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教学案沪科版必修2

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1、我带领班子成员及全体职工,积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习,同时认真学习业务知识,全面提高了自身素质,增强职工工作积极性,杜绝了纪律松散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,在所受合力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下,就会做逐渐远离圆心的运动,这种现象称为离心现象.2.离心运动的原因:合力突然消失或不足以提供所需的向心力,而不是物体又受到了什么“离心力”.3.离心运动的本质:由于物体具有惯性,物体做圆周运动时,总有沿圆周的切线方向飞出的趋势.

2、二、离心现象的应用和防止1.离心现象的应用:离心干燥器、洗衣机的脱水筒、离心分离器、水泥涵管的制作、离心式水泵.2.离心现象的防止:转弯限速、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.()(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

3、方向甩出答案D解析物体做离心运动是因为实际所受合力小于所需向心力,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FF向心,物体将怎样运动?(2)如果运动中合外力F突然消失,即F0,物体将怎样运动?(3)假设运动中合外力F减小了,即FF向心,以致它不足以提供做线速度为v、半径为R的圆周运动所需的向心力,你能推测出物体的运动轨迹吗?答案(1)物体做匀速圆周运动.(2)物体沿切线方向做匀速直线运动.(3)物体做曲线运动,离圆心的距离越来越远.

4、知识深化1.对离心运动的理解(1)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,而是合力不足以提供向心力的结果.具体来看合力与向心力的关系如图2所示:图2(1)若F合mr2或F合,物体做匀速圆周运动,即“提供”满足“需要”.(2)若F合mr2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“需要”.(3)若F合mr2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”.

5、(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B解析摩托车只受重力、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,所受的合力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即合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

6、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运动,选项A、B、D错误,选项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.

7、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Fm2R,水滴做离心运动汽车在水平路面上转弯当最大静摩擦力不足以提供向心力时,即fmaxm,汽车做离心运动用离心机把体温计的水银甩回

8、玻璃泡中当离心机快速旋转时,缩口处对水银柱的阻力不足以提供向心力,水银柱做离心运动进入玻璃泡内2.离心现象的防止(1)汽车在公路转弯处限速:在水平公路上行驶的汽车,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.如果转弯时速度过大,所需向心力F大于最大静摩擦力fmax,汽车将做离心运动而造成车体侧滑,因此在公路转弯处汽车必须限速.(2)转动的砂轮、飞轮限速:高速转动的砂轮、飞轮等,都不得超过允许的最大转速,如果转速过高,砂轮、飞轮内部分子间的作用力不足以提供所需的向心力时,离心运动会使它们破裂,甚至酿成事故.例2市内公共汽车在到达路口转弯前,车内广播中就要播放录音:“乘客们请注意,前面车

9、辆转弯,请拉好扶手”这样可以()A.提醒包括坐着和站着的全体乘客均拉好扶手,以免车辆转弯时可能向前倾倒B.提醒包括坐着和站着的全体乘客均拉好扶手,以免车辆转弯时可能向后倾倒C.主要是提醒站着的乘客拉好扶手,以免车辆转弯时可能向转弯的外侧倾倒D.主要是提醒站着的乘客拉好扶手,以免车辆转弯时可能向转弯的内侧倾倒答案C解析汽车转弯时,车内乘客随车做圆周运动,需要向心力,不拉好扶手,站着的乘客可能无法提供足够的向心力而做离心运动,向外侧倾倒.例3某游乐场里的赛车场地为圆形,半径为 100 m,一赛车和车手的总质量为100 kg,轮胎与地面间的最大静摩擦力为600 N.(g取10 m/s2)(1)若赛车

