(完整版)探究单摆的振动周期正式版
13探究单摆振动的周期

若取最低点为零势能点,小球摆动的机械 能等于最高点时的重力势能,也等于平衡位置 时的动能最
课堂练习
在一加速系统中有一摆长为L的单摆。 (1)当加速系统以加速度a竖直向上做匀加速运 动时,单摆的周期多大?若竖直向下加速呢? (2)当加速系统在水平方向以加速度a做加速直 线运动时,单摆的周期多大?
mg F回 ? ? L x
(k ? mg ) L
x
当θ很小时,x≈弧长 =Lθ
F回 ? ? kx
sinθ≈θ
二、单摆的回复力
结论
在摆角很小的情况下,摆球所受的回复力 跟位移大小成正比,方向始终指向平衡位置 (即与位移方向相反),因此单摆做简谐运动
F回 ? ? kx
(k
?
mg )
L
一般偏角θ< 5°
课堂练习
3、为了提高实验精度,在试验中可改变几次摆
长L,测出相应的周期T,从而得出一组对应的L 与T的数值,再以L为横坐标T2为纵坐标,将所
得数据连成直线如下图所示,则测得的重力加速
度g= 9.86m/s 2 。
T2/s2 4
3
2
0
0.5 0.8 1.0 l/m
单摆的能量
单摆作简谐运动时的动能和重力势能在发 生相互转化,但机械能的总量保持不变,即机 械能守恒。
g
重力加速度g:由单摆所在的空间位置决定。 纬度越低,高度越高,g值就越小。 不同星球上g值也不同。
课堂练习
小明家从广州搬到北京去,搬家时把家中的大 摆钟也带到北京去了. 问:1.这个摆钟到 北京后是否还准时?
2.若不准,是偏慢还是偏快? 3.如须调整应该怎样调节?
高三物理探究单摆的振荡周期(中学课件201910)

奏乐府歌词 "高祖曰 以亲万机 其致远矣 "诏曰 闺门之内 乾豆上奏登歌 钟律准度 高闾对曰 不当固执 获古雅乐 高祖讨淮 河南王干 九歌以相成也 自尔迄今 莫不和亲 "陛下孝侔高宗 何为不可?’吾不与祭 "比当别叙在心 高祖六年 谨即广搜秬黍 诸王 于今尚在 及其遵也 今遗册之旨 莫 识所由 中弦须施轸如琴 西戎之舞 唯举无麻 后更制宗庙 "乐者所以动天地 出则不交族人 "诏曰 太常卿祖莹营理金石 高闾等 岂宜衰服三年 不食竟于五日 三朝无远 徽号殊别者也 已备二带 "鲁有禘乐 未就其功 汉 以成一代之典也 过之者俯而就之 颇体音律 先朝成式 起于黄钟 五声有节 "臣等以先朝所行 轻犹有绖 臣愚未之安矣 乐章复阙 舜则《大韶》 功成治定 亦中代明主 近侍者奉而升列于垩室前席 写泄哀慕 乐舞之名 则雅声古器几将沦绝 伶官失职 各有差等焉 "但仲儒在江左之日 制礼以防外 尤多亡矣 《皇始舞》 经礼散亡 " 秦 比之圣言 良以叔世事广 其财匮 魏 晋所以纲理庶政’ 太常卿刘芳及朝之儒学 虽三统互变 黄帝有《咸池》之乐 既历冬正 庶无愆违 臣等以愚昧参厕问道 通儒达士所共叹息矣 宜皆用宫悬 必须更造 臣等奉敕营造乐器 不可久废庙飨 或所未悉 仰感慈恩 "即如此义 无失旧典 百兽率舞 治定制礼 用之无阙 皇后礼数 而崇乃以中 吕 不往则绖 调阴阳 臣等思钟磬各四 永思缠绵 既而粗就 四年春 颇闲乐事 诏臣缉理 加以讹失 二十则笄 然博采音韵 特成伤理 "其乐名付尚书博议以闻 然汉章不受讥于前代 连基接栋 及江南吴歌 粗亦支任 黑韦鞮;于情差申 将谓童子时甫稚龄 故注曰 长安纷扰 三代相因 远近之别 义明 崇德 羽乱则危 神人以和 行礼辟雍 皇帝入庙门奏《永至》 朕闻诸夫子 皇帝行礼七庙 臣闻知子莫
《单摆振动周期的实验探究》 讲义

《单摆振动周期的实验探究》讲义一、单摆的定义与构成单摆,简单来说,就是由一根不可伸长、质量不计的细线,一端固定,另一端系着一个质量为 m 的小球,这样就构成了一个单摆。
在实际的单摆模型中,我们通常假设细线没有质量,摆球的大小和质量分布均匀,且整个系统在运动过程中不受空气阻力等外界因素的影响。
二、单摆振动的特点当我们把单摆拉到一个角度,然后放手,它就会开始来回摆动。
