【備課參考】山東省2020-2021年高一物理下學(xué)期(魯科版)必修2教案-第4章第4節(jié)-離心運(yùn)動(dòng)

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(wèn)題中說(shuō)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，在合外力突然消逝或者合外力不足以供應(yīng)所需的向心力時(shí)，將做漸漸遠(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(méi)有相應(yīng)地增大，物體到圓心的距離就不能維持不變，而要漸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逝，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(guò)規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速，砂輪的各部分將因離心運(yùn)動(dòng)而裂開(kāi)．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供應(yīng)應(yīng)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(guò)充分爭(zhēng)辯．讓同學(xué)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(lái)的圓周上運(yùn)動(dòng)的條件．這時(shí)會(huì)消滅物體遠(yuǎn)離圓心而去的現(xiàn)象．其次，可補(bǔ)充加上供應(yīng)的向心力F大于物體所需的向心力mrω2時(shí)，F(xiàn)>mrω2，表現(xiàn)為向心的趨勢(shì)(離圓心越來(lái)越近)．這對(duì)同學(xué)全面理解“外力必需等于mrω2時(shí)；物體才可做勻速圓周運(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．有些同學(xué)可能提出，“離心力”的問(wèn)題．老師可以說(shuō)明那是在另一參考系(非慣性系)中引入的概念，在中學(xué)階段不予爭(zhēng)辯．關(guān)于離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止．可引導(dǎo)同學(xué)爭(zhēng)辯完成．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．教具預(yù)備：離心轉(zhuǎn)臺(tái)、離心干燥器等各類演示設(shè)備．課時(shí)支配：l課時(shí)三維目標(biāo)一、學(xué)問(wèn)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(guò)程與方法、1．通過(guò)對(duì)離心現(xiàn)象的實(shí)例分析，提高同學(xué)綜合應(yīng)用學(xué)問(wèn)解決問(wèn)題的力量；2．培育同學(xué)應(yīng)用理論學(xué)問(wèn)解決實(shí)際問(wèn)題的力量．三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1．通過(guò)離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止的實(shí)例分析，使同學(xué)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(lái)看待問(wèn)題；2．培育同學(xué)用理論解釋實(shí)際問(wèn)題的力量與習(xí)慣．教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課我們小時(shí)候大都寵愛(ài)吃棉花糖，而且當(dāng)時(shí)肯定格外驚異．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”?做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體。它所受的合外力恰好供應(yīng)了它所需要的向心力，假如供應(yīng)它的外力消逝或不足，物體將怎樣運(yùn)動(dòng)呢?本節(jié)課特地爭(zhēng)辯這一問(wèn)題．推動(dòng)新課離心運(yùn)動(dòng)同學(xué)閱讀教材，生疏離心運(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(méi)有飛去是由于向心力持續(xù)地把物體拉到圓周上來(lái)，使物體同圓心的距離保持不變．一旦向心力突然消逝，物體就沿切線方向飛去，離圓心越來(lái)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，假如細(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(lái)做勻速圓周的砂輪微粒，磨落后將沿切線飛去．多媒體課件呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的砂輪磨制刀具除了向心力突然消逝外，在合外力F不足以供應(yīng)物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí)，物體將偏離原來(lái)運(yùn)動(dòng)的圓軌道．當(dāng)F<mrω2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(lái)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)到肯定的轉(zhuǎn)速時(shí)，墨水滴將做漸漸遠(yuǎn)離圓心的運(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逝或者不足以供應(yīng)圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的狀況下，就做漸漸遠(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逝，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逝，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)．假如供應(yīng)向心力的合外力突然消逝，物體由于本身的慣性，將沿著切線方向運(yùn)動(dòng)，這也是牛頓第肯定律的必定結(jié)果．假如供應(yīng)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)，物體漸漸遠(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(lái)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①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足以供應(yīng)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不足以供應(yīng)所需的向心力，水滴就做離心運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面．②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．小伴侶都愛(ài)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．③洗衣機(jī)的脫水筒④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格外細(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)院里將很多用過(guò)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足以供應(yīng)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①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)所需的向心力來(lái)源于靜摩擦力。假如轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)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(guò)規(guī)定的速率．②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(guò)允許的最大轉(zhuǎn)速，假如轉(zhuǎn)速過(guò)高，砂輪和飛輪內(nèi)部分子間的相互作用力不足以供應(yīng)所需的向心力時(shí)，離心運(yùn)動(dòng)會(huì)使它們裂開(kāi)，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(guò)允許范圍，就會(huì)因離心現(xiàn)象而造成嚴(yán)峻交通事故．高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪，若轉(zhuǎn)速過(guò)大，使構(gòu)成砂輪的砂粒間的作用力不足以供應(yīng)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。【學(xué)問(wèn)拓展】在日常生活中，有不少人用“離心力’’來(lái)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)象并不是由于有什么“離心力”作用在物體上，而是由于向心力減小或消逝．此外，向心力本身也是一個(gè)以效果來(lái)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．在一般狀況下，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(guò)荷．過(guò)荷會(huì)造成飛行員大腦缺血，四肢沉重．過(guò)荷過(guò)大時(shí)，飛行員還會(huì)臨時(shí)失明，甚至?xí)炟剩w行員可以通過(guò)加強(qiáng)訓(xùn)練來(lái)提高自己的抗荷力量．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)練人員依據(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)觀看到圖中的直線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．有一種大型玩耍器械，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(jiàn)圖)．當(dāng)圓筒開(kāi)頭轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速漸漸增大時(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)速增大到肯定程度時(shí)，突然地板與座椅一起向下坍落，游客們大吃一驚，但他們都驚異地發(fā)覺(jué)自己是平安的．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供應(yīng)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)時(shí),運(yùn)動(dòng)軌跡…………………()A．肯定是直線B．肯定是曲線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(guò)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．假如減小M的質(zhì)量，則物體的軌道半徑r，角速度ω線速度v的大小變化狀況是………()A．r不變，v變小，ω變小B．r增大，ω減小，v不變C．r減小，v不變，ω增大D．r減小，ω不變，v變小3．假如汽車的質(zhì)量為m，水平彎道是一個(gè)半徑為50m的圓弧，汽車與地面間的最大靜摩擦力為車重的O．2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10m／s2)4．圖中所示是用來(lái)爭(zhēng)辯圓周運(yùn)動(dòng)的儀器，球A、B可以在光滑桿上無(wú)摩擦地滑動(dòng)，兩球之間用一細(xì)輕線連接，mA=2mB．當(dāng)儀器以角速度ω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=1/2rBC．兩球的向心加速度大小相等D．當(dāng)ω增大時(shí)，B球向外運(yùn)動(dòng)參考答案：1．C2．B3．10m／s4．AB課堂小結(jié)這節(jié)課我們運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的學(xué)問(wèn)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=mrω2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<mmrω2時(shí)，物體漸漸遠(yuǎn)離圓心；當(dāng)F>mrω2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逝或者不足以