2024-2025學(xué)年高中物理第2章圓周運動第3節(jié)離心現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)案含解析粵教版必修2

PAGE6-第三節(jié)離心現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.知道什么是離心現(xiàn)象．2．理解物體做離心運動的條件．(重點)3．會用所學(xué)學(xué)問解決生產(chǎn)、生活中的離心運動問題．(重點、難點)4．知道離心運動在實際中的應(yīng)用、危害與防止.一、離心現(xiàn)象及應(yīng)用1．離心現(xiàn)象的概念做圓周運動的物體，在所受合力突然消逝或不足以供應(yīng)圓周運動所須要的向心力的狀況下，就會做漸漸遠(yuǎn)離圓心的運動，這種現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象．2．離心現(xiàn)象的條件做圓周運動的物體所受外力供應(yīng)的向心力小于它做圓周運動所須要的向心力或向心力突然消逝，物體做離心運動．3．離心現(xiàn)象的應(yīng)用利用離心現(xiàn)象工作的機(jī)械叫做離心機(jī)械．離心干燥器、洗衣機(jī)脫水筒都是這樣的機(jī)械．4．離心干燥器的原理將濕物體放在離心干燥器的金屬網(wǎng)籠里，當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得較快時，水滴的附著力不足以供應(yīng)所需的向心力，水滴就做離心運動，穿過網(wǎng)孔，飛離物體，因而使物體甩去多余的水分．5．離心分別器使試管內(nèi)的渾濁液體隨試管快速轉(zhuǎn)動，其內(nèi)所含的不溶于液體的固體微?？焖俪恋硐聛恚鐖D所示．二、離心運動的危害及防止1．離心運動的危害(1)由于離心現(xiàn)象，車輛轉(zhuǎn)彎時易出現(xiàn)交通事故，因此在彎道處，都要對車輛進(jìn)行限速．(2)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪或飛輪裂開，會因碎片飛出造成事故，所以對轉(zhuǎn)動的物體要限定轉(zhuǎn)速．(3)飛機(jī)攀高或翻飛旋轉(zhuǎn)時，離心運動造成飛行員過荷．(4)汽車在轉(zhuǎn)彎(尤其在下雨天)時沖出車道而發(fā)生事故．2．離心運動的防止(1)減小物體運動的速度，使物體做圓周運動時所需的向心力削減．(2)增大合外力，使其達(dá)到物體做圓周運動時所需的向心力．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)做離心運動的物體肯定受到離心力的作用． ()(2)離心運動的軌跡可能是直線也可能是曲線． ()(3)離心運動是物體慣性的體現(xiàn)． ()(4)物體突然受到離心力的作用，將做離心運動． ()(5)做勻速圓周運動的物體，當(dāng)供應(yīng)向心力的合外力突然變大時將做離心運動． ()(6)做勻速圓周運動的物體，當(dāng)供應(yīng)向心力的合力突然消逝或變小時將做離心運動． ()【提示】(1)×離心力不是實際的力．(2)√(3)√(4)×物體所受的外力小于做圓周運動所需的向心力或外力突然消逝，物體將做離心運動．(5)×當(dāng)供應(yīng)向心力的合外力突然變大，物體將做近心運動．(6)√2．如圖所示，光滑的水平面上，小球在拉力F作用下做勻速圓周運動，若小球到達(dá)P點時F突然發(fā)生改變，下列關(guān)于小球運動的說法正確的是()A．F突然消逝，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運動B．F突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運動C．F突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動D．F突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc漸漸靠近圓心A[F突然消逝時，小球?qū)⒀卦摃r刻線速度方向，即沿軌跡Pa做離心運動，選項A正確；F突然變小時，小球?qū)剀壽EPb做離心運動，選項B、D均錯誤；F突然變大時，小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運動，選項C錯誤．]3．下列哪個現(xiàn)象利用了物體的離心運動()A．車轉(zhuǎn)彎時要限制速度B．轉(zhuǎn)速很高的砂輪半徑不能做得太大C．在修筑鐵路時，轉(zhuǎn)彎處軌道的內(nèi)軌要低于外軌D．離心水泵工作時D[車輛轉(zhuǎn)彎時限速、修筑鐵路時彎道處內(nèi)軌低于外軌都是為了防止因為離心運動而發(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動而將砂輪轉(zhuǎn)壞．離心水泵工作是運用了水的離心運動規(guī)律，選項D正確．]離心現(xiàn)象的理解1.離心運動的實質(zhì)：離心運動是物體漸漸遠(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)．做圓周運動的物體，總是有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沒有飛出去，是因為受到指向圓心的力．2．離心運動的受力特點物體做離心運動并非受到“離心力”的作用，而是外力不足以供應(yīng)向心力的結(jié)果，“離心力”不存在．3．合外力與向心力的關(guān)系(如圖)(1)若F合＝mrω2或F合＝eq\f(mv2,r)，物體做勻速圓周運動，即“供應(yīng)”滿意“須要”．(2)若F合>mrω2或F合>eq\f(mv2,r)，物體做半徑變小的近心運動，即“供應(yīng)過度”，也就是“供應(yīng)”大于“須要”．【例1】如圖所示是摩托車競賽轉(zhuǎn)彎時的情形，轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低，摩托車轉(zhuǎn)彎有一個最大平安速度，若超過此速度，摩托車將發(fā)生滑動．關(guān)于摩托車滑動的問題，下列論述正確的是()A．摩托車始終受到沿半徑方向向外的離心力作用B．摩托車所受外力的合力小于所需的向心力C．摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑去D．摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去思路點撥：①由離心運動的條件分析．②摩托車將做離心曲線運動．B[摩托車只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒有離心力，A項錯誤；摩托車正常轉(zhuǎn)彎時可看作勻速圓周運動，所受的合力等于向心力，假如向外滑動，說明供應(yīng)的合力小于須要的向心力，B項正確；摩托車將在沿線速度方向與半徑向外的方向之間做離心曲線運動，C、D項錯誤．]合力與向心力的關(guān)系對圓周運動的影響若F合＝mω2r，物體做勻速圓周運動．若F合<mω2r，物體做離心運動．若F合＝0時，物體沿切線飛出．若F合>mω2r，物體做近心運動．1．用繩子拴一個小球在光滑的水平面上做勻速圓周運動，當(dāng)繩子突然斷了以后，小球的運動狀況是()A．沿半徑方向接近圓心B．沿半徑方向遠(yuǎn)離圓心C．沿切線方向做直線運動D．仍維持圓周運動C[當(dāng)繩子斷了以后，向心力消逝，小球做離心運動，由于慣性，小球沿切線方向做直線運動，選項A、B、D錯誤，選項C正確．]離心現(xiàn)象的應(yīng)用與防止1.離心現(xiàn)象的防止(1)防止方法①減小物體運動的速度，使物體做圓周運動時所需的向心力減?。谠龃蠛贤饬Γ蛊溥_(dá)到物體做圓周運動時所需的向心力．(2)常見實例汽車、火車在彎道要限速，轉(zhuǎn)動砂輪、飛輪要限速．2．常見的兩種離心運動項目實物圖原理圖現(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不足以供應(yīng)向心力時，即F<mω2r，水滴做離心運動汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎當(dāng)最大靜摩擦力不足以供應(yīng)向心力時，即fmax<meq\f(v2,r)，汽車做離心運動【例2】某游樂場里的賽車場地為圓形，半徑為100m，一賽車與車手的總質(zhì)量為100kg，輪胎與地面間的最大靜摩擦力為600N．(g取10m/s2)(1)若賽車的速度達(dá)到72km/h，這輛車在運動過程中會不會發(fā)生側(cè)滑？(2)若將場地建成外高內(nèi)低的圓形，且傾角為30°，賽車的速度為多大時，車手感覺不到自己有相對車的側(cè)向的運動趨勢？思路點撥：①推斷所需的向心力與最大靜摩擦力的關(guān)系．②重力與支持力的合力供應(yīng)向心力．[解析](1)賽車在場地上做圓周運動的向心力由靜摩擦力供應(yīng)．賽車做圓周運動所需的向心力為F＝meq\f(v2,r)＝400N<600N，所以賽車在運動過程中不會發(fā)生側(cè)滑．(2)由題意得車手不受座椅側(cè)向的摩擦力，于是車手只受支持力和重力，由牛頓其次定律知mgtanθ＝meq\f(v2,r)，解得v＝eq\r(grtanθ)≈24m/s[答案](1)不會發(fā)生側(cè)滑(2)24m/s離心運動問題的分析思路1．對物體進(jìn)行受力分析，確定供應(yīng)應(yīng)物體向心力的合力F合．2．依據(jù)物體的運動，計算物體做圓周運動所需的向心力F＝mω2r＝meq\f(v2,r).3．比較F合與F的關(guān)系，確定物體運動的狀況．2．汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎，地面對車的摩擦力已達(dá)到最大值．當(dāng)汽車的速率增大到原來的二倍時，若使車在地面轉(zhuǎn)彎時仍不打滑，汽車的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)()A．增大到原來的二倍 B．減小到原來的一半C．增大到原來的四倍 D．減小到原來的四分之一C[汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎，向心力由靜摩擦力供應(yīng)．設(shè)汽車質(zhì)量為m，汽車與路面的動摩擦因數(shù)為μ，汽車的轉(zhuǎn)彎半徑為r，則μmg＝meq\f(v2,r)，由此得r∝v2，速率增大到原來的二倍，故轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)增大到原來的四倍，C項正確．]1．(多選)下述現(xiàn)象中屬于離心現(xiàn)象的是()A．洗衣機(jī)把濕衣服甩干B．剎車時，乘客前傾C．用手把體溫計中的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)D．鉛球運動員將鉛球拋出AC[脫水桶高速轉(zhuǎn)動時，須要的向心力的大小大于水和衣服之間的附著力，水做離心運動從衣服上被甩掉，屬于離心現(xiàn)象，A正確；剎車時，乘客都向前傾倒，這是由于慣性的作用，不是離心現(xiàn)象，B錯誤；用手甩溫度計時水銀柱受到的力小于圓周運動所需的向心力，做離心運動而甩回玻璃泡里，C正確；鉛球運動員將鉛球拋出后鉛球做斜拋運動，不是離心現(xiàn)象，D錯誤．]2．市內(nèi)公共汽車在到達(dá)路口轉(zhuǎn)彎前，車內(nèi)廣播中就要播放錄音：“乘客們請留意，前面車輛轉(zhuǎn)彎，請拉好扶手”這樣可以()A．提示包括坐著和站著的全體乘客均拉好扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向前傾倒B．提示包括坐著和站著的全體乘客均拉好扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向后傾倒C．主要是提示站著的乘客拉好扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向轉(zhuǎn)彎的外側(cè)傾倒D．主要是提示站著的乘客拉好扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向轉(zhuǎn)彎的內(nèi)側(cè)傾倒C[汽車轉(zhuǎn)彎時，車內(nèi)乘客隨車做圓周運動，須要向心力，不拉好扶手，站著的乘客可能無法供應(yīng)足夠的向心力而做離心運動，向外側(cè)傾倒．]3．如圖所示，當(dāng)外界供應(yīng)的向心力F＝mrω2時，小球恰好在Ⅲ軌道上做勻速圓周運動．下列關(guān)于小球運動的說法中正確的是()A．當(dāng)外界供應(yīng)的向心力突然消