4.4《離心運(yùn)動(dòng)》(魯科)

1、第4節(jié)離心運(yùn)動(dòng) 教材分析 教材首先分析了離心現(xiàn)象發(fā)生的條件和離心運(yùn)動(dòng)的定義，接著從生產(chǎn)、生活的實(shí)際問題中說明離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和危害，充分體現(xiàn)了學(xué)以致用的思想 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在合外力突然消失或者合外力不足以提供所需的向心力時(shí)，將做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，此種運(yùn)動(dòng)叫“離心運(yùn)動(dòng)”。在半徑不變時(shí)物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是與角速度的平方(或線速度的平方)成正比的若物體的角速度增加了，而向心力沒有相應(yīng)地增大，物體到圓心的距離就不能維持不變，而要逐漸增大使物體沿螺線遠(yuǎn)離圓心若物體所受的向心力突然消失，則將沿著切線方向遠(yuǎn)離圓心而去人們利用離心運(yùn)動(dòng)原理制成的機(jī)械，稱為離心機(jī)械例如離心分液器、離心加速器、離心

2、式水泵、離心球磨機(jī)等都是利用離心運(yùn)動(dòng)的原理當(dāng)然離心運(yùn)動(dòng)也是有害的，應(yīng)設(shè)法防止。例如砂輪的轉(zhuǎn)速若超過規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速，砂輪的各部分將因離心運(yùn)動(dòng)而破碎又如火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，若速度太大會(huì)因傾斜的路面和鐵軌提供給它的向心力不足以維持它做圓周運(yùn)動(dòng)，就會(huì)因離心運(yùn)動(dòng)而造成出軌事故 學(xué)習(xí)離心運(yùn)動(dòng)的概念時(shí)通過充分討論讓學(xué)生明確幾點(diǎn)： 第一，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一旦失去向心力或向心力不足，都不能再滿足把物體約束在原來的圓周上運(yùn)動(dòng)的條件這時(shí)會(huì)出現(xiàn)物體遠(yuǎn)離圓心而去的現(xiàn)象 第二，可補(bǔ)充加上提供的向心力F大于物體所需的向心力mr2時(shí)，F(xiàn) mr2，表現(xiàn)為向心的趨勢(shì)(離圓心越來越近)這對(duì)學(xué)生全面理解“外力必須等于mr2時(shí)；物體才可做勻速

3、圓周運(yùn)動(dòng)”有好處 第三，離心運(yùn)動(dòng)是物體具有慣性的表現(xiàn)而不是物體受到“離心力”作用的結(jié)果有些學(xué)生可能提出，“離心力”的問題教師可以說明那是在另一參考系(非慣性系)中引入的概念，在中學(xué)階段不予研究 關(guān)于離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止可引導(dǎo)同學(xué)討論完成 教學(xué)重點(diǎn) ：物體做離心運(yùn)動(dòng)所滿足的條件 教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解及其實(shí)例分析 教具準(zhǔn)備：離心轉(zhuǎn)臺(tái)、離心干燥器等各類演示設(shè)備 課時(shí)安排：l課時(shí)三維目標(biāo) 一、知識(shí)與技能 1知道什么是離心運(yùn)動(dòng)； 2知道物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件； 3了解離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止 二、過程與方法 、 1通過對(duì)離心現(xiàn)象的實(shí)例分析，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力； 2培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決

4、實(shí)際問題的能力 三、情感態(tài)度與價(jià)值觀 1通過離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止的實(shí)例分析，使學(xué)生明白事物都是一分為二的，要學(xué)會(huì)用一分為二的觀點(diǎn)來看待問題；2培養(yǎng)學(xué)生用理論解釋實(shí)際問題的能力與習(xí)慣教學(xué)過程導(dǎo)入新課 我們小時(shí)候大都喜歡吃棉花糖，而且當(dāng)時(shí)一定非常奇怪為什么一顆一顆的白砂糖，經(jīng)過機(jī)器一轉(zhuǎn)，就變成又松又軟的“棉花”不斷向外“飛出”?做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體。它所受的合外力恰好提供了它所需要的向心力，如果提供它的外力消失或不足，物體將怎樣運(yùn)動(dòng)呢?本節(jié)課專門研究這一問題推進(jìn)新課一、 離心運(yùn)動(dòng)學(xué)生閱讀教材，認(rèn)識(shí)離心運(yùn)動(dòng)1離心現(xiàn)象 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向，它之所以沒有飛去

