第四節(jié)　離心現(xiàn)象及其應(yīng)用　

第四節(jié)離心現(xiàn)象及其應(yīng)用核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念知道什么是離心現(xiàn)象，知道離心現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?？茖W(xué)思維學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)例分析離心運(yùn)動(dòng)，能解釋生產(chǎn)、生活及科學(xué)技術(shù)中離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)際問(wèn)題。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任觀察生活中的離心現(xiàn)象，了解其在生活中的應(yīng)用，并知道離心運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的危害。一、離心現(xiàn)象1．定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受向心力___________或______不足以提供維持圓

周運(yùn)動(dòng)所需向心力的情況下，會(huì)做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。2．條件：向心力__________或合力_____________圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力。圓周運(yùn)動(dòng)不存在離心力，離心運(yùn)動(dòng)是向心力突然消失或向心力不足造成的。突然消失合力突然消失不足以提供二、離心現(xiàn)象的應(yīng)用1．應(yīng)用：離心分離器、離心干燥器、脫水筒、離心水泵。2．危害與防止(1)危害：如在飛機(jī)翻飛旋轉(zhuǎn)時(shí)，過(guò)荷太大，飛行員會(huì)暫時(shí)失明，甚至昏厥。(2)防止：如車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)要_____。限速1.如圖所示是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時(shí)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(gè)最大安全速度，若超過(guò)此速度，摩托車將向外

滑動(dòng)。

由此作出判斷：(1)摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力的作用。

()(2)摩托車所受外力的合力小于所需的向心力。

()(3)摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑出去。

()(4)摩托車將沿其半徑方向沿直線滑出去。

()×√××2．如圖所示，是一款滾筒洗衣機(jī)，其滾筒上有很多可以漏水的小孔，請(qǐng)思考洗衣機(jī)是如何將衣服甩干的？

提示：當(dāng)滾筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，衣服緊貼著筒壁隨滾筒高速轉(zhuǎn)動(dòng)，衣服上的水滴的附著力不足以提供隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的向心力時(shí)，水滴會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)從滾筒的小孔中被甩出。新知學(xué)習(xí)(一)|離心運(yùn)動(dòng)的理解與分析

[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]

水銀體溫計(jì)是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫捏w溫測(cè)量工具，它的操作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確。那你知道水銀體溫計(jì)使用之前為什么要甩一下嗎？提示：在體溫計(jì)的玻璃泡上方有一段很細(xì)的縮口，水銀收縮時(shí)，水銀從縮口處斷開(kāi)，管內(nèi)水銀面不能下降，指示的仍然是上次測(cè)量的溫度。因此使用之前需要使勁甩一下，讓水銀做離心運(yùn)動(dòng)，退回到玻璃泡中。

[重點(diǎn)釋解]1．對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解(1)離心運(yùn)動(dòng)并非沿半徑飛出的運(yùn)動(dòng)，而是運(yùn)動(dòng)半徑越來(lái)越大的運(yùn)動(dòng)或沿切線方向飛出的運(yùn)動(dòng)。(2)離心運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)，并不是受到了“離心力”的作用。2．四種運(yùn)動(dòng)情況的判斷如圖所示，根據(jù)物體所受合外力與所需向心力的關(guān)系，可做如下判斷：[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)如圖甲所示，在光滑水平轉(zhuǎn)臺(tái)上放一木塊A，用細(xì)繩的一端系住木塊A，另一端穿過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)中心的光滑小孔O懸掛另一木塊B。當(dāng)木塊A以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，木塊A恰能在轉(zhuǎn)臺(tái)上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圖乙為其俯視圖，則(

)A．當(dāng)木塊A的角速度變?yōu)?.5ω時(shí)，木塊A將沿圖乙中的a方向運(yùn)動(dòng)B．當(dāng)木塊A的角速度變?yōu)?.5ω時(shí)，木塊A將沿圖乙中的b方向運(yùn)動(dòng)C．當(dāng)木塊A的角速度變?yōu)?.5ω時(shí)，木塊A將沿圖乙中的b方向運(yùn)動(dòng)D．當(dāng)木塊A的角速度變?yōu)?.5ω時(shí)，木塊A將沿圖乙中的c方向運(yùn)動(dòng)[解析]

