2[1]4《研究离心现象及其应用》学案1（沪科版物理必修2）

【课 题】 2.4研究离心现象及其应用【学习目标】(1)知道什么是离心现象，知道物体做离心运动的条件，(2)结合生活中的实例，知道离心现象的应用和危害及其防止【学习重点】提供探究物体做圆周运动的条件，理解离心现象及其产生条件。【学习难点】离心现象的具体分析【自主学习指导】一、 生活中的离心现象：认真阅读和思考课本上列举的案例，思考归纳这些物体运动的共同特点是什么？理解“离心现象”的定义。案例1、公交车上的一段对话案例2、洗衣机是怎样甩干衣物的？案例3、汽车一级方程式大赛做圆周运动的物体，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。二、 为什么会产生离心现象实验探究：同学们试做实验，按课本上的步骤进行研究，把你得到的结论写在课本右侧的空白处。（如果没有条件做实验，你也可根据我们前面所学的知识以及自己的生活经验，思考、回答相关问题）分析论证： 思考的思路：首先要理解物体做圆周运动的条件，也就是物体为什么会做圆周运动，弄清了这个问题，理解物体做离心运动的条件就顺理成章了。即就是理解物体为什么不做圆周运动而做远离圆心的运动。 课本上分析讨论时，突出了“惯性”对物体运动所起得作用，说明了即使物体做圆周运动，物体也存在沿圆周切线飞离 的倾向（趋势）；同样课本也突出了向心力对物体做圆周运动所起的作用改变物体的运动方向，使物体保持在圆周上运动。请同学们在学习理解圆周运动、离心运动时注意从“惯性”和“力”两方面的作用去分析去理解。 知道了物体做离心运动的条件后，再返回去解释课本前面所列出的三个案例中的物体为什么做离心运动。三、 离心现象的应用和防止理解课本所列应用：水泥涵管的制作、离心是水泵、离心式真空泵、离心式分离器，如果感到十分生疏，可以在上网查一些相关资源。了解离心现象给人们带来的不利的方面的实例及防止离心现象发生的措施。【基本知识精讲】物体做圆周运动的条件和产生离心现象的条件设质量为m的物体，沿半径为R的圆周做匀速圆周运动，其线速度为v，运动中受到指向圆心的外力的合力F物体做匀速圆周运动时，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向，它之所以没有飞去，是因为有向心力作用，使它保持在圆周运动。向心力的作用就是改变物体速度的方向，即产生向心加速度。物体做匀速圆周运动需要的向心力Fn需= m ，如果外界的作用力的合力F恰好等于Fn，那么这个物体就做匀速圆周运动。即满足合力如果物体做变速圆周运动，速度大小是变化的，所需向心力的大小也是变化的，可以推想，在任何时刻都要满足外界给物体提供的向心力等于物体做圆周运动所需要的向心力。但是，这种情况下，物体所受合力F并不是外界提供的向心力，因为外力除了改变物速度的方向，还要改变物体的速度大小，也就是说合力F并不指向圆心。实质上，如果我们把合力F分解在沿半径方向（即法线方向）和切线方向，那么沿半径方向的分力Fn外，便是外界提供的向心力，沿切线方向的分力Ft称为切向分力其，作用效果是改变速度的大小。合力F与二分力的大小关系为。综上所述，可以看出：物体做圆周运动的条件是：外界给物体提供向心力，等于物体做圆周运动所需要的向心力。即 一旦外界提供的向心力突然消失，由于惯性物体就沿切线方向飞去，离圆心越来越远如，用细绳拉着在光滑水平面做匀速圆周运动的小球，如果细绳突然断了，我们会看到小球沿切线方向飞去，这就属于“离心现象”。假设外界提供的向心力虽然没有消失，但却减小了，从而使外界提供的向心力小于物体做圆周运动所需要的向心力，即，那么这种情况下，外界提供的向心力不足以使物体保持在圆周上运动，由于惯性物体也将做离心运动，这种情况也属于离心现象。因此我们说，做圆周运动的物体发生离心现象的条件是：外界提供的向心力消失或不足维持物体沿圆周运动。即 。*做圆周运动的物体，若所受的合外力F大于所需的向心力时，物体将怎样用的呢？显然，物体就会做越来越靠近圆心的运动，我们不妨称这种运动为“近心”运动。【思考与讨论】1、物体做离心运动时，运动轨迹是 （ ）A一定是直线。 B一定是曲线。 A O C BC可能是直线，也可能是曲线。 D可能是圆。2、如图所示，已知mA2mB3mC，它们距轴的关系是，三物体与转盘表面的动摩擦因数相同，当转盘的转速逐渐增加时（） AA先开始滑动 BB先开始滑动 CC先开始滑动 DB和C同时开始滑动 3、雨伞半径为R，高出地面h，雨伞以角速度旋转时，雨滴从伞边缘飞出 （ ） A沿飞出点半径方向飞出，做平抛运动。 