5、是因?yàn)橄蛐牧Τ掷m(xù)地把物體拉到圓周上來，使物體同圓心的距離保持不變一旦向心力突然消失，物體就沿切線方向飛去，離圓心越來越遠(yuǎn)如用細(xì)繩拉著在光滑水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的小球，如果細(xì)繩突然斷了，小球就沿切線方向飛去；用旋轉(zhuǎn)的砂輪磨制刀具時(shí)，原來做勻速圓周的砂輪微粒，磨落后將沿切線飛去多媒體課件展示旋轉(zhuǎn)的砂輪磨制刀具 除了向心力突然消失外，在合外力F不足以提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí)，物體將偏離原來運(yùn)動(dòng)的圓軌道當(dāng)F mr2時(shí)，物體將沿切線和圓周之間的某條曲線運(yùn)動(dòng)，離圓心越來越遠(yuǎn)，如圖所示，如在旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)上滴幾滴墨水，平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)較慢時(shí)，墨水能隨轉(zhuǎn)臺(tái)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)平臺(tái)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，墨水滴將做逐漸遠(yuǎn)離

6、圓心的運(yùn)動(dòng) 2離心運(yùn)動(dòng) 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng) (1)離心運(yùn)動(dòng)的條件： 當(dāng)產(chǎn)生向心力的合外力突然消失，物體便沿所在位置的切線方向飛出 當(dāng)產(chǎn)生向心力的合外力不完全消失，而只是小于所需要的向心力時(shí)，物體將沿切線和圓周之間的一條曲線運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離圓心而去 (2)離心現(xiàn)象的本質(zhì)物體慣性的表現(xiàn) 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身有慣性，總是想沿著切線方向運(yùn)動(dòng)。只是由于向心力作用，使它不能沿切線方向飛出，而被限制著沿圓周運(yùn)動(dòng)如果提供向心力的合外力突然消失，物體由于本身的慣性，將沿著切線方向運(yùn)動(dòng)，這也是牛頓第

7、一定律的必然結(jié)果如果提供向心力的合外力減小，使它不足以將物體限制在圓周上，物體將做半徑變大的圓周運(yùn)動(dòng)此時(shí)，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心，但“遠(yuǎn)離”不能理解為“背離”做離心運(yùn)動(dòng)的物體并非沿半徑方向飛出，而是運(yùn)動(dòng)半徑越來越大 二、離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止 1離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用 離心干燥器 演示：把一塊濕布放在離心干燥器的金屬網(wǎng)籠里，網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時(shí)，水滴跟物體的附著力F足以提供所需的向心力，使水滴做圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時(shí)，附著力F不足以提供所需的向心力，水滴就做離心運(yùn)動(dòng)，穿過網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面離心沉淀器 試管里的懸濁液沉淀較慢，為了加速沉淀，也可把試管裝入離心機(jī)，利用離心運(yùn)動(dòng)的原理使其中的不溶微粒加速沉淀小朋友都

8、愛吃的“棉花糖”，它的制作方法也應(yīng)用了離心運(yùn)動(dòng)的原理 洗衣機(jī)的脫水筒 用離心機(jī)把體溫計(jì)的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi) 體溫計(jì)盛水銀的玻璃泡上方有一段非常細(xì)的縮口，測(cè)定體溫后，升到縮口上方的水銀柱因受縮口的阻力不能自動(dòng)縮回玻璃泡內(nèi)，在醫(yī)院里將許多用過的體溫計(jì)裝入水袋內(nèi)放在離心機(jī)上，轉(zhuǎn)動(dòng)離心機(jī)，可把水銀柱甩回到玻璃泡內(nèi)當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得比較慢時(shí)，縮口的阻力 F足以提供所需的向心力，縮口上方的水銀柱做圓周運(yùn)動(dòng)；當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得很快時(shí)，阻力F不足以挺供所需的向心力，水銀柱做離心運(yùn)動(dòng)而回到玻璃泡內(nèi)在日常生活中我們通常是用手將體溫計(jì)中的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)的 2離心運(yùn)動(dòng)的防止 車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)要限速 在水平路面上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時(shí)所

9、需的向心力來源于靜摩擦力。如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大，所需的向心力F大于最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故因此，在轉(zhuǎn)彎處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速率 轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪和飛輪要限速 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪和飛輪等，都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速過高，砂輪和飛輪內(nèi)部分子間的相互作用力不足以提供所需的向心力時(shí)，離心運(yùn)動(dòng)會(huì)使它們破裂，甚至釀成事故。 離心現(xiàn)象有時(shí)會(huì)造成危害，需要防止例如汽車、火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)若速度超過允許范圍，就會(huì)因離心現(xiàn)象而造成嚴(yán)重交通事故高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪，若轉(zhuǎn)速過大，使構(gòu)成砂輪的砂粒間的作用力不足以提供其所需的向心力，就會(huì)引起砂輪某些組成部分的離心現(xiàn)象而造成事故。 【知識(shí)拓展】 在日常

