高中物理粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊 第二章 機械振動第三節(jié) 單擺習題 學習任務單

《高中物理粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊 第二章 機械振動第三節(jié) 單擺習題 學習任務單》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊 第二章 機械振動第三節(jié) 單擺習題 學習任務單（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、高中 物理 粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊 第二章 機械振動 第三節(jié) 單擺習題 學習任務單 課題 單擺習題課 年級 高二 知識點來源 高中 物理 粵教版（2019） 選擇性必修 第一冊 第二章 機械振動 第三節(jié) 單擺習題 學習目標 物理觀念：1.知道單擺振動時回復力的來源. 2.知道影響單擺周期的因素，掌握單擺的周期公式. 3.掌握用單擺測定重力加速度的原理和方法． 科學思維：1.理解單擺模型和單擺做簡諧運動的條件. 2.引導學生對擺球進行受力分析，將單擺納入簡諧運動模型． 科學探究： 會測量當?shù)氐闹亓铀俣龋? 學習重難點 1.理解單擺模型和

2、單擺做簡諧運動的條件，掌握用單擺測定重力加速度的原理和方法． 2.理解單擺周期公式并能用于計算． 【復習回顧】 一、單擺及單擺的回復力 1.(1)單擺的回復力就是單擺所受的合外力嗎？ (2)單擺經(jīng)過平衡位置時，回復力為零，合外力也為零嗎？ 2．單擺向心力來源：

3、 ． 3．單擺回復力來源： ． 4．回復力的大?。? ． 二、單擺的周期 1.單擺的周期公式為 (1)單擺的擺長l等于懸線的長度嗎？ (2

4、)將一個單擺移送到不同的星球表面時，周期會發(fā)生變化嗎？ 2．對周期公式的理解 三、實驗：用單擺測定重力加速度 1．實驗原理 ． 2．實驗器材

5、 ． 3．實驗步驟 ． 4．數(shù)據(jù)處理 (1)公式法： ． (2)圖象法： ． 5．注意事項

6、 ． 【典例1】(對單擺回復力的理解)(多選)一單擺做小角度擺動，其振動圖象如圖所示，以下說法正確的是(　　) A．t1時刻擺球速度為零，擺球的合外力為零 B．t2時刻擺球速度最大，懸線對它的拉力最小 C．t3時刻擺球速度為零，擺球的回復力最大 D．t4時刻擺球速度最大，懸線對它的拉力最大 【典例2】(單擺的周期公式)如圖所示，擺長為l的單擺放在傾角為θ的光滑固定斜面上，則擺球在斜面所在的平面內(nèi)做小擺角振動時的周期為(　　) 圖

7、9 A．T＝2π B．T＝2π C．T＝2π D．以上答案都不對 【典例3】(單擺的周期公式)(多選)圖為甲、乙兩單擺的振動圖象，則(　　) A．若甲、乙兩單擺在同一地點擺動，則甲、乙兩單擺的擺長之比l甲∶l乙＝2∶1 B．若甲、乙兩單擺在同一地點擺動，則甲、乙兩單擺的擺長之比l甲∶l乙＝4∶1 C．若甲、乙兩單擺擺長相同，且在不同的星球上擺動，則甲、乙兩單擺所在星球的重力加速度之比g甲∶g乙＝4∶1 D．若甲、乙兩單擺擺長相同，且在不同的星球上擺動，則甲、乙兩單擺所在星球的重力加速度之比g甲∶g乙＝1∶4 【典例4】(用單擺測定重力加速度)某同學在做“利用單擺測重力加速度

8、”的實驗中，先測得擺線長為97.50cm，擺球直徑為2.00cm，然后用秒表記錄了單擺全振動50次所用的時間，如圖所示，則： (1)該擺擺長為________cm，秒表所示讀數(shù)為________s. (2)如果測得的g值偏小，可能的原因是(　　) A．測擺線長時擺線拉得過緊 B．擺線上端懸點未固定，振動中出現(xiàn)松動，使擺線長度增加了 C．開始計時時，秒表過遲按下 D．實驗中誤將49次全振動記為50次 (3)為了提高實驗精度，在實驗中可改變幾次擺長l并測出相應的周期T，從而得出對應的l與T的數(shù)據(jù)，再以l為橫坐標，T2為縱坐標，將所得數(shù)據(jù)連成直線如圖12所示，并求得該直線的斜率