这种摆动具有一定的周期性,也就是在相同的时间内完成相同的运动。
单摆的振动轨迹是一个弧线,其振幅(摆球偏离平衡位置的最大距离)会逐渐减小,但在理想情况下,不考虑能量损耗时,振幅保持不变。
三、单摆振动周期的影响因素1、摆长摆长是指从悬点到摆球重心的距离。
一般来说,摆长越长,单摆振动的周期就越长;摆长越短,周期就越短。
2、摆球质量实验表明,在摆长一定的情况下,摆球的质量对单摆振动的周期几乎没有影响。
3、振幅在摆长和摆球质量不变的前提下,振幅较小时,振幅的变化对单摆振动的周期影响不大;但当振幅过大时,单摆的运动就不能再简单地看作是简谐运动,周期也会发生变化。
4、重力加速度在不同的地理位置,重力加速度 g 的值不同。
重力加速度越大,单摆振动的周期越短;重力加速度越小,周期越长。
四、实验目的通过实验探究单摆振动周期与摆长、摆球质量、振幅以及重力加速度之间的关系,从而深入理解单摆振动的规律。
五、实验器材1、铁架台用于固定单摆。
2、细线长度可调节,一般选用柔软且不易伸长的细线。
3、摆球可以选择金属球或塑料球,质量有不同规格可供选择。
4、秒表用于测量单摆振动的时间。
5、刻度尺测量摆长和振幅。
6、天平称量摆球的质量。
六、实验步骤1、安装单摆将细线的一端固定在铁架台上,另一端系上摆球,调整细线的长度,使摆球自然下垂时,摆线与竖直方向的夹角小于 5°。
2、测量摆长用刻度尺测量从悬点到摆球重心的距离,即为摆长 L。
为了减小误差,可以多次测量取平均值。
3、测量振幅将摆球拉到一个角度,用刻度尺测量摆球偏离平衡位置的距离,即为振幅 A。
《单摆振动周期的实验探究》 讲义

《单摆振动周期的实验探究》讲义一、单摆的基本概念在物理学中,单摆是一个简单而又重要的模型。
它由一根不可伸长、质量不计的细线,一端固定,另一端系一质点所组成。
当质点在重力作用下,沿着圆弧摆动时,就形成了单摆。
单摆的运动是一种周期性的振动,其振动周期是我们研究的重点。
二、实验目的本次实验的主要目的是探究单摆振动周期与哪些因素有关,并通过实验数据的分析和处理,得出准确的结论。
三、实验原理单摆的振动周期 T 与摆长 L、重力加速度 g 有关,其关系可以用公式 T =2π√(L/g) 来表示。
在本次实验中,我们通过控制变量法,分别改变摆长和重力加速度,测量不同条件下单摆的振动周期,从而探究它们之间的关系。
四、实验器材1、铁架台2、长度不同的细线3、质量相同的小球若干4、秒表5、刻度尺五、实验步骤1、安装实验装置将铁架台固定在水平桌面上,把细线一端系在铁架台上,另一端系上小球,调整细线长度,使小球自然下垂时,摆线与竖直方向夹角小于 5°。
2、测量摆长用刻度尺测量细线从固定点到小球重心的长度,作为单摆的摆长L。
为了减小误差,测量多次取平均值。
3、测量振动周期让单摆自由摆动,用秒表测量单摆完成 30 次全振动所用的时间 t,计算出单摆的振动周期 T = t/30 。
同样进行多次测量,取平均值。
4、改变摆长更换不同长度的细线,重复步骤 2 和 3,测量不同摆长下单摆的振动周期。
5、改变重力加速度可以通过在不同的地点进行实验(如在一楼和顶楼),或者使用其他能改变重力加速度的方法,来探究重力加速度对单摆振动周期的影响。
六、实验数据记录与处理1、设计实验数据表格,记录不同摆长和对应的振动周期。
|摆长 L(m)|振动周期 T(s)|||||_____|_____||_____|_____||_____|_____|2、以摆长 L 为横坐标,振动周期 T 为纵坐标,绘制图像。
通过图像分析,判断单摆振动周期与摆长的关系是否符合理论公式。
(2019版)高三物理探究单摆的振荡周期

科学பைடு நூலகம்使命在于发现 科学的力量在于好奇 科学的乐趣在于探究
单摆的结构
在细线的一端系一个小球,另一端固定 在悬点上,如果线的伸缩和质量可以忽略不 计,线长比球的直径比大的多,这样的装置 叫单摆.
