振动系统。
质点在绳子或杆的作用下作圆周运动。
当单摆被偏离平衡位置后，在重力的作用下，质点会受到一个恢复力，该力将将质点引回平衡位置。
这样，质点将会在平衡位置周围做周期性的振动。
为了推导单摆周期的公式，我们做如下的假设和简化：1.假设单摆的摆长（摆线的长度）为L，质点的质量为m；2.简化计算，假设单摆在摆动过程中，摆线的张力始终保持垂直方向，不考虑任何摩擦力的存在；3.假设单摆的振动范围较小，可以近似为简谐振动。
根据上述假设，我们可以建立单摆的受力分析模型。
在质点在摆动过程中，只有两个力在作用：重力和张力。
1. 重力：沿着摆线的方向，大小为mg，其中g为重力加速度；2.张力：与摆线垂直且指向平衡位置，一般记作T。
在这种情况下，可以将重力分解为两个分力：沿着摆线的分力mgcosθ和垂直于摆线的分力mgsinθ，其中θ是质点和平衡位置的夹角。
由于单摆振动范围较小，可以近似理解为简谐振动，因此质点受力合力沿摆线方向。
因此，可以得出以下的关系式：T - mgcosθ = 0 (1)根据简谐振动的特点，可以考虑使用力的分析法解决这个问题。
根据牛顿第二定律得出如下的动力学方程：mgsinθ = mLα (2)其中α是质点的角加速度。
根据几何性质，可以得到如下的关系式：Lα = gsinθ (3)将（3）式代入（2）式，可以得到如下的关系式：mLα=Lα(4)将（4）式代入（3）式，可以得到如下的简化方程：α=g/L(5)根据简谐振动的特点，角加速度与角位移之间满足以下的关系式：α=-ω^2θ(6)其中ω是单摆的角频率，θ是质点与平衡位置的夹角。
将（6）式代入（5）式，可以得到如下的几个方程：-ω^2θ=g/L(7)由于θ是时间的函数，我们可以对（7）式进行二阶微分，得到如下的方程：θ''=-ω^2θ(8)由于θ是时间的函数，我们可以找出其常微分方程的解为：θ = Asin(ωt + φ)其中A和φ是待定常数。
【高中物理】高中物理知识点：单摆的周期
【高中物理】高中物理知识点：单摆的周期单摆：1.定义：用一根不可伸长且没有质量的细线悬挂一质点所组成的装置，叫做单摆，它是实际摆的理想化模型2.模型条件：(1)摆线的形变量与摆线长度相比小得多，摆线的质量与摆球质量相比小得多，这时可把摆线看成是不可伸长，且没有质量的细线。
(2)摆球的大小与摆线长度相比小得多，这时可把摆球看成是没有大小只有质量的质点。
(3)忽略空气对它的阻力。
某一物理量是否可以略去不计，是相对而言的。
为了满足上述条件及尽量减小空气阻力对它的影响，我们组成单摆的摆球应选择质量大而体积小的球，摆线应尽量选择细而轻目弹性小的线3.平衡位置：摆球静止时所处的位置即最低点4.简谐运动条件：5.单摆的周期公式：（可由，推导）。
①在振幅很小的条件下，单摆的振动周期跟振幅无关；②单摆的振动周期跟摆球的质量无关，只与摆长L和当地的重力加速度g有关；③摆长L是指悬点到摆球重心间的距离，在某些变形单摆中，摆长L应理解为等效摆长，重力加速度应理解为等效重力加速度（一般情况下，等效重力加速度g'等于摆球静止在平衡位置时摆线的张力与摆球质量的比值）。
单摆问题中的等效处理方法：单摆的周期公式是惠更斯从实验中总结出来的。
单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力，偏角越大回复力越大，加速度 ()越大。
由于摆球的轨迹是圆弧，所以除最高点外，摆球的回复力并不等于合外力。
在有些振动系统中l不一定是绳长，g也不一定为9．8m／s2，因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题。
1．等效摆长摆长是指摆动圆弧的圆心到撰球重心的距离，而不一定为摆绳的长。
如图中，摆球可视为质点，各段绳长均为Z，甲、乙摆球做垂直纸面的小角度摆动，丙摆球在纸面内做小角度摆动，O'为垂直纸面的钉子，而且甲：等效摆长乙：等效摆长丙：摆绳摆到竖直位置时，圆弧圆心就由O变为O'，摆球振动时，半个周期摆长为l，另半个周期摆长为，则单摆丙的周期为2．等效重力加速度不一定等于9．8(1)g由单摆所在的空间位置决定。
单摆周期公式的推导
单摆周期公式的推导一．简谐运动物体的运动学特征作简谐运动的物体要受到回复力的作用，而且这个回复力F 与物体相对于平衡位置的位移x 成正比，方向与位移x 相反，用公式表示可以写成kx F −=，其中k 是比例系数。
对于质量为m 的小球，假设t 时刻（位移是x ）的加速度为a ，根据牛顿第二运动定律有：kx ma F −==，即xmka −=因此小球的加速度a 与它相对平衡位置的位移x 成正比，方向与位移x 相反。