9、為k，則重力加速度g＝________(用k表示)． 【變式訓練1】如圖所示是處于同一地點的兩個單擺的振動圖象。 (1)甲、乙兩個擺的擺長之比是多少？ (2)以向右的方向作為擺球偏離平衡位置的位移的正方向，從t＝0起，乙第一次到達右方最大位移處時，甲振動到了什么位置？向什么方向運動？ 四、等效擺長和等效重力加速度 1．等效擺長問題 等效擺長為 。如圖甲、乙所示，忽略擺球直徑且擺球在垂直紙面的豎直平面內(nèi)做小角度的擺動，則其等效擺長分別為L甲＝ ，L乙＝ 。 2．等效重

10、力加速度問題 等效重力加速度為 。 【典例5】有人利用安裝在氣球載人艙內(nèi)的單擺來確定氣球的高度。已知該單擺在海平面處的周期是T，當氣球停在某一高度時，測得該單擺周期為T′，求該氣球此時離海平面的高度h。(把地球看做質(zhì)量均勻分布的半徑為R的球體) 【變式訓練2】一單擺在地面上的擺動周期與在某礦井底部的擺動周期的比值為k。設地球的半徑為R，假定地球的密度均勻，已知質(zhì)量均勻分布的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零，求礦井的深度d。 【總結(jié)感悟】 11.4《單擺

11、習題課》課后鞏固練習 1.(單擺的認識)(多選)單擺是為研究振動而抽象出的理想化模型，其理想化條件是(　　) A．擺線質(zhì)量不計 B．擺線不可伸縮 C．擺球的直徑比擺線長度短得多 D．只要是單擺的運動就是一種簡諧運動 2．(單擺的回復力)單擺振動的回復力是(　　) A．擺球所受的重力 B．擺球重力在垂直懸線方向上的分力 C．懸線對擺球的拉力 D．擺球所受重力和懸線對擺球拉力的合力 3．(單擺的簡諧運動)關于單擺，下列說法中正確的是(　　) A．擺球運動的回復力是它受到的合力 B．擺球在運動過程中經(jīng)過軌跡上的同一點，加速度是不變的 C．擺球在運動過程中加速度的方向始終指

12、向平衡位置 D．擺球經(jīng)過平衡位置時，加速度為零 4．(單擺的周期)發(fā)生下列哪一種情況時，單擺周期會增大(　　) A．增大擺球質(zhì)量 B．縮短擺長 C．減小單擺振幅 D．將單擺由山下移至山頂 5．(單擺周期的應用)如圖所示，光滑圓弧軌道的半徑為2 m，C點為圓心正下方的點，A、B兩點與C點的距離分別為6 cm與2 cm，a、b兩直徑相同的小球分別從A、B兩點由靜止同時釋放，則兩小球相碰的位置是(　　) A．C點 B．C點右側(cè) C．C點左側(cè) D．不能確定 6．(單擺的周期與運動)如圖所示的單擺，擺長為l＝40 cm，擺球在t＝0時刻從右側(cè)最高點釋放做簡諧運動，則當t＝

13、1s時，小球的運動情況是(g取10 m/s2)(　　) A．向右加速 B．向右減速 C．向左加速 D．向左減速 7．(單擺的周期)已知在地面上某一位置單擺a完成10次簡諧運動的全振動的時間，單擺b正好完成6次簡諧運動的全振動，兩單擺擺長之差為1.6 m，則兩單擺擺長La與Lb分別為(　　) A．La＝2.5 m，Lb＝0.9 m B．La＝0.9 m，Lb＝2.5 m C．La＝2.4 m，Lb＝4.0 m D．La＝4.0 m，Lb＝2.4 m 8．(綜合)圖甲是一個單擺振動的情形，O是它的平衡位置，B、C是擺球所能到達的最遠位置，設擺球向右運動為正方向，圖乙是這