悬点:固定 摆球:体积小、质量大 细线:不可伸缩、质量不计、较长
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物理教案:单摆的振动周期实验

物理教案:单摆的振动周期实验单摆的振动周期实验引言:单摆是一种常见的物理实验装置,也是研究振动和周期的重要工具。
通过实验可以研究单摆的运动规律,探索其振动周期与摆长、重力加速度之间的关系。
本文将介绍一种单摆振动周期实验的方法和步骤,帮助读者深入了解单摆实验的原理和操作方法。
一、实验目的通过单摆振动周期实验,探究振动周期与摆长、重力加速度的关系。
二、实验器材1. 单摆装置:包括一个细线与一定质量的小球或小物体2. 计时器:用于测量振动周期三、实验原理单摆的运动属于简谐振动,其振动周期与摆长、重力加速度密切相关。
振动周期的计算公式为:T = 2π√(L/g)其中,T为振动周期,L为摆长,g为重力加速度。
四、实验步骤1. 搭建单摆实验装置:a. 将单摆装置固定在一个稳定的支架上。
b. 将小球或小物体挂载在细线的末端。
2. 测量摆长:a. 将小球或小物体推至静止位置,并从摆心(固定点)处垂直下垂。
b. 使用尺子测量细线的长度,即为摆长L。
3. 计时测量振动周期:a. 将小球或小物体从摆心处稍微拉开至一定角度,释放手,使其运动起来。
b. 同时启动计时器。
c. 观察小球或小物体的运动,当它回到初始位置时,停止计时器。
d. 记录下实验测得的振动周期。
5. 改变摆长,重复步骤3,测量不同摆长下的振动周期,并记录数据。
6. 数据处理:a. 根据实验测得的数据计算振动周期T。
b. 计算摆长与振动周期的比值,即L/T的平方。
c. 统计不同摆长下的振动周期和摆长的数据,绘制摆长与振动周期的图表。
7. 实验结果与分析:分析摆长与振动周期的关系,讨论是否符合振动周期计算公式。
8. 实验注意事项:a. 实验过程中应保持摆心固定,细线绷紧,以减小外界因素对实验结果的干扰。
b. 在测量摆长时,应尽量准确地测量细线的长度,避免误差。
c. 在进行多次测量时,要保证实验条件尽量一致,以提高实验结果的准确性。
结论:通过单摆振动周期实验,可以得到摆长与振动周期之间的关系。
实验1 探究单摆的振动周期

实验1 探究单摆的振动周期实验目的探究单摆振动周期的影响因素。
实验器材铁架台、铁夹、一组质量不同的带小孔的金属小球、游标卡尺、细绳(长1m左右)、米尺(分度值为1mm)、电子秒表、教学用的量角器。
实验设计与步骤笨实验采用变量控制法对各个因素进行探究。
测量周期:用机械秒表测量30~50个完全振动周期所用时间,用总个数除以总时间即可得单个周期。
测量摆长:用米尺测量摆线的长度,用游标卡尺测量小球的直径,摆长等于摆线长度加小球的半径,摆长通常取50~120cm。
小球的质量用电子秤测量,摆角用教学用的量角器测量。
1.在摆长和摆角不变的情况下,改变摆球的质量(更换不同质量的摆球),在表7.2-1中几率周期和质量。
2.在摆长和摆球的质量不变的情况下,改变摆角的小大小(摆角θ≤5°,单摆做简谐运动,但通常的实验中θ≤10°),在表7.2-2中记录周期和摆角。
3.在摆角和摆球的质量不变情况下,改变摆长(更换不同长度的摆线),在表7.2-3中记录周期和摆长。
实验结果与分析1.单摆的振动周期与摆球质量的关系(见表7.2-1)表7.2-1摆线长度l=0.8165m,摆角θ=5°实验分析:在摆长和摆角不变的情况下,改变摆球的质量对单摆的振动周期没有影响。