木塊A以角速度ω做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的向心力由細(xì)繩的拉力提供，大小等于木塊B所受的重力，而木塊B所受重力不變，所以木塊A角速度增大時(shí)，木塊A需要的向心力大于B所受的重力，木塊A做離心運(yùn)動(dòng)，故B正確；木塊A角速度減小時(shí)，木塊A需要的向心力小于木塊B所受的重力，木塊A做近心運(yùn)動(dòng)，故D正確。[答案]

BD

[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)在人們經(jīng)常見(jiàn)到的以下現(xiàn)象中，屬于離心現(xiàn)象的是

(

)A．舞蹈演員在表演旋轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，裙子會(huì)張開(kāi)B．在雨中轉(zhuǎn)動(dòng)一下傘柄，傘面上的雨水會(huì)很快地沿傘面運(yùn)動(dòng)，到達(dá)邊緣后雨水將沿切線方向飛出C．滿載黃沙或石子的卡車，在急轉(zhuǎn)彎時(shí)，部分黃沙或石子會(huì)被甩出D．守門員把足球踢出后，足球在空中沿著弧線運(yùn)動(dòng)解析：裙子張開(kāi)屬于離心現(xiàn)象，故A正確；傘上的雨水受到的力由于不夠提供向心力導(dǎo)致水滴做離心運(yùn)動(dòng)，故B項(xiàng)正確；黃沙或石子也是因?yàn)槭艿降牧Σ粔蛱峁┫蛐牧Χ鲭x心運(yùn)動(dòng)，故C項(xiàng)正確；守門員踢出足球，足球在空中沿著弧線運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樽闱蛟诹Φ淖饔孟伦銮€運(yùn)動(dòng)，不是離心現(xiàn)象，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：ABC

2．如圖所示，光滑的水平面上，小球m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

(

)A．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：若F突然消失，小球所受合力突變?yōu)榱?，將沿切線方向勻速飛出，A正確；若F突然變小不足以提供所需向心力，小球?qū)⒆鲋饾u遠(yuǎn)離圓心的離心運(yùn)動(dòng)，B、D錯(cuò)誤；若F突然變大，超過(guò)了所需向心力，小球?qū)⒆鲋饾u靠近圓心的運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤。答案：A

新知學(xué)習(xí)(二)|離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用[重點(diǎn)釋解]幾種常見(jiàn)離心運(yùn)動(dòng)的對(duì)比圖示項(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)水滴受到衣服的附著力F不足以提供向心力時(shí)，即F<mω2r，水滴做離心運(yùn)動(dòng)續(xù)表[典例體驗(yàn)][典例]如圖所示，高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R＝100m，汽車輪胎與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.23。最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，若路面是水平的，問(wèn)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生徑向滑動(dòng)(離心現(xiàn)象)所允許的最大速率vm為多大？當(dāng)超過(guò)vm時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？(g＝9.8m/s2)[針對(duì)訓(xùn)練]1.如圖所示為洗衣機(jī)脫水筒的示意圖，當(dāng)脫水筒從靜止開(kāi)始到完成脫水

的過(guò)程中(

)A．衣服上的水做離心運(yùn)動(dòng)B．衣服始終做勻速圓周運(yùn)動(dòng)C．衣服始終做離心運(yùn)動(dòng)D．衣服上的水始終做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解析：當(dāng)脫水筒從靜止開(kāi)始到完成脫水的過(guò)程中，速度大小發(fā)生變化，故衣服不是做的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故B、D錯(cuò)誤；衣服上的水做離心運(yùn)動(dòng)，故A正確，C錯(cuò)誤。答案：A

