高中物理 第2章 研究圓周運(yùn)動(dòng) 2_4 研究離心現(xiàn)象及其應(yīng)用教師用書(shū) 滬科版必修2

2.4研究離心現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.了解離心現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件，知道人們對(duì)離心現(xiàn)象的應(yīng)用2了解人們?yōu)榉乐闺x心現(xiàn)象而采取的辦法及措施3通過(guò)實(shí)際生活中的應(yīng)用，體驗(yàn)理論指導(dǎo)實(shí)際的思想.離 心 現(xiàn) 象1定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，脫離圓周做離開(kāi)圓心的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象2本質(zhì)：離心運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是由于物體具有慣性物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)總有沿切線方向飛出的趨勢(shì)3條件：合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力1做離心運(yùn)動(dòng)的物體一定受到離心力的作用()2離心運(yùn)動(dòng)是沿半徑向外的運(yùn)動(dòng)()3離心運(yùn)動(dòng)是物體慣性的表現(xiàn)()雨天，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)自己的雨傘時(shí)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)雨滴沿著傘邊緣的切線飛出，如圖241你能說(shuō)出其中的原因嗎？圖241【提示】當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)雨傘時(shí)，雨滴隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，所需向心力不足，雨滴做離心運(yùn)動(dòng)，因水平方向不受力，由于慣性原因，雨滴沿著傘邊緣的切線飛出，飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)如圖242所示，鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會(huì)飛出汽車高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，若摩擦力不足，汽車會(huì)滑出路面請(qǐng)思考：圖242探討1：鏈球飛出、汽車滑出是因?yàn)槭艿搅穗x心力嗎？【提示】不是是因?yàn)橄蛐牧Σ蛔慊蛳接?：物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是什么？ 【提示】物體受的合外力消失或小于圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力1離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)：離心運(yùn)動(dòng)是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的一種物理現(xiàn)象，它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，總是有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沒(méi)有飛出去，是因?yàn)槭艿街赶驁A心的力2離心運(yùn)動(dòng)的條件：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力3離心運(yùn)動(dòng)、近心運(yùn)動(dòng)的判斷：物體做離心運(yùn)動(dòng)還是近心運(yùn)動(dòng)，由實(shí)際提供的向心力F與所需向心力(m或mr2)的大小關(guān)系決定(如圖243所示)圖243(1)若Fmr2(或m)即“提供”滿足“需要”，物體做圓周運(yùn)動(dòng)(2)若Fmr2(或m)，即“提供”大于“需要”，物體做半徑變小的近心運(yùn)動(dòng)(3)若Fmr2(或m)，即“提供”不足，物體做離心運(yùn)動(dòng)(4)若F0，物體做離心運(yùn)動(dòng)，并沿切線方向飛出1下列現(xiàn)象中，跟離心運(yùn)動(dòng)有關(guān)的是()A人沿直線跑步時(shí)突然跌倒B運(yùn)動(dòng)員將鏈球旋轉(zhuǎn)后拋出C圓柱上的細(xì)繩系一小球，小球繞圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)使細(xì)繩纏繞在圓柱上D運(yùn)動(dòng)員將鉛球拋出【解析】做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)外力突然消失或不足以提供物體所需要的向心力時(shí)，做離心運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)員將鏈球旋轉(zhuǎn)后拋出，鏈球做離心運(yùn)動(dòng)，故本題選B.【答案】B2如圖244所示，光滑的水平面上，小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若小球到達(dá)P點(diǎn)時(shí)F突然發(fā)生變化，下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法正確的是()圖244AF突然消失，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)BF突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)CF突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng)DF突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc逐漸靠近圓心【解析】F突然消失時(shí)，小球?qū)⒀卦摃r(shí)刻線速度方向，即沿軌跡Pa做離心運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；F突然變小時(shí)，小球?qū)?huì)沿軌跡Pb做離心運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B、D均錯(cuò)誤；F突然變大時(shí)，小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤【答案】A3(2016玉林高一檢測(cè))物體m用細(xì)繩通過(guò)光滑的水平板上的小孔與裝有細(xì)沙的漏斗M相連，并且正在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖245所示，如果緩慢減小M的質(zhì)量，則物體的軌道半徑r、角速度變化情況是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：02690024】圖245Ar不變，變小Br增大，減小Cr減小，增大 Dr減小，不變【解析】細(xì)繩拉力提供物體m做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力，當(dāng)緩慢減小M時(shí)，對(duì)m的拉力減小，拉力不足以提供向心力，物體m做離心運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)半徑r增大，由牛頓第二定律得MgTm2r，因?yàn)榧?xì)繩拉力T減小，半徑r增大，因此減小，選項(xiàng)B正確【答案】B離心運(yùn)動(dòng)的分析技巧1物體所受的合外力是否滿足物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，即“提供”是否滿足“需求”物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力越大，物體就越容易發(fā)生離心現(xiàn)象2離心現(xiàn)象是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合力減小或合力突然消失所致的現(xiàn)象，而不是離心力大于向心力的緣故3當(dāng)提供向心力的合力大于需要的向心力(F合>m2r)時(shí)，物體將做“近心運(yùn)動(dòng)”離 