10、的速度达到72 km/h,这辆车在运动过程中会不会发生侧滑?(2)若将场地建成外高内低的圆形,且倾角为30,赛车的速度多大时,车手感觉不到自己有相对车的侧向的运动趋势?答案(1)不会侧滑(2)24 m/s解析(1)赛车在场地上做圆周运动的向心力由静摩擦力提供.赛车做圆周运动所需的向心力为Fm400 Nmr2时,小球可能沿轨道做离心运动C.当外界提供的向心力Fmr2时,小球可能沿轨道做离心运动D.只要外界提供的向心力F不等于mr2时,小球就将沿轨道做离心运动答案C解析当外界提供的向心力突然消失时,小球将沿轨道运动做离心运动,A错误;当外界提供的向心力Fmr2时,小球可能沿轨道做离心运动,B、D错

11、误,C正确.2.(离心现象的分析和应用)(多选)洗衣机脱水的原理是利用了离心运动把附着在衣服上的水分甩干.如图6是某同学用塑料瓶和电动机等自制的脱水实验原理图,但实验中发现瓶内湿毛巾甩干效果不理想,为了能甩得更干,请为该同学设计改进建议()图6A.增加转速 B.减小转速C.增大塑料瓶半径 D.减小塑料瓶半径答案AC3.(离心现象的分析)(多选)如图7所示,水平转台上放着A、B、C三个物体,质量分别为2m、m、m,离转轴的距离分别为R、R、2R,与转台间的动摩擦因数相同.当转台旋转时,下列说法中正确的是()图7A.若三个物体均未滑动,则C物体的向心加速度最大B.若三个物体均未滑动,则B物体受的摩

12、擦力最大C.若转速增加,则A物体比B物体先滑动D.若转速增加,则C物体最先滑动答案AD解析三物体都未滑动时,角速度相同,设角速度为,根据向心加速度公式a2r,知C的向心加速度最大,选项A正确;三物体均未滑动时,三个物体受到的静摩擦力分别为:fA(2m)2R,fBm2R,fCm2(2R),所以物体B受到的摩擦力最小,选项B错误;增加转速,可知C最先达到最大静摩擦力,所以C最先滑动.A、B的临界角速度相等,可知A、B一起滑动,选项C错误,D正确.4.(汽车在水平路面的转弯)高速公路转弯处弯道圆半径R100 m,汽车轮胎与路面间的动摩擦因数0.225.若路面是水平的(假设最大静摩擦力可近似看做与滑动

13、摩擦力相等,g取10 m/s2).问:(1)汽车转弯时不发生径向滑动(离心现象)所许可的最大速率vm为多大?(2)当超过vm时,将会出现什么现象?答案(1)54 km/h(2)汽车将做离心运动,严重时将出现翻车事故解析(1)在水平路面上转弯,向心力只能由静摩擦力提供,设汽车质量为m,最大静摩擦力可近似看做与滑动摩擦力相等,则fmmg,则有mmg,vm,代入数据可得:vm15 m/s54 km/h.(2)当汽车的速度超过54 km/h时,需要的向心力m增大,大于提供的向心力,也就是说提供的向心力不足以维持汽车做圆周运动的向心力,汽车将做离心运动,严重时将会出现翻车事故.课时作业一、选择题(16题

14、为单选题,710题为多选题)1.关于离心运动,下列说法中正确的是()A.物体一直不受外力作用时,可能做离心运动B.做匀速圆周运动的物体,在外界提供的向心力突然变大时做离心运动C.做匀速圆周运动的物体,只要向心力的数值发生变化变将做离心运动D.做匀速圆周运动的物体,当外界提供的向心力突然消失或数值变小时将做离心运动答案D解析物体一直不受外力作用,物体应保持静止状态或匀速直线运动状态,选项A错误;做匀速圆周运动的物体,所受的合外力等于物体做匀速圆周运动的向心力,当外界提供的合外力增大时,物体所需的向心力并没有增大,物体将做近心运动,选项B错误;做匀速圆周运动的物体,向心力的数值发生变化,物体可能仍做圆周运动,例如变速圆周运动,也可能做近心运动或离心运动,选项C错误;根据离心运动的条件可知,选项D正确.2.下列哪个现象利用了物体的离心运动()

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