2017-2018学年人教版选修3-4 第十一章 4单摆 学案
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  3.如何探究单摆振动的周期跟振幅的关系

  同样摆长的单摆,让它们的振动幅度不同,测量其摆动的周期即可。

  4.在周期的测量中,采取什么方法可使误差更小些

  测量30次或40次、50次的总时间,然后求出平均周期即可。

  三、如何理解单摆的周期公式

  1.等效摆长:摆长是指摆动圆弧的圆心到摆球重心的距离,而不一定是摆线的长。如图,摆球可视为质点,各段绳长均为l,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OO′=,则各摆的周期为

  甲:等效摆长l甲=lsin α,T甲=2π。

  乙:等效摆长l乙=lsin α+l,T乙=2π。

  丙:摆线摆到竖直位置时,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(l-),即为l,则单摆丙的周期为T丙=π+π。

  

  2.等效重力加速度g,g不一定等于9.8 m/s2

  g由单摆所在的空间位置决定。由g=G知,g随所在地球表面的位置和高度的变化而变化,高度越高,g的值就越小。另外,在不同星球上g也不同。

  同一单摆,在不同的地理位置上,由于重力加速度不同,其周期也不同。

  同一单摆,在不同的星球上,其周期也不相同。例如单摆放在月球上时,由于g月<g地,所以同一单摆在月球上的周期比在地球上的周期大,但是水平弹簧振子不会受g变化的影响而改变周期。

  g还由单摆系统的运动状态决定,如单摆处在向上加速的升降机中,设加速度为a,则摆球处于超重状态,沿圆弧的切向分力变大,则重力加速度的等效值g′=g+a,若升降机加速下降,则重力加速度的等效值g′=g-a。单摆若在轨道上运行的卫星内,摆球完全失重,回复力为零,等效值g′=0,摆球不摆动了,周期无穷大。若摆球在摆动过程中突然完全失重,则摆球将以那时的速率相对悬点做匀速圆周运动。

一般情况下,g′的值等于摆球相对于加速系统静止在平衡位置时,摆球所受的张力