B沿飞出点切线方向飞出，做平抛运动。 C雨滴落在地面上后形成一个和伞半径相同的圆圈。D雨滴落在地面上后形成一个半径 的圆圈。 同步轨道 转换轨道地球 P 近地轨道 Q 同步卫星发射与回收过程4、同步卫星的发射、回收与“离心运动”、“近心运动”如右图所示。同步卫星的发射是通过“变轨”实现的，先是将同步卫星送至近地轨道运行，运行状态稳定后在近地轨道上适当的位置P，通过自动装置启动卫星上发动机使卫星加速，并调整其方向，使卫星做椭圆轨道运动。从P点开始脱离原来的园轨道，这就是“离心运动”。P点就是椭圆轨道的近地点，要设法控制椭圆轨道的远地点距地心的距离恰好等于同步轨道半径。当卫星沿椭圆轨道运动到远地点（到达同步轨道）后，再次加速和并方向的调整，并进行使卫星进入同步轨道（园轨道）运行，这又进行了一次变轨。请同学们想一想，在卫星回收时，怎样才能使卫星从同步轨道又能回到近地轨道呢？（略）【案例分析】题目：汽车沿半径为R=81m的圆跑道匀速行驶，设跑道的路面是水平的，路面作用于车的最大静摩擦力是车重的0.10倍，要使汽车不至于冲出圆跑道，车速最大不能超过多少？解法： 如果不考虑汽车行驶时所受的阻力，那么汽车在圆跑道匀速行驶时，轮胎所受的静摩擦力f（方向指向圆心）提供向心力。车速越大，所需向心力也越大，则静摩擦力f也越大，但本题中的向心力不可能超过路面作用于车的最大静摩擦力fm，而最大静摩擦力fm为车重的0.10倍。设车速的最大值为vm，则得： =9m/s汽车沿半径为R的圆跑道匀速行驶时的速率不能超过9m/s，不然会冲出圆跑道，因为这时最大静摩擦力不足以提供汽车做圆周运动所需的向心力，汽车就脱离原来的圆跑道做离心运动了。【课后作业】思考与讨论：P.39 家庭作业与活动1、2、3、4【课后检测】见下页2.4研究离心现象及其应用检测题1关于离心运动。下列说法中正确的是 ( ) A物体一直不受外力的作用时，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就将做离心运动 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2下列说法中，正确的是 ( ) A物体做离心运动时，物体离圆心越来越远 B物体做离心运动时，其运动轨迹一定是直线 C做离心运动的物体，一定不受到外力的作用 D做匀速圆周运动的物体，因所受合力大小改变而不能沿圆周运动时，一定做离心运动3汽车行驶中和离心运动有关的是 ( ) A汽车开进泥坑里轮胎打滑 B汽车通过圆形拱桥 C汽车直线行驶时与其他车辆发生碰撞 D，汽车在转弯时由于速度太快导致翻车4关于洗衣机脱水桶的有关问题，下列说法中正确的是 ( ) A如果衣服上的水太多脱水桶就不能进行脱水 B脱水桶工作时衣服上的水做离心运动，衣服并不做离心运动 C脱水桶工作时桶内的衣服也会做离心运动。所以脱水桶停止工作时衣服紧贴 在桶壁上 D 白色衣服染上红墨水时，也可以通过脱水桶将红墨水去掉使衣服恢复白色5下列关于骑自行车的有关说法中，正确的是 ( ) A骑自行车运动时，不会发生离心运动 B自行车轮胎的破裂是离心运动产生的结果 C骑自行车拐弯时摔倒一定都是离心运动产生的 D骑自行车拐弯时速率不能太快，否则会产生离心运动向圆心的外侧跌倒6坐在行驶中的公共汽车内的乘客发生与离心运动有关的现象是 ( ) A乘客突然向前倾倒 B乘客突然向后倾倒 C乘客上下振动D乘客因汽车向左转弯时而向右倾倒7在医院里使用离心机将用过的体温计中的水银柱甩回玻璃泡里，将体温计放人离心机时，应将体温计的 (填“玻璃泡一端”或“温度刻度一端”)靠近离心机的转轴同样医生也可根据 原理，用手拿着体温计甩动将水银柱甩回玻璃泡8如果表演“水流星”节目时拴杯子的绳较细，其最大承受力是杯子和杯内水重的8倍，要使杯子运动到最高点时细绳不断裂。则杯子通过最高点的速度v的取值范围是多少?9直径为049m的洗衣机脱水桶以40rads的角速度转动，衣服对圆桶壁的压力是衣服重力的 倍 10质量为M=1000kg的汽车，在半径为R25m的水平圆形路面转弯，汽车所受的静摩擦力提供转弯时的向心力，静摩擦力的最大值为重力的03倍为避免汽车发生离心运动酿成事故，试求汽车安全行驶的速度范围(g取l0m/s2) 11如图所示，转动的转盘上有一个质量为M5kg的物体随转盘一起转动，物体所受的最大静摩擦力为20N，物体到转轴的距离为02m试求保证物体随转盘转动而不发生离心运动，转盘转动的角速度的取值范围【参考答案】1D 2A 3D 4C 5D 6D 7温度刻度一端 离心运动8 940 10 11