2．(2023·東莞高一檢測(cè))(多選)離心沉淀器可以加速物質(zhì)的沉淀，如圖是它的示意圖，試管中先裝水，再加入粉筆灰粉末后攪拌均勻，當(dāng)試管繞豎直軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)試管幾乎成水平狀態(tài)，然后可觀察到粉筆灰粉末沉淀在試管的遠(yuǎn)端。則

(

)A．旋轉(zhuǎn)越快，試管的高度越低B．粉筆灰粉末向試管的遠(yuǎn)端運(yùn)動(dòng)是一種離心現(xiàn)象C．旋轉(zhuǎn)越快，粉筆灰粉末的沉淀現(xiàn)象越明顯D．旋轉(zhuǎn)越快，粉筆灰粉末的沉淀現(xiàn)象越不明顯解析：對(duì)試管整體分析，整體受到的合力提供向心力，設(shè)試管中心線與豎直方向夾角為α，則向心力為F向＝mgtanα＝mrω2，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，角速度增大，需要的向心力增大，故角度α增大，試管越高，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；離心沉淀器是一種離心設(shè)備，不同的物質(zhì)混合液在離心沉淀器內(nèi)會(huì)發(fā)生離心現(xiàn)象，選項(xiàng)B正確；轉(zhuǎn)速越快，所需向心力越大，粉筆灰粉末沉淀越明顯，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。答案：BC

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——離心運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象分析1．(選自人教版新教材課后練習(xí))質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平公路上行駛，輪胎與路面間的最大靜摩擦力為1.4×104N。汽車經(jīng)過(guò)半徑為50m的彎路時(shí)，如果車速達(dá)到72km/h，這輛車會(huì)不會(huì)發(fā)生側(cè)滑？

科學(xué)思維——旋轉(zhuǎn)的雨傘邊緣雨滴飛落問(wèn)題2．(選自魯科版新教材課后練習(xí))一把打開(kāi)的雨傘半徑為r，傘邊緣距水平地面的距離為h。當(dāng)該雨傘繞傘柄以角速度ω水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，雨點(diǎn)自邊緣甩出下落，在地面上形成一個(gè)大圓圈。已知重力加速度為g。試求這個(gè)大圓圈的半徑。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．(2022·廣東1月學(xué)考)如圖所示，a、b是傘面上的兩顆相同的雨滴。當(dāng)以傘柄為軸旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．a(chǎn)更容易移動(dòng)，因?yàn)閍所需的向心加速度更小B．a(chǎn)更容易移動(dòng)，因?yàn)閍所需的向心加速度更大C．b更容易移動(dòng)，因?yàn)閎所需的向心加速度更小D．b更容易移動(dòng)，因?yàn)閎所需的向心加速度更大解析：因?yàn)楫?dāng)雨滴隨雨傘一起繞傘柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需要的向心加速度為an＝ω2r，可以看出半徑越大，所需向心加速度越大，更容易發(fā)生移動(dòng)，因?yàn)閎的半徑大于a的半徑，故b更容易移動(dòng)，D正確。答案：D

2．(2022·華南師大附中月考)(多選)如圖甲，滾筒洗衣機(jī)脫水時(shí)，衣物緊貼著滾筒壁在豎直平面內(nèi)做順時(shí)針的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖乙，一件小衣物隨著滾筒經(jīng)過(guò)a、b、c、d四個(gè)位置，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．小衣物中的水滴最容易在a位置被甩出B．在b位置滾筒壁對(duì)小衣物的力指向滾筒圓心C．小衣物中的水滴最容易在c位置被甩出D．在d位置小衣物受到的合力指向滾筒圓心解析：設(shè)a、b、c、d四個(gè)位置水滴與衣物之間的附著力分別為Fa、Fb、Fc、Fd，因b、d兩點(diǎn)，重力與向心力(合力)方向的夾角既不是最大，也不是最小，附著力不會(huì)出現(xiàn)極值，所以只分析a、c兩點(diǎn)即可，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，在a位置有mg＋Fa