因为x （或F ）是变量，所以a 也是变量，小球作变加速运动。
把加速度a 写成22dt x d ，并把常数m k写成2ω得到x dtxd 222ω−=。
对此微分方程式，利用高等数学方法，可求得其解为)sin(ϕω+=t A x 。
这说明小球的位移x 是按正弦曲线的规律随着时间作周期性变化的，其变化的角速度为Tm k πω2==，从而得到作简谐运动物体的周期为kmT π2=。
二．单摆周期公式的推导单摆是一种理想化的模型，实际的摆只要悬挂小球的摆线不会伸缩，悬线的长度又比球的直径大很多，都可以认为是一个单摆。
当摆球静止在O 点时，摆球受到的重力G 和摆线的拉力T 平衡，如图1所示，这个O 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G 和摆线的拉力T 就不再平衡。
在这两个力的作用下，摆球将在平衡位置O 附近来回往复运动。
当摆球运动到任一点P时，重力G 沿着圆弧切线方向的分力θsin 1mg G =提供给摆球作为来回振动的回复力θsin 1mg G F ==，当偏角θ很小﹝如θ＜010﹞时，lx≈≈θθsin ，所以单摆受到的回复力x lmgF −=，式中的l 为摆长，x 是摆球偏离平衡位置的位移，负号表示回复力F 与位移x 的方向相反，由于m 、g 、L 都是确定的常数，所以lmg可以用常数k 来表示，于是上式可写成kx F −=。
因此，在偏角θ很小时，单摆受到的回复力与位移成正比，方向与位移方向相反，单摆作的是简谐运动。
单摆周期原理及公式推导
1 关于单摆的回复力 ①在研究摆球沿圆弧的运动情况时，要以不考虑与摆球运动方向垂直的力，而只考虑沿摆球运动方向的力，如图所示. ②因为Ｆ′垂直于ｖ，所以，我们可将重力G 分解到速度ｖ的方向
及垂直于ｖ的方向.且Ｇ1＝Ｇsin θ＝mg sin θＧ2＝G cos θ＝mg cos θ
③说明：正是沿运动方向的合力Ｇ1＝mg sin θ提供了摆球摆动的回
复力.
单摆做简谐运动的条件
①推导：在摆角很小时，sin θ＝l
x 又回复力Ｆ＝mg sin θ Ｆ＝mg ·l x
（ｘ
表示摆球偏离平衡位置的位移，ｌ表示单摆的摆长）
②在摆角θ很小时，回复力的方向与摆球偏离平衡位置的位移方向相
反，大小成正比，单摆做简谐运动.
③简谐运动的图象是正弦(或余弦曲线)，那么在摆角很小的情况下，既然单摆做的是简谐运动，它振动的图象也是正弦或余弦曲线.
单摆周期公式推导
设摆线与垂直线的夹角为θ, 在正下方处时θ=0,逆时针方向为正，反之为负。
则 摆的角速度为θ’（ 角度θ对时间t 的一次导数）, 角加速度为θ’’（ 角度θ对时间t 的二次导数）。
对摆进行力学分析，
由牛顿第二运动定律，有
(m)*(l)* θ’’ = - mg*sin θ
即θ’’+ (g/l )*sin θ = 0
令 ω = (g/l)1/2 ,有
θ’’ + (ω2)*sin θ = 0
当 θ很小时， sin θ ≈ θ （这就是考虑单摆运动时通常强调“微”摆的原因） 这时， 有
θ’’ + (ω^2)*θ ≈ 0
该方程的解为
θ = A*sin(ωt+φ)
这是个正弦函数，其周期为
T = 2π/ω = 2π*√(l/g)。
单摆周期原理及公式推导
单摆周期原理及公式推导单摆周期是单摆摆动所花费的时间，也即是从一个极点回到同一极点所经过的时间。
单摆是由一个质点在一根不可拉伸且质量可忽略不计的细线上做简谐振动的物理系统。
细线的上端固定，质点在重力作用下做来回摆动。
单摆周期与摆长有关，摆长是指细线的长度，即质点悬挂点到质点的距离。
当摆长较短时，单摆摆动的周期较短；当摆长较长时，单摆摆动的周期较长。
设单摆的摆长为l，质点在位于原点的极点附近做振幅很小的简谐振动，角度用θ表示，角速度用ω表示。
根据单摆受力分析，可以得到如下力平衡方程：-mg*sinθ = mω^2 * l * sinθ其中，m为质点的质量，g为重力加速度。
由上式可得：g*sinθ = ω^2 * l*sinθ因为在小角度假设下，可以近似认为sinθ≈θ，所以将上式进一步简化为：gθ=ω^2*lθ将角速度ω表示为角频率ω=2πf，其中f为频率，周期T=1/f。
代入上式中，并进行代换得到：g/l=(2π/T)^2根据上式可以推导出单摆的周期公式：T=2π*√(l/g)单摆周期公式的推导过程是基于小角度假设的，即假设单摆的摆角θ很小，可以近似将sinθ与θ相等对待。
这一假设在通常情况下是成立的，因为单摆的摆动幅度较小。
但当单摆的摆动幅度较大时，需要考虑角度的正弦函数和线性近似之外的高阶项，此时推导出的周期公式将不再适用。