14、個單擺的振動圖象，根據(jù)圖象回答： (1)單擺振動的頻率是多大？ (2)開始時刻擺球在何位置？ (3)若當?shù)氐闹亓铀俣葹?0 m/s2，試求這個單擺的擺長是多少？ 9.如圖所示為同一地點的兩單擺甲、乙的振動圖象，下列說法中正確的是(　　) A．甲、乙兩單擺的擺長相等 B．甲擺的振幅比乙擺大 C．甲擺的機械能比乙擺大 D．在t＝0.5 s時有正向最大加速度的是乙擺 10．(綜合)關于單擺的運動，下列說法正確的是(　　) ①單擺的回復力是擺線的拉力與重力的合力 ②單擺的回復力是重力沿擺球運動軌跡切向的分力 ③單擺的周期與擺球質(zhì)量無關，與振幅無關，與擺長和當?shù)氐闹?/p>

15、力加速度有關 ④單擺的運動是簡諧運動 ⑤在山腳下走時準確的擺鐘移到高山上走時將變快 A．③④ B．②③ C．③④⑤ D．①④⑤ 11. (綜合)(多選)如圖所示，在同一地點用質(zhì)量分別為m和2m的小球做成擺長相等的兩個擺，開始時將它們拉開平衡位置的擺角分別為θ1和θ2，且θ1＜θ2＜5°，放手后兩單擺在擺動的過程中(　　) A．周期相等 B．周期不相等 C．通過最低點時細線的拉力相同 D．通過最低點時細線的拉力不同 12．(單擺的圖象分析)(多選)如圖所示為同一地點的兩單擺甲、乙的振動圖象，下列說法中正確的是(　　) A．甲、乙兩單擺的擺長相等 B．甲單擺

16、的振幅比乙的大 C．甲單擺的機械能比乙的大 D．在t＝0.5 s時有正向最大加速度的是乙單擺 13．(單擺的周期)(多選)有一擺長為L的單擺，懸點正下方某處有一小釘，當擺球經(jīng)過平衡位置時，擺線上部被小釘擋住，使擺長發(fā)生變化?，F(xiàn)使擺球做小幅度擺動，擺球從一邊最高點擺到另一端最高點過程的閃光照片如圖所示(懸點和小釘未被攝入)，P點為擺動的最低點，已知每相鄰兩次閃光的時間間隔相等，由此可知(　　) A．P點左方為擺線碰到釘子后的擺動 B．P點右方為擺線碰到釘子后的擺動 C．小釘與懸點的距離為 D．每相鄰兩次閃光的時間間隔為 14．(綜合)如圖所示，單擺甲放在空氣中，周期為T甲，

17、單擺乙?guī)д?，放在勻強磁場中，周期為T乙，單擺丙帶正電，放在勻強電場中，周期為T丙，單擺丁放在靜止的光滑斜面上，周期為T丁。已知以上四個單擺所在位置重力加速度大小相等，且擺長相等，那么(　　) A．T甲>T乙>T丙>T丁 B．T乙>T甲＝T丙>T丁 C．T丙>T甲>T丁>T乙 D．T丁>T甲＝T乙>T丙 參考答案 1.答案　ABC 解析　單擺由擺線和擺球組成，擺線只計長度不計質(zhì)量，擺球只計質(zhì)量不計大小，且擺線不可伸縮。但把單擺的運動作為簡諧運動來處理是有條件的，只有在擺角很小(θ≤5°)的情況下才能視單擺的運動為簡諧運動。故A、B、C正確，D錯誤。 2.答案　B 解析　單

18、擺振動的回復力是擺球重力沿圓弧切線方向的分力，即擺球重力在垂直懸線方向上的分力，B正確。 3.答案　B 解析　擺球的回復力為重力沿其運動軌跡切線方向的分力，A錯誤；擺球經(jīng)過平衡位置即最低點時，回復力為0，但合力提供向心力，不為0，故此時加速度不為0，D錯誤；回復力的方向指向平衡位置，但合力的方向并不始終指向平衡位置，故擺球在運動過程中的加速度方向也并不始終指向平衡位置，C錯誤；由簡諧運動特點可知B正確。 4.答案　D 解析　由單擺的周期公式T＝2π 知，T與單擺的擺球質(zhì)量、振幅無關，縮短擺長，l變小，T變小，A、B、C錯誤；單擺由山下移到山頂，g變小，T變大，D正確。 5.答案　A