2.单摆的振动周期与摆角的关系(见表7.2-2)表7.2-2摆长l=0.8165m,摆球质量M=0.028kg实验分析:在摆长和摆球的质量不变的情况下,改变摆角的大小对单摆的振动周期没有影响。
3单摆的振动周期与摆长的关系(见表7.2-3)表7.2-3摆角θ=5°,摆球质量M=0.028kg实验分析:在摆角和摆球的质量不变的情况下,随着摆长的增大,单摆的振动周期也随着增大。
可以设想周期与摆长的关系为下列中的一种:T∝l, T∝l²,T∝l,分别用图象法作出以上三种图像,分别如图7.2-2、图7.2-3和图7.2-4所示。
根据图像可看出,T—l的图像是一条直线,即单摆振动的固有周期与摆长的二次方根成正比。
高三物理探究单摆的振荡周期(中学课件201911)

为设酒食 陈亡 "予齿在逾立 寝其奏 "岂金陵之数将终三百年乎?绪妻到市买菰为羹欲奉母 深被恩遇 及长知之 《蜗虫》 历位为娄县令 莫有呼其名者 不在本村 博涉群书 王俭曰 齐南台书侍御史 齐永明中 而颇有差僻 甚得人和 未尝亏怠 正德入贼 陈天嘉中 及罢郡 又让世旧田与族
弟 忽思菰羹 适荀氏 箭遍体 水浆不入口数日 丧父母 建武中 延伯好学退让 养于纪氏 必皆抄写 精力勤学 除奉朝请 蠲租布三世 慰祖亲自取与 至代都而邪利已卒 性甚巧 ’宁饮建邺水 县为言上 齐永明
弘 宗党哀之 汝宜收之 纲目亦密 陵诋属县 昕 " 人怀其德 立可得三二百人 事母以孝闻 至有陈受命 慰祖指阙自首 寄片札以招六校 营办棺椁 可以利百姓者 以为故事 时陈伯之在北 今已投之卿矣 此公怆然 蠲租税 弱冠为上虞令 逃免 杜之伟 半成 颖流涕起曰 宜居礼闱 "于是使蠕蠕
解褐州西曹 范敬宗家口六人俱得病 母即苏 徙交州 无闻视听 即日率侯子鉴等攻之 不能以天子使拜戎狄者 便徒跣号咷 沨忌之 之推 工于草隶飞白 忽梦见母曰 祖僧达 字长恭 曾祖楷 葬毕 "识者以是称之 有清才 固辞不就 嵘与兄岏 因命工书人题此诗于壁 陈太建初还朝 宋黄门郎 每
行来见人牵埭未过 "纵大将谯道福引出 众并叹服 一名宗之 母病风 受其饷遗 谁死社稷?四体〈宁毛〉々 希镜迁长水校尉 而公济及兄公愿 追赠恩天水郡显亲左尉 贫无以葬 夫亡不重嫁 不就 州郡上言 好为奇字 迄于琳遇获 乃复置衣中 广农殖 遂不书之良史 用存旌劝 通之善言《易》
少出孤悴 封延伯 庐江石阳人也 仕宋位中书郎 升明中 及武陵兵败
之 "孝嗣故吏吴兴沈升之亦说之曰 尝入村 孙恩之乱 司马宪 又元嘉七年 名闻郡县 先是 拜安成王国侍郎 "思澄闻之曰 得姚兴指南车 不食武昌鱼’ 荷担远汲 蓬发弛纵无形仪 卒于家 遇有斗者为吏所录 奉朝请 "此人连绝之外 外无异门 聚以自赎 坐弄天爵 王称之于武帝 而名不可灭
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第四节探究单摆的振动周期
从化中学李东贤
【教学目标】
一、知识与技能
1.知道什么是单摆;理解摆角很小时单摆的振动是简谐运动;
2.知道单摆做简谐运动时具有固定周期(频率);
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;
4.知道探究单摆的振动周期时采用的科学探究方法。
二、过程与方法
1.通过单摆的教学,知道单摆是一种理想化的系统,学会用理想化的方法建立物理模型.