除此之外，单摆的周期还可以通过实验测量得到，通过测量摆动的时间和摆动的长度，可以计算出单摆的周期，从而验证周期公式的有效性。
综上所述，单摆的周期公式是通过假设质点做小角度假设，然后通过力平衡方程推导得到的。
该公式在小摆角条件下成立，可以用来计算单摆的周期。
影响单摆周期的因素
影响单摆周期的因素
跟单摆的摆线长度和当地的重力加速度有关。
根据单摆的周期公式：T=2π√(L/g)。
其中，L为摆长，g为当地的重力加速度。
在摆角小于5°的条件下，单摆的摆长越大，当地的重力加速度越小，单摆的周期越大。
单摆周期公式
单摆是一种理想的物理模型，它由理想化的摆球和摆线组成。
摆线由质量不计、不可伸缩的细线提供；摆球密度较大，而且球的半径比摆线的长度小得多，这样才可以将摆球看做质点，由摆线和摆球构成单摆。
在满足偏角小于10°的条件下，单摆的周期为T=2π√(L/g)。
从公式中可看出，单摆周期与振幅和摆球质量无关．从受力角度分析，单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力，偏角越大，回复力越大，加速度越大，在相等时间内走过的弧长也越大，所以周期与振幅、质量无关，只与摆长l和重力加速度g有关．在有些振动系统中l不一定是绳长，g也不一定为9.8m/s²，因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问题。
什么是单摆的周期
单摆从某一状态开始运动,第一次回到原状态的时间,一般是从平衡位置开始计时,这里所说的状态是指速度,加速度,恢复力都相同的状态.周期公式为T=2π*√L/g.。
单摆设计原理变长l
单摆设计原理变长l
单摆运动的近似周期公式为：T=2π√(L/g)。
其中，L为摆长，g为当地的重力加速度。
单摆是能够产生往复摆动的一种装置，将无重细杆或不可伸长的细柔绳一端悬于重力场内一定点，另一端固结一个重小球，就构成单摆。
若小球只限于铅直平面内摆动，则为平面单摆，若小球摆动不限于铅直平面，则为球面单摆。
周期在非常小的振幅（角度）下，单摆做简谐运动的周期跟摆长的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，跟振幅、摆球的质量无关。
公式
单摆是一种理想的物理模型，它由理想化的摆球和摆线组成．摆线由质量不计、不可伸缩的细线提供；摆球密度较大，而且球的半径比摆线的长度小得多，这样才可以将摆球看做质点，由摆线和摆球构成单摆．在满足偏角小于10°的条件下，单摆的周期为：
从公式中可看出，单摆周期与振幅和摆球质量无关。
从受力角度分析，单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力，偏角越大，回复力越大，加速度（gsinθ）越大，在相等时间内走
过的弧长也越大，所以周期与振幅、质量无关，只与摆长l和重力加速度g有关。
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关于单摆的回复力 ①在研究摆球沿圆弧的运动情况时，要以不考虑与摆球运动方向垂直的力，而只考虑沿摆球运动方向的力，如图所示. ②因为Ｆ′垂直于ｖ，所以，我们可将重力G 分解到速度ｖ的方向
及垂直于ｖ的方向.且Ｇ1＝Ｇsin θ＝mg sin θＧ2＝G cos θ＝mg cos θ
③说明：正是沿运动方向的合力Ｇ1＝mg sin θ提供了摆球摆动的回
复力.
单摆做简谐运动的条件
①推导：在摆角很小时，sin θ＝l
x 又回复力Ｆ＝mg sin θ Ｆ＝mg ·l x
（ｘ
表示摆球偏离平衡位置的位移，ｌ表示单摆的摆长）
②在摆角θ很小时，回复力的方向与摆球偏离平衡位置的位移方向相
反，大小成正比，单摆做简谐运动.
③简谐运动的图象是正弦(或余弦曲线)，那么在摆角很小的情况下，既然单摆做的是简谐运动，它振动的图象也是正弦或余弦曲线.
单摆周期公式推导
设摆线与垂直线的夹角为θ, 在正下方处时θ=0,逆时针方向为正，反之为负。
则 摆的角速度为θ’（ 角度θ对时间t 的一次导数）, 角加速度为θ’’（ 角度θ对时间t 的二次导数）。
对摆进行力学分析，
由牛顿第二运动定律，有
(m)*(l)* θ’’ = - mg*sin θ
即θ’’+ (g/l )*sin θ = 0
令 ω = (g/l)1/2 ,有
θ’’ + (ω2)*sin θ = 0
当 θ很小时， sin θ ≈ θ （这就是考虑单摆运动时通常强调“微”摆的原因） 这时， 有
θ’’ + (ω^2)*θ ≈ 0
该方程的解为
θ = A*sin(ωt+φ)
这是个正弦函数，其周期为
T = 2π/ω = 2π*√(l/g)。