2022年高中物理鲁科版必修2教学案：第四章 第4节 离心运动(含解析)

2022年高中物理鲁科版必修2教学案：第四章 第4节 离心运动(含解析)1做圆周运动的物体，在受到的合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下，将远离圆心运动，我们把这种运动称为离心运动。2物体做离心运动的条件是物体受到的合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力。3若做圆周运动的物体向心力突然消失，物体沿切线方向飞出。4离心现象是做圆周运动的物体所受合力减小或合力突然消失时所发生的现象，而不是离心力大于向心力的缘故。5当提供向心力的合力大于需要的向心力(F合m2r)时，物体将做“近心运动”。 一、 离心运动1定义做圆周运动的物体，在受到合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下，将远离圆心运动。2条件合外力突然消失或合外力不足以提供向心力。二、离心运动的应用和防止1应用离心分离器、离心干燥器、脱水筒、离心水泵。2危害与防止危害：如过荷太大时，飞行员会暂时失明，甚至昏厥。防止：如车辆转弯时要限速。1自主思考判一判(1)做离心运动的物体沿半径方向远离圆心。()(2)做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动。()(3)当半径方向的合外力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力时，物体沿圆周与切线之间的曲线做离心运动。()(4)做离心运动的物体一定不受外力作用。()(5)离心运动就是物体在运动中逐渐远离圆心。()2合作探究议一议(1)雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出，你能说出其中的原因吗？图441提示：旋转雨伞时，雨滴也随着运动起来，但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力，雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出。(2)高速转动的机械飞轮为什么不能超过允许的最大转速？提示：飞轮转速过高，飞轮上各点都在做圆周运动，当它所需要的向心力超过周围各部分对该点的最大作用力时，会发生飞轮断裂的事故。(3)有人说：“物体做离心运动是因为受到了离心力的作用”，这种说法对吗？提示：这种说法是错误的。做离心运动的物体并没有受到所谓的“离心力”作用，“离心力”是不存在的，因为没有任何物体提供这种力，找不到施力物体。 对离心运动的理解典例下列关于离心运动的说法中正确的是()A当物体所受的离心力大于向心力时将产生离心运动B做匀速圆周运动的物体，当合外力突然消失时，它将做背离圆心的运动C做匀速圆周运动的物体，当合外力突然消失时，它将沿切线方向飞出做直线运动D做匀速圆周运动的物体，当合外力突然消失时，它将做曲线运动思路点拨根据离心运动的定义和离心运动产生的原因进行分析判断。解析向心力是根据力的作用效果命名的，物体做匀速圆周运动时所需的向心力是由物体所受的某个力或某几个力的合力提供的，物体做离心运动，是由于F合F向m2r，选项A错误；物体做匀速圆周运动时，若合外力突然消失，物体将沿切线方向飞出做直线运动，故选项C正确，B、D错误。答案C离心运动中合外力与向心力的关系(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”。(4)若F合0，则物体沿切线方向做直线运动。1物体做离心运动时，运动轨迹的形状()A一定是直线B一定是曲线C可能是一个圆 D可能是直线，也可能是曲线解析：选D若F合0，则物体沿切线飞出而做直线运动；若0F合F向，则物体做曲线运动，故D正确。2(多选)如图442甲所示，在光滑水平转台上放一木块A，用细绳的一端系住木块A，另一端穿过转台中心的光滑小孔O悬挂另一木块B。当转台以角速度匀速转动时，A恰能随转台一起做匀速圆周运动，图乙为其俯视图，则()图442A当转台的角速度变为1.5时，木块A将沿图乙中的a方向运动B当转台的角速度变为1.5时，木块A将沿图乙中的b方向运动C当转台的角速度变为0.5时，木块A将沿图乙中的b方向运动D当转台的角速度变为0.5时，木块A将沿图乙中的c方向运动解析：选BD木块A以角速度做匀速圆周运动时的向心力由细绳的拉力提供，大小等于木块B所受的重力，而木块B所受重力不变，所以转台角速度增大时，木块A需要的向心力大于B所受的重力，A做离心运动，故B正确；转台角速度减小时，木块A需要的向心力小于木块B所受的重力，故D正确。离心现象的应用与防止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物体的附着力F不足以提供向心力，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fmax0且较小时，球做圆周运动所需的向心力由球的重力跟管道内壁对球向上的力FN1的合力提供，即mgFN1m，当FN10时，v ，此时只有重力提供向心力。由此知，速度在0v时，球的向心力由重力跟管道外壁对球的向下的弹力FN2共同提供，综上所述，选项A、C、D正确。10一辆质量m2 t的轿车，驶过半径R90 m的一段凸形桥面，g取10 m/s2，求：(1)轿车以10 m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？(2)在最高点对桥面的压力等于轿车重力的一半时，车的速度大小是多少？解析：(1)轿车通过凸形桥面最高点时，受力分析如图所示：由向心力公式得mgFNm 故桥面的支持力大小FNmgmN1.78104 N根据牛顿第三定律，轿车在桥的顶点时对桥面压力的大小为1.78104 N。(2)对桥面的压力等于轿车重力的一半时，向心力FmgFN0.5mg，而Fm，所以此时轿车的速度大小v m/s15 m/s答案：(1)1.78104 N(2)15 m/s11(全国丙卷)如图5所示，在竖直平面内有由圆弧AB和圆弧BC组成的光滑固定轨道，两者在最低点B平滑连接。AB弧的半径为R，BC弧的半径为。一小球在A点正上方与A相距处由静止开始自由下落，经A点沿圆弧轨道运动。图5(1)求小球在B、A两点的动能之比； (2)通过计算判断小球能否沿轨道运动到C点。解析：(1)设小球的质量为m，小球在A点的动能为EkA，由机械能守恒定律得EkAmg设小球在B点的动能为EkB，同理有EkBmg由式得5。(2)若小球能沿轨道运动到C点，则小球在C点所受轨道的正压力N应满足N0设小球在C点的速度大小为vC，由牛顿第二定律和向心加速度公式有Nmgm由式得，vC应满足mgm由机械能守恒定律得mgmvC2由式可知，小球恰好可以沿轨道运动到C点。答案：(1)5(2)能沿轨道运动到C点