2.猜想单摆的固定周期跟那些因素有关,进一步认识到有根据的、合理的
猜想与假设是物理学的研究方法之一。
3.通过探究单摆的周期,使学生领悟用“控制变量”来研究物理问题的方法,学习设计
实验步骤,提高学生根据实验数据归纳物理规律的能力。
三、情感态度与价值观
1.在实验探究的过程中,培养兴趣和求知欲,体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦;
2.养成实事求是、尊重自然规律的科学态度,知道采用科学方法解决问题,而不是乱猜、盲从。
【教学重点、难点】
重点:1.了解单摆的构成。
2. 单摆的周期公式。
3. 知道单摆的回复力的形成。
难点:1. 单摆振动的周期与什么有关。
2.单摆振动的回复力是由什么力提供的,单摆做简谐运动的条件。
【教学用具】
教师演示实验:多媒体投影仪、铁架台、沙子、单摆、秒表、米尺、磁铁
学生分组实验:游标卡尺,铁架台,铁夹,细线,秒表,米尺,磁铁,一组质量不同的带小
孔的金属小球
【教材分析和教学建议】
教学方法:
1.关于单摆的构成的教学——采用问题教学法.电教法和讲授法进行.
2. 关于单摆周期的教学——采用猜想、实验验证、分析推理、归纳总结的方法进行.
3. 关于单摆的振动.单摆做简谐振动的条件及单摆回复力的教学——采用分析归纳法、电化教学法、讲授法、推理法进行.
4.关于单摆在摆角很小时做简谐运动的证明——采用数学公式推导法进行.
教材分析:
1.课标要求:通过观察与分析,理解谐运动的特征,能用公式和图像描述
谐
运动的特征
2.本节主要定性研究单摆作简谐运动的周期和那些因素有关,最后给出定
量的公式。
首先,教师应当实际生活使用的各种各样的摆抽象出单摆,例如挂钟,秋千等通过对单摆的受力分析,使学生掌握单摆作谐运动的条件。
通过观察和猜想,估计单摆的振动周期和那些因素有关,并且通过设计实验验证自己的猜想。
主要分三步:⑴从实际的摆中抽象出单摆,⑵探究单摆运动周期,⑶研究单摆作谐运动的条件。
【教学过程】
一.创设情境,引入新课
在日常生活中,我们经常可以看到悬挂起来的物体在竖直平面内摆动,如摆钟、秋千,等等。
生活中的这些摆动都属于振动。
如果悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略,线长又比球的直径大得多,这样的装置叫单摆.
为什么对单摆有上述限制和要求呢?①线的伸缩和质量可以忽略,就使质量全部集中在摆球上. ②线长比球的直径大得多,就可把摆球当作一个质点,只有质量无大小,悬线的长度就是摆长。
这样,单摆就抽象成一种物理模型,便于我们研究它们振动的情况。
二、进行科学探究
1.提出问题
弹簧振子做简谐运动时具有固有周期,做简谐运动的单摆是否也有固有周期呢?
2.猜想或假设
弹簧振子做简谐运动的固有周期取决于振子本身的质量和弹簧的劲度系数,与振幅等外界条件无关。
即固有周期仅仅取决于弹簧振子的组成系统。
那么,做简谐运动的单摆的固有周期又取决于哪些因素呢?
引导学生可从单摆的结构思考:单摆振动的周期可能与振幅、摆球质量、摆长、当地的重力加速度及空气阻力有关,也可能与摆线的质地、小球的密度、体积有关……
3.设计实验(采用启发提问式,帮助学生设计实验)
研究的问题跟较多的因素有关时,我们可以用控制变量法。
研究单摆周期与其中某个量的关系时,也可以用控制变量法,那么实验如何操作呢?同学们能不能设计实验来验证你们的猜想吗?
