高三物理离心现象及其应用

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1、第10讲离心现象及其应用考点l离心运动的现象及条件离心运动是由于所受向心力小于所需向心力而发生的运动，本质上是惯性的表现，不是因为受到了“离心力”的原因。1．离心运动的条件(即离心运动的原因)：如果做圆周运动的向心力突然消失，即需要的向心力没有外力来提供，则物体不能维持圆周运动，物体由于惯性而做匀速运动，离圆心越来越远。如果所需要的向心力大于所提供的向心力，即向心力不足，则物体也做离心运动。2．因向心力突然消失而使物体做离心运动，物体的离心运动轨迹是一条直线。此直线运动的方向即为该点的切线方向；因向心力不足引起的离心运动，则离心运动的轨迹为一条

2、曲线。【考题l】下列说法中正确的是()．A．当物体受到离心力的作用时，物体将做离心运动B．当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象C．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将背离圆心，沿着半径方向“背心”而去D．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿这一位置的切线方向飞出，做匀速直线运动【解析】物体实际上并不受向心力的作用，离心运动也不是由于物体受到“离心力”的作用而出现的，而是惯性的表现，做圆周运动的物体，在向心力突然消失或合力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力时，物体将做远离圆心的运动。因此选项A、B

3、均是错误的；物体做匀速圆周运动时，当它所受的一切力都突然消失，即物体所受的合外力突然变为零时，根据牛顿第一定律，物体将从这一时刻起沿这一位置的切线方向飞出，做匀速直线运动，而不是背离圆心，沿着半径方向“背心”而去，故选项C错误．【答案】D【变式1—1】光滑水平桌面上的小球，在始终指向圆心的外力F的作用下做匀速圆周运动，运动到P点时因所受外力的变化(方向仍指向圆心)，可能出现图11一1中的四种情况，下面关于这几种现象的解释正确的是()．A．第①种情况F＝0B．第②种情况F＝mω2rC．第③种情况F＞mω2r，D.第④种情况F＜mω2r考点2离心运

4、动的应用与防止通过匀速圆周运动所需向心力F＝mω2r可以总结出应用与防止离心运动所需要控制的物理量。当要利用时，设法使mω2r值增大；当要防止时，设法使mω2r值减小。常见的几种离心运动对比图示（如右图）【考题2】图11一2（a）是离心调速器的示意图，已知两个摆球的质量都是0．6kg，四根轻质连杆各长25cm，和连杆下端相连的是滑块M.它的质量是5．6kg并套在光滑的转轴上.问转轴的转动角速度达到多大时，连杆和转轴的夹角α正好是370．(g取10m/s2)【解析】两个摆球都做圆周运动，每个摆球受到的向心力的大小都是，这个向心力是重力mg和两根杆

5、拉力T1、T2的合力。当转轴以某一确定的角速度匀速转动时，滑块M在两根下杆的拉力T2与滑块重力Mg三个力作用下处于平衡状态.滑块受力情况以及一个摆球的受力情况分别如图ll-2(b)、(c)所示，T1是上杆的拉力，T2是下杆的拉力。根据牛顿第二定律对于滑块有，对于摆球有，．得：，。故,代人数据有．【变式2—1】下列现象是为了防止产生离心运动的是()．A．火车转弯要限制速度B．转速很高的砂轮半径不能做得太大C．在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨D．离心水泵工作时考点3离心运动问题的临界分析离心运动问题本质上仍是圆周运动问题，解题过程应先明确临

6、界状态对应的力学条件，将问题转化成匀速圆周运动后用牛顿第二定律求解。做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿圆周切线飞出的趋势，它之所以没有飞出是因为向心力持续地把物体拉到圆周上来。如果转速增大，即所需要的向心力也不断增大。如果所能提供的向心力有一极值，这样就存在着一种临界状态。现实生活中，广泛存在这种临界问题，分析和求解的关键是认真分析题意，紧扣临界条件，应用相关规律综合求解。【考题3】如图l1一3所示．匀速转动的水平圆盘上，沿半径方向放置两个用细线相连的质量均为m的小物体A、B，它们到转轴的距离分别为rA＝20cm，rB＝30cm。A、B与

7、盘面间的最大静摩擦力均为重力的0．4倍．试求：(1)当细线上开始出现张力时，圆盘的角速度ω0；(2)当A开始滑动时，圆盘的角速度ω；(3)当A即将滑动时，烧断细线，A、B状态如何?【解析】(1)当细线上开始出现张力时，表明B与盘间的静摩擦力已达到最大，设此时圆盘角速度为ω0，则．解得．(2)当A开始滑动时，表明A与盘的静摩擦力也已达到最大，设此时盘转动角速度为ω，线上拉力为T，则有：对A，对B．以上两式中，．解以上三式得(3)烧断细线，T消失，A与盘的静摩擦力减小，继续随盘做半径为rA＝20cm的圆周运动，B由于fAm不足以提供必需的向心力而做

8、离心运动。【变式3—1】如图l1一4所示，已知mA＝2mB＝3mC，它们之间距离的关系是2rB＝rA＝rC，三物体与转盘表面的动摩擦因数相同，当转盘的