19、 解析　由于軌道半徑遠大于A、B兩點與C點的距離，故兩小球都可看做在做簡諧運動，類似于單擺。因此周期只與“擺長”即軌道半徑和當?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P，與運動的弧長即振幅無關，可知兩小球周期相同，故兩小球同時到達C點，即在C點相碰，A正確。 6.答案　B 解析　單擺的周期T＝2π＝2π s＝0.4π s≈1.256 s，t＝1 s時，T

20、周期，根據(jù)題設可知a、b兩單擺的周期之比為：＝，由單擺的周期公式T＝2π 得：＝，根據(jù)題設可知Lb－La＝1.6 m，聯(lián)立解得La＝0.9 m，Lb＝2.5 m。故B正確。 8.答案　(1)1.25 Hz　(2)B點　(3)0.16 m 解析　(1)由圖乙知周期T＝0.8 s， 則頻率f＝＝1.25 Hz。 (2)由圖乙知，t＝0時刻擺球在負向最大位移處，因向右為正方向，所以開始時刻擺球在B點。 (3)由T＝2π ，得l＝≈0.16 m。 9.答案 ABD 解析：由圖看出，兩單擺的周期相同，同一地點g相同，由單擺的周期公式T＝2π得知，甲、乙兩單擺的擺長L相等，故A正確；甲擺

21、的振幅為10 cm，乙擺的振幅為7 cm，則甲擺的振幅比乙擺大，故B正確；盡管甲擺的振幅比乙擺大，兩擺的擺長相等，但由于兩擺的質(zhì)量未知，無法比較機械能的大小，故C錯誤；在t＝0.5 s時，甲擺經(jīng)過平衡位置，振動的加速度為零，而乙擺的位移為負向最大值，則乙擺具有正向最大加速度，故D正確。 10.答案　B 解析　單擺的回復力是重力沿擺球運動軌跡切向的分力，千萬不要誤認為是擺球所受的合外力，所以說法①錯誤，說法②正確；根據(jù)單擺的周期公式T＝2π可知，單擺的周期與擺球質(zhì)量無關，與振幅無關，與擺長和當?shù)氐闹亓铀俣扔嘘P，說法③正確；只有在擺角很小(θ≤5°)的情況下才能視單擺的運動為簡諧運動，說法④

22、錯誤；將擺鐘從山腳移到高山上時，擺鐘所在位置的重力加速度g變小，根據(jù)T＝2π 可知，擺鐘振動的周期變大，計時變慢，說法⑤錯誤。綜上可知，只有說法②③正確，故選B。 11.答案　AD 解析　由周期公式T＝2π可知A正確，B錯誤。設經(jīng)過最低點時的速度分別為v1、v2，細線拉力分別為F1、F2，擺長均為L，因為θ1＜θ2，由機械能守恒得v1＜v2；由牛頓第二定律得F1－mg＝，F(xiàn)2－2mg＝，所以F1＜F2，故C錯誤，D正確。 12.答案　ABD 解析　從題圖可看出甲單擺比乙單擺振幅大，B正確；由題圖可看出兩單擺周期相等，由T＝2π可知兩單擺擺長相等，A正確；因兩單擺上物體的質(zhì)量大小關系不

23、明確，故無法比較機械能的大小，C錯誤；t＝0.5 s時，甲單擺在平衡位置處，振動的加速度為零，乙單擺在負的最大位移處，有正向最大加速度，D正確。 13.答案　AD 解析　假設相鄰兩次閃光的時間間隔為t，在P點左方運動時的擺長設為L1，在P點右方運動時的擺長設為L2，則 ＝2t， ＝4t，所以L2＝4L1＝L，小釘與懸點的距離為L2－L1＝L，t＝ 。故A、D正確，B、C錯誤。 14.答案　D 解析　甲為普通單擺，T甲＝2π 。根據(jù)等效重力加速度的求法，可知：對乙，洛倫茲力不提供回復力，則T乙＝2π ；對丙有：F丙＝mg＋Eq＝mg′，則T丙＝2π ＝2π；對丁有：F?。絤gsinα＝mg″，則T?。?π＝2π 。由此可知T丁>T甲＝T乙>T丙，D正確。 10 / 10