心 現(xiàn) 象 的 應(yīng) 用 與 防 止1應(yīng)用：制造水泥涵管、離心式水泵、離心真空泵、離心分離器、洗衣機(jī)甩干衣物等2危害及防止：車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)易出現(xiàn)交通事故，彎道處，要對(duì)車輛限速高速旋轉(zhuǎn)的砂輪或飛輪破裂，會(huì)因碎片飛出造成事故，所以要對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的物體限定轉(zhuǎn)速1洗衣機(jī)的脫水筒里利用了離心運(yùn)動(dòng)()2公路轉(zhuǎn)彎處路面外高內(nèi)低是利用了離心現(xiàn)象()3轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪要求限定轉(zhuǎn)速是為了防止離心現(xiàn)象造成事故()(1)路滑時(shí)，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)為什么要減速？(2)離心運(yùn)動(dòng)是離心力大于向心力嗎？(3)離心現(xiàn)象和近心現(xiàn)象中受力有何特點(diǎn)？【提示】(1)根據(jù)Fm，速度越大，需要的向心力越大，汽車越容易側(cè)滑，故路滑時(shí)汽車轉(zhuǎn)彎要減速(2)離心運(yùn)動(dòng)，是圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力大于外界提供的指向圓心的合外力(3)離心現(xiàn)象是F合<m，近心現(xiàn)象則是F合>m.如圖246所示，一群小朋友正在旋轉(zhuǎn)盤上玩耍探討1：在旋轉(zhuǎn)盤上，開(kāi)始時(shí)有的人離轉(zhuǎn)軸近一些，有的人離轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)一些當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤加速時(shí)，哪些人更容易滑出去，為什么？圖246【提示】在旋轉(zhuǎn)盤上，人與旋轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，人與轉(zhuǎn)盤間的靜摩擦力提供向心力，當(dāng)最大靜摩擦力不足以提供向心力時(shí)，人便開(kāi)始滑動(dòng)(近似認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)當(dāng)人開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，有mgmr2，即gr2，故可知r越大越容易滑動(dòng)，所以離轉(zhuǎn)軸越遠(yuǎn)的人越容易滑動(dòng)探討2：要防止離心現(xiàn)象發(fā)生，該采取哪些措施呢？【提示】(1)減小物體運(yùn)動(dòng)的速度，增加圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，使物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的向心力減小(2)增大合外力，使其達(dá)到物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的向心力1離心現(xiàn)象的防止(1)防止方法：減小物體運(yùn)動(dòng)的速度，使物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的向心力減小增大合外力，使其達(dá)到物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的向心力(2)常見(jiàn)實(shí)例：汽車、火車在彎道要限速，轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪、飛輪要限速2常見(jiàn)的兩種離心運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目實(shí)物圖原理圖現(xiàn)象及結(jié)論洗衣機(jī)脫水筒當(dāng)水滴受到物體的附著力F不足以提供向心力時(shí)，即F<m2r，水滴做離心運(yùn)動(dòng)汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎當(dāng)最大靜摩擦力不足以提供向心力時(shí)，即fmax<m，汽車做離心運(yùn)動(dòng)4(2016溫州高一檢測(cè))下列哪個(gè)現(xiàn)象利用了物體的離心運(yùn)動(dòng)()A車轉(zhuǎn)彎時(shí)要限制速度B轉(zhuǎn)速很高的砂輪半徑不能做得太大C在修筑鐵路時(shí)，轉(zhuǎn)彎處軌道的內(nèi)軌要低于外軌D離心水泵工作時(shí)【解析】車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)限速、修筑鐵路時(shí)彎道處內(nèi)軌低于外軌都是為了防止因?yàn)殡x心運(yùn)動(dòng)而發(fā)生側(cè)翻事故，轉(zhuǎn)速很高的砂輪半徑不能做得太大也是為了防止因離心運(yùn)動(dòng)而將砂輪轉(zhuǎn)壞離心水泵工作是運(yùn)用了水的離心運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選項(xiàng)D正確【答案】D5(2016石家莊高一檢測(cè))汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎，地面對(duì)車的摩擦力已達(dá)到最大值當(dāng)汽車的速率增大到原來(lái)的二倍時(shí)，若使車在地面轉(zhuǎn)彎時(shí)仍不打滑，汽車的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：02690025】A增大到原來(lái)的二倍B減小到原來(lái)的一半C增大到原來(lái)的四倍D減小到原來(lái)的四分之一【解析】汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎，向心力由靜摩擦力提供設(shè)汽車質(zhì)量為m，汽車與路面的動(dòng)摩擦因數(shù)為，汽車的轉(zhuǎn)彎半徑為r，則mgm，由此得rv2，速率增大到原來(lái)的二倍，故轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)增大到原來(lái)的四倍，C項(xiàng)正確【答案】C6洗衣機(jī)的脫水筒在工作時(shí)，有一衣物附著在豎直的筒壁上，則此時(shí)()A衣物受重力和摩擦力作用B衣物隨筒壁做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由摩擦力提供C筒壁的彈力隨筒的轉(zhuǎn)速的增大而增大D筒壁對(duì)衣物的摩擦力隨筒的轉(zhuǎn)速的增大而增大【解析】對(duì)衣物研究：豎直方向受重力和摩擦力的作用且fmg，摩擦力f不變，水平方向受彈力的作用，A、D錯(cuò)；衣物隨筒壁做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由彈力提供，由Nm2r可知當(dāng)角速度增大時(shí)，彈力N增大，B錯(cuò)，C對(duì)【答案】C離心現(xiàn)象的三點(diǎn)注意(1)在離心現(xiàn)象中并不存在離心力，是外力不足以提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力而引起的，是慣性的一種表現(xiàn)形式(2)做離心運(yùn)動(dòng)的物體，并不是沿半徑方向向外遠(yuǎn)離圓心(3)物體的質(zhì)量越大，速度越大(或角速度越大)，半徑越小時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力越大，物體就越容易發(fā)生離心現(xiàn)象