高中物理 第2章 研究圓周運動 2_4 研究離心現(xiàn)象及其應用教師用書 滬科版必修2
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2.4研究離心現(xiàn)象及其應用學 習 目 標知 識 脈 絡1.了解離心現(xiàn)象及其產生條件,知道人們對離心現(xiàn)象的應用2了解人們?yōu)榉乐闺x心現(xiàn)象而采取的辦法及措施3通過實際生活中的應用,體驗理論指導實際的思想.離 心 現(xiàn) 象1定義:做圓周運動的物體,脫離圓周做離開圓心的運動現(xiàn)象2本質:離心運動的本質是由于物體具有慣性物體做圓周運動時總有沿切線方向飛出的趨勢3條件:合外力突然消失或者不足以提供圓周運動所需的向心力1做離心運動的物體一定受到離心力的作用()2離心運動是沿半徑向外的運動()3離心運動是物體慣性的表現(xiàn)()雨天,當你旋轉自己的雨傘時,將會發(fā)現(xiàn)雨滴沿著傘邊緣的切線飛出,如圖241你能說出其中的原因嗎?圖241【提示】當轉動雨傘時,雨滴隨之轉動,所需向心力不足,雨滴做離心運動,因水平方向不受力,由于慣性原因,雨滴沿著傘邊緣的切線飛出,飛出后做平拋運動如圖242所示,鏈球比賽中,高速旋轉的鏈球被放手后會飛出汽車高速轉彎時,若摩擦力不足,汽車會滑出路面請思考:圖242探討1:鏈球飛出、汽車滑出是因為受到了離心力嗎?【提示】不是是因為向心力不足或消失探討2:物體做離心運動的條件是什么? 【提示】物體受的合外力消失或小于圓周運動需要的向心力1離心運動的實質:離心運動是物體逐漸遠離圓心的一種物理現(xiàn)象,它的本質是物體慣性的表現(xiàn)做圓周運動的物體,總是有沿著圓周切線飛出去的趨向,之所以沒有飛出去,是因為受到指向圓心的力2離心運動的條件:做圓周運動的物體,提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力3離心運動、近心運動的判斷:物體做離心運動還是近心運動,由實際提供的向心力F與所需向心力(m或mr2)的大小關系決定(如圖243所示)圖243(1)若Fmr2(或m)即“提供”滿足“需要”,物體做圓周運動(2)若Fmr2(或m),即“提供”大于“需要”,物體做半徑變小的近心運動(3)若Fmr2(或m),即“提供”不足,物體做離心運動(4)若F0,物體做離心運動,并沿切線方向飛出1下列現(xiàn)象中,跟離心運動有關的是()A人沿直線跑步時突然跌倒B運動員將鏈球旋轉后拋出C圓柱上的細繩系一小球,小球繞圓柱轉動使細繩纏繞在圓柱上D運動員將鉛球拋出【解析】做圓周運動的物體,當外力突然消失或不足以提供物體所需要的向心力時,做離心運動運動員將鏈球旋轉后拋出,鏈球做離心運動,故本題選B.【答案】B2如圖244所示,光滑的水平面上,小球在拉力F作用下做勻速圓周運動,若小球到達P點時F突然發(fā)生變化,下列關于小球運動的說法正確的是()圖244AF突然消失,小球將沿軌跡Pa做離心運動BF突然變小,小球將沿軌跡Pa做離心運動CF突然變大,小球將沿軌跡Pb做離心運動DF突然變小,小球將沿軌跡Pc逐漸靠近圓心【解析】F突然消失時,小球將沿該時刻線速度方向,即沿軌跡Pa做離心運動,選項A正確;F突然變小時,小球將會沿軌跡Pb做離心運動,選項B、D均錯誤;F突然變大時,小球將沿軌跡Pc做近心運動,選項C錯誤【答案】A3(2016玉林高一檢測)物體m用細繩通過光滑的水平板上的小孔與裝有細沙的漏斗M相連,并且正在做勻速圓周運動,如圖245所示,如果緩慢減小M的質量,則物體的軌道半徑r、角速度變化情況是() 【導學號:02690024】圖245Ar不變,變小Br增大,減小Cr減小,增大 Dr減小,不變【解析】細繩拉力提供物體m做圓周運動需要的向心力,當緩慢減小M時,對m的拉力減小,拉力不足以提供向心力,物體m做離心運動,運動半徑r增大,由牛頓第二定律得MgTm2r,因為細繩拉力T減小,半徑r增大,因此減小,選項B正確【答案】B離心運動的分析技巧1物體所受的合外力是否滿足物體做圓周運動所需要的向心力,即“提供”是否滿足“需求”物體做圓周運動所需要的向心力越大,物體就越容易發(fā)生離心現(xiàn)象2離心現(xiàn)象是做圓周運動的物體所受合力減小或合力突然消失所致的現(xiàn)象,而不是離心力大于向心力的緣故3當提供向心力的合力大于需要的向心力(F合m2r)時,物體將做“近心運動”離 