高中物理粵教版第二章圓周運(yùn)動(dòng) 第2章第3節(jié)離心現(xiàn)象及其應(yīng)用

第三節(jié)離心現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道什么是離心現(xiàn)象.2.理解物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件．(重點(diǎn))3.會(huì)用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)、生活中的離心運(yùn)動(dòng)問(wèn)題．(重點(diǎn)、難點(diǎn))4.知道離心運(yùn)動(dòng)在實(shí)際中的應(yīng)用、危害與防止.離心現(xiàn)象及應(yīng)用eq\o([先填空])1．離心現(xiàn)象的概念做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力的情況下，就會(huì)做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)的物體所受外力提供的向心力小于它做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力或向心力突然消失，物體做離心運(yùn)動(dòng)．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(shí)，水滴的附著力不足以提供所需的向心力，水滴就做離心運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)網(wǎng)孔，飛離物體，因而使物體甩去多余的水分．5．離心分離器使試管內(nèi)的渾濁液體隨試管快速轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)所含的不溶于液體的固體微?？焖俪恋硐聛?lái)，如圖2-3-1所示．圖2-3-1eq\o([再判斷])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)的軌跡可能是直線也可能是曲線．(√)3．離心運(yùn)動(dòng)是物體慣性的體現(xiàn)．(√)eq\o([后思考])圖2-3-2有一種叫做“魔盤”的娛樂(lè)設(shè)施，如圖2-3-2所示．“魔盤”轉(zhuǎn)動(dòng)很慢時(shí)，盤上的人都可以隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)而不至于被甩開(kāi)，當(dāng)盤的轉(zhuǎn)速逐漸增大時(shí)，盤上的人便逐漸向邊緣滑去，離轉(zhuǎn)動(dòng)中心越遠(yuǎn)的人，這種滑動(dòng)的趨勢(shì)越明顯，試分析發(fā)生這種現(xiàn)象的原因．【提示】人隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，人所受的靜摩擦力提供其向心力即f＝mrω2，半徑越大，所需的向心力越大，人所受的靜摩擦力亦越大，當(dāng)所需的向心力超過(guò)人受的最大靜摩擦力時(shí)，人會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，距離轉(zhuǎn)動(dòng)中心越遠(yuǎn)的人，越易滑動(dòng)．eq\o([合作探討])如圖2-3-3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2-3-3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В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．eq\o([核心點(diǎn)擊])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)的受力特點(diǎn)物體做離心運(yùn)動(dòng)并非受到“離心力”的作用，而是外力不足以提供向心力的結(jié)果，“離心力”不存在．3．合外力與向心力的關(guān)系(如圖2-3-4)圖2-3-4(1)若F合＝mrω2或F合＝eq\f(mv2,r)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即“提供”滿足“需要”．(2)若F合>mrω2或F合>eq\f(mv2,r)，物體做半徑變小的近心運(yùn)動(dòng)，即“提供過(guò)度”，也就是“提供”大于“需要”．(3)若F合<mrω2或F合<eq\f(mv2,r)，則外力不足以將物體拉回到原軌道上，而做離心運(yùn)動(dòng)，即“需要”大于“提供”或“提供不足”．(4)若F合＝0，則物體沿切線方向做直線運(yùn)動(dòng)．1．如圖2-3-5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2-3-5A．F突然消失，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)B．F突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)C．F突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng)D．F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】A2．如圖2-3-6，置于圓形水平轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣的小物塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)加速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，物塊恰好滑離轉(zhuǎn)臺(tái)開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)．現(xiàn)測(cè)得轉(zhuǎn)臺(tái)半徑R＝m，離水平地面的高度H＝m，物塊平拋落地過(guò)程水平位移的大小s＝m．設(shè)物塊所受的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度g取10m/s2.求：圖2-3-6(1)物塊做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小v0.(2)物塊與轉(zhuǎn)臺(tái)間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ.【解析】(1)物塊做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向有H＝eq\f(1,2)gt2 ①水平方向有s＝v0t ②聯(lián)立①②兩式得v0＝seq\r(\f(g,2H))＝1m/s. ③(2)物塊離開(kāi)轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，最大靜摩擦力提供向心力，有μmg＝meq\f(v\o\al(2,0),R) ④聯(lián)立③④得μ＝eq\f(v\o\al(2,0),gR)＝.【答案】(1)1m/s(2)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?。蚝狭ν蝗幌碌默F(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>mω2r)時(shí)，物體將做“向心運(yùn)動(dòng)”．離心運(yùn)動(dòng)的危害及防止eq\o([先填空])1．離心運(yùn)動(dòng)的危害(1)由于離心現(xiàn)象，車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)易出現(xiàn)交通事故，因此在彎道處，都要對(duì)車輛進(jìn)行限速．(2)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪或飛輪破裂，會(huì)因碎片飛出造成事故，所以對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的物體要限定轉(zhuǎn)速．(3)飛機(jī)攀高或翻飛旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心運(yùn)動(dòng)造成飛行員過(guò)荷．(4)汽車在轉(zhuǎn)彎(尤其在下雨天)時(shí)沖出車道而發(fā)生事故．2．離心運(yùn)動(dòng)的防止(1)減小物體運(yùn)動(dòng)的速度，使物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的向心力減少．(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．eq\o([再判斷])1．物體突然受到離心力的作用，將做離心運(yùn)動(dòng)．(×)2．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)提供向心力的合外力突然變大時(shí)將做離心運(yùn)動(dòng)．(×)3．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)提供向心力的合力突然消失或變小時(shí)將做離心運(yùn)動(dòng)．(√)eq\o([后思考])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(guò)機(jī)器一轉(zhuǎn)，就變成又松又軟的“棉花”不斷向外“飛出”呢？(如圖2-3-7所示)圖2-3-7【提示】棉花糖機(jī)器應(yīng)用了離心運(yùn)動(dòng)的原理．eq\o([合作探討])如圖2-3-8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2-3-8【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μmg＜mrω2，即μg＜rω2，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?。?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．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．離心現(xiàn)象的防止(1)防止方法：①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．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．(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<mω2r，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<meq\f(v2,r)，汽車做離心運(yùn)動(dòng)3．(2023·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】D4．(2023·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)：35390030】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(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】C5．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f＝mg，摩擦力f不變，水平方向受彈力的作用，A、D