10、生活中，有不少人用“離心力來解釋離心現(xiàn)象其實(shí)，“離心力”這個(gè)概念不夠嚴(yán)密物體發(fā)生離心現(xiàn)象并不是因?yàn)橛惺裁础半x心力”作用在物體上，而是因?yàn)橄蛐牧p小或消失此外，向心力本身也是一個(gè)以效果來命名的力，它可以是一個(gè)作用力，也可以是幾個(gè)作用力的合力，也可以是合力在半徑方向的分力在一般情況下，也不能認(rèn)為向心力和離心力是一對(duì)作用力和反作用力 1飛機(jī)俯沖拉起時(shí)，飛行員處于超重狀態(tài)，即飛行員對(duì)座位的壓力大于他所受的重力，這種現(xiàn)象也叫過荷過荷會(huì)造成飛行員大腦缺血，四肢沉重過荷過大時(shí)，飛行員還會(huì)暫時(shí)失明，甚至?xí)炟曙w行員可以通過加強(qiáng)訓(xùn)練來提高自己的抗荷能力如圖所示是訓(xùn)練飛行員用的一種離心試驗(yàn)器當(dāng)試驗(yàn)器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被訓(xùn)練人

11、員根據(jù)測(cè)試要求，在試驗(yàn)艙內(nèi)可取坐、臥等不同姿勢(shì)，以測(cè)試離心作用對(duì)飛行員產(chǎn)生的影響離心試驗(yàn)器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被測(cè)驗(yàn)者做勻速圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)觀察到圖中的直線AB(即垂直于座位的直線)與水平桿成300角被測(cè)驗(yàn)者對(duì)座位的壓力是他所受重力的多少倍? 2有一種大型游戲器械，它是一個(gè)圓筒形的大容器，游客進(jìn)入容器后靠筒壁坐著(見圖)當(dāng)圓筒開始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速逐漸增大時(shí)，游客會(huì)感到自己被緊緊地壓在筒壁上不能動(dòng)彈當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到一定程度時(shí)，突然地板與座椅一起向下坍落，游客們大吃一驚，但他們都驚奇地發(fā)現(xiàn)自己是安全的請(qǐng)回答這時(shí)人們做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由什么力提供的? 人們自身所受重力又是被什么力所平衡的? 三、鞏固練習(xí) 1物體做離心運(yùn)動(dòng)

12、時(shí),運(yùn)動(dòng)軌跡( ) A一定是直線 B一定是曲線 C可能是直線，也可能是曲線 D可能是圓 2物體m用線通過光滑的水平板上的小孔與砝碼M相連，并且正在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示如果減小M的質(zhì)量，則物體的軌道半徑r，角速度線速度v的大小變化情況是( ) Ar不變，v變小，變小 Br增大，減小，v不變 Cr減小，v不變，增大 Dr減小，不變，v變小 3如果汽車的質(zhì)量為m，水平彎道是一個(gè)半徑為50 m的圓弧，汽車與地面間的最大靜摩擦力為車重的O2倍，欲使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不打滑，汽車在彎道處行駛的最大速度是多少?(g取10 ms2) 4圖中所示是用來研究圓周運(yùn)動(dòng)的儀器，球A、B可以在光滑桿上無摩擦地滑動(dòng)，兩球之間

13、用一細(xì)輕線連接，mA=2mB當(dāng)儀器以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，兩球與轉(zhuǎn)軸距離rA、rB保持不變，則( ) A兩球向心力大小相等 B rA=1/2rB C兩球的向心加速度大小相等 D當(dāng)增大時(shí)，B球向外運(yùn)動(dòng) 參考答案：1C 2B 310 ms 4AB課堂小結(jié) 這節(jié)課我們運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)分析了離心現(xiàn)象，知道了產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)的條件在耋際中，當(dāng)離心運(yùn)動(dòng)對(duì)我們有利時(shí)需要利用它，當(dāng)離心運(yùn)動(dòng)對(duì)我們有害時(shí)就需要加以限制 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向 當(dāng)F=mr2時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)F=O時(shí)，物體沿切線方向飛出； 當(dāng)F mr2時(shí)物體諑漸靠近圓心。板書設(shè)計(jì) 1離心現(xiàn)象 (1)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件 合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所