2018_2019学年高中物理第2章研究圆周运动2.4研究离心现象及其应用学案沪科版必修

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1、2.4 研究离心现象及其应用[学习目标]1.了解生活中的离心现象.2.理解离心现象产生的原因.3.知道离心现象的危害和应用.一、离心现象1.离心现象:做圆周运动的物体,在某种情况下会脱离圆周做离开圆心的运动,这种现象称为离心现象.2.产生离心现象的原因:所受向心力突然消失,或所受到的指向圆心的合外力小于所需向心力.3.离心运动的本质:做圆周运动的物体,由于本身的惯性,总有沿着圆周的切线方向飞离的倾向.二、离心现象的应用和防止1.离心现象的应用和防止:水泥涵管的制作、离心式水泵、离心式真空泵、离心分离器.2.离心现象的防止:转弯限

2、速、砂轮加防护罩等.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)做离心运动的物体一定受到离心力的作用.(×)(2)离心运动是沿半径向外的运动.(×)15(3)离心运动是物体惯性的表现.(√)(4)离心运动的运动轨迹一定是直线.(×)2.下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是(  )A.水滴受离心力作用,而沿背离圆心的方向甩出B.水滴受到向心力,由于惯性沿切线方向甩出C.水滴受到的离心力大于它受到的向心力,从而沿切线方向甩出D.水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力,于是沿切线方向甩出答案 D解析 物体做离心运动是因为实际所受合

3、力小于所需向心力,物体沿切线方向飞出,故D正确.一、离心现象的理解[导学探究] 设质量为m的物体,沿半径为R的圆周做匀速圆周运动,线速度为v,运动中受到指向圆心的外力的合力为F,如图1所示.图1(1)如果合外力F恰好等于向心力,即F=F向心,物体将怎样运动?(2)如果运动中合外力F突然消失,即F=0,物体将怎样运动?(3)假设运动中合外力F减小了,即F

4、曲线运动,离圆心的距离越来越远.[知识深化]1.对离心运动的理解(1)15离心运动并非沿半径飞出的运动,而是运动半径越来越大的运动或沿切线方向飞出的运动.(2)离心运动的本质是物体惯性的表现,并不是受到了“离心力”的作用.2.合外力与向心力的关系:做离心运动的物体并非受到离心力的作用,而是合外力不足以提供向心力的结果.具体来看合外力与向心力的关系如图2所示:图2(1)若F合=mrω2或F合=,物体做匀速圆周运动,即“提供”满足“需要”.(2)若F合>mrω2或F合>,物体做半径变小的近心运动,即“提供过度”,也就是“提供”大于“

5、需要”.(3)若F合<mrω2或F合<,则外力不足以将物体拉回到原轨道上,物体做离心运动,即“需要”大于“提供”或“提供不足”.(4)若F合=0,则物体沿切线方向做直线运动.例1 如图3所示是摩托车比赛转弯时的情形,转弯处路面常是外高内低,摩托车转弯有一个最大安全速度,若超过此速度,摩托车将发生滑动.关于摩托车滑动的问题,下列论述正确的是(  )图3A.摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用B.摩托车所受外力的合力小于所需的向心力C.摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去D.摩托车将沿其半径方向沿直线滑去答案 B15解析 摩托车只

6、受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用,没有离心力,A项错误;摩托车正常转弯时可看做匀速圆周运动,所受的合外力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即合外力小于需要的向心力,B项正确;摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动,C、D项错误.针对训练 用绳子拴一个小球在光滑的水平面上做匀速圆周运动,当绳子突然断了以后,小球的运动情况是(  )A.沿半径方向接近圆心B.沿半径方向远离圆心C.沿切线方向做直线运动D.仍维持圆周运动答案 C解析 当绳子断了以后,向心力消失,小球做离心运动,由于惯性,小球沿切线方向做直线

7、运动,选项A、B、D错误,C正确.二、离心现象的应用和防止[导学探究] (1)请简述洗衣机脱水的原理.(2)如图4所示,汽车在平直公路上行驶,转弯时由于速度过大,会偏离轨道,造成交通事故,这是什么原因呢?图4答案 (1)洗衣机脱水时,由于高速转动,水滴需要较大的向心力才能与衣服一起做圆周运动.当转速足够大时,衣服已无法向水滴提供足够大的附着力(作为向心力),水滴便做离心运动,离开衣服,于是衣服被脱水.(2)汽车转弯时所需要的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的,汽车转弯时如果速度过大,所需要的向心力就会很大,如果超过了车轮与路

8、面间的最大静摩擦力,汽车将做离心运动脱离轨道,造成交通事故.因此,在公路弯道处汽车不允许超过规定的速度.[知识深化]1.几种常见离心运动的对比图示项目实物图原理图现象及结论15洗衣机脱水筒当水滴受到衣服的附着力F不足以提供向心力时,即F

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