心 現(xiàn) 象 的 應 用 與 防 止1應用:制造水泥涵管、離心式水泵、離心真空泵、離心分離器、洗衣機甩干衣物等2危害及防止:車輛轉彎時易出現(xiàn)交通事故,彎道處,要對車輛限速高速旋轉的砂輪或飛輪破裂,會因碎片飛出造成事故,所以要對轉動的物體限定轉速1洗衣機的脫水筒里利用了離心運動()2公路轉彎處路面外高內低是利用了離心現(xiàn)象()3轉動的砂輪要求限定轉速是為了防止離心現(xiàn)象造成事故()(1)路滑時,汽車轉彎時為什么要減速?(2)離心運動是離心力大于向心力嗎?(3)離心現(xiàn)象和近心現(xiàn)象中受力有何特點?【提示】(1)根據(jù)Fm,速度越大,需要的向心力越大,汽車越容易側滑,故路滑時汽車轉彎要減速(2)離心運動,是圓周運動需要的向心力大于外界提供的指向圓心的合外力(3)離心現(xiàn)象是F合m.如圖246所示,一群小朋友正在旋轉盤上玩耍探討1:在旋轉盤上,開始時有的人離轉軸近一些,有的人離轉軸遠一些當旋轉盤加速時,哪些人更容易滑出去,為什么?圖246【提示】在旋轉盤上,人與旋轉盤一起轉動,人與轉盤間的靜摩擦力提供向心力,當最大靜摩擦力不足以提供向心力時,人便開始滑動(近似認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)當人開始滑動時,有mgmr2,即gr2,故可知r越大越容易滑動,所以離轉軸越遠的人越容易滑動探討2:要防止離心現(xiàn)象發(fā)生,該采取哪些措施呢?【提示】(1)減小物體運動的速度,增加圓周運動的半徑,使物體做圓周運動時所需的向心力減小(2)增大合外力,使其達到物體做圓周運動時所需的向心力1離心現(xiàn)象的防止(1)防止方法:減小物體運動的速度,使物體做圓周運動時所需的向心力減小增大合外力,使其達到物體做圓周運動時所需的向心力(2)常見實例:汽車、火車在彎道要限速,轉動砂輪、飛輪要限速2常見的兩種離心運動項目實物圖原理圖現(xiàn)象及結論洗衣機脫水筒當水滴受到物體的附著力F不足以提供向心力時,即Fm2r,水滴做離心運動汽車在水平路面上轉彎當最大靜摩擦力不足以提供向心力時,即fmaxm,汽車做離心運動4(2016溫州高一檢測)下列哪個現(xiàn)象利用了物體的離心運動()A車轉彎時要限制速度B轉速很高的砂輪半徑不能做得太大C在修筑鐵路時,轉彎處軌道的內軌要低于外軌D離心水泵工作時【解析】車輛轉彎時限速、修筑鐵路時彎道處內軌低于外軌都是為了防止因為離心運動而發(fā)生側翻事故,轉速很高的砂輪半徑不能做得太大也是為了防止因離心運動而將砂輪轉壞離心水泵工作是運用了水的離心運動規(guī)律,選項D正確【答案】D5(2016石家莊高一檢測)汽車在水平地面上轉彎,地面對車的摩擦力已達到最大值當汽車的速率增大到原來的二倍時,若使車在地面轉彎時仍不打滑,汽車的轉彎半徑應() 【導學號:02690025】A增大到原來的二倍B減小到原來的一半C增大到原來的四倍D減小到原來的四分之一【解析】汽車在水平路面上轉彎,向心力由靜摩擦力提供設汽車質量為m,汽車與路面的動摩擦因數(shù)為,汽車的轉彎半徑為r,則mgm,由此得rv2,速率增大到原來的二倍,故轉彎半徑應增大到原來的四倍,C項正確【答案】C6洗衣機的脫水筒在工作時,有一衣物附著在豎直的筒壁上,則此時()A衣物受重力和摩擦力作用B衣物隨筒壁做圓周運動的向心力由摩擦力提供C筒壁的彈力隨筒的轉速的增大而增大D筒壁對衣物的摩擦力隨筒的轉速的增大而增大【解析】對衣物研究:豎直方向受重力和摩擦力的作用且fmg,摩擦力f不變,水平方向受彈力的作用,A、D錯;衣物隨筒壁做圓周運動的向心力由彈力提供,由Nm2r可知當角速度增大時,彈力N增大,B錯,C對【答案】C離心現(xiàn)象的三點注意(