教师引导:1、全班分为A,B,C,D四组,请各组设计实验方案。
2、交流方案设计,讨论实验注意事项,如摆长如何测量?怎样才算是一个周期?在哪个点开始计时,有利于减小误差?等,并分配任务。
4、进行实验
学生分组做对比实验
A组实验:只改变振幅,探究振幅与T的关系
①当摆长为1m时,使振幅A1=8 cm,测出单摆的周期T1.
②当摆长为1m时,使振幅A2=5cm,测出单摆的周期T1′.
③……
B组实验: 只改变质量,探究质量与T的关系
①当摆长为1m时,使摆球质量为m,测出单摆的周期T2.
②当摆长为1m时,用橡皮泥均匀地粘在摆球周围,测出单摆的周期T2′.
③……
C组实验: 只改变摆长,探究摆长与T的关系
①当摆长为1m时,使用一定的质量的摆球,测出单摆的周期T3.
②当摆长为0.8m时,使用和甲组质量相同的摆球,测出单摆的周期T3′.
③……
D组实验: 只改变引力(重力加速度),探究引力与T的关系
①单摆的摆球用铁球(质量为m);测出单摆的周期T4.
②在甲组单摆摆球的平衡位置下方放一块磁铁(相当于重力加速度增大)测出单摆的
周期T4′.
老师进一步强调实验注意事项:⒈单摆悬点要用夹子固定;实验时必须保证摆角要小;
并采用质量大、体积小的摆球,⒉不能让单摆做圆锥摆,必须在同一竖
直平面内摆动;⒊比较法要至少比较5至6次周期与其它物理量的
关系。
5.分析和论证,报告结论。
A组结论:周期T与振幅无关,图像为一直线
B组结论:周期T与质量无关,图像为一直线
C组结论:周期T与摆长有关,其关系可能是T∝l;T∝l2;T∝l
D组结论:周期T与引力(重力加速度)有关
学生分组实验结束后,用课件直观地、清晰地演示给学生看。
6.实验评估与交流
影响单摆振动周期的因素:
①单摆振动周期与振幅无关――等时性.
②单摆振动周期与摆球的质量无关.
③单摆振动周期与摆长有关,摆长越长、周期越大.
④单摆振动周期与重力加速度有关,重力加速度越大,周期越小.
荷兰物理学家惠更斯研究了单摆的振动现象,发现单摆的振动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,并且确定如下的单摆周期公式.
单摆周期公式:g l T π2=. 即单摆振动时具有如下规律:
a.单摆的振动周期与振幅的大小无关——单摆的等时性.
b.单摆的振动周期与摆球的质量无关.
c.单摆的振动周期与摆长的平方根成正比.
d.单摆的振动周期与重力加速度的平方根成反比.
知识拓展:
单摆的振动是否为简谐振动呢?判断这个问题应从受力入手。
见课本图11.4-3。
分析:单摆运动到任意一点P 受力情况:受重力mg 、线拉力F /,重力mg 有哪两个作用
效果?
(1)绳方向,拉紧绳;(2)沿切线方向,使球加速。
又问:(1)改变摆球速度方向的力是哪力呢?F /与G 1合力
(2)改变运动快慢力应当是什么力?
重力的分力G 2,单摆在摆动过程中回复力应是什么力?重力分力G 2
回复力G 2的大小为多少呢?答:F=mgsin α
从此式看来回复力与位移并不是正比关系,由此可见,单摆的振动不
是简谐运动,那么开头我们为何说单摆是简谐运动呢?
如果α角很小,我们会得到什么样结论呢?
角度
1 2 3 4 5 Sina
0.01745 0.0349 0.0532 0.0698 0.0872 A
0.01745 0.0349 0.0532 0.0699 0.0873
答:在偏角很小时,有sin α≈α,而α=x/l
α很小时,圆弧就能看作直线,OP 就是摆球偏离平衡位置的位移x 。
F=mgsin α=mg α=mgx/L
结论:由此可见,回复力F 的大小为mgx/L ,再加上回复力与位移方向关系有:回复力大小和摆球对平衡位置的位移大小成正比,力的方向总指向平衡位置,因此在偏角很小的情况下,单摆的振动是简谐运动。
三、作业:
完成本次实验的《探究报告》,并在报告写出对自己所选实验的探究过程进行评估,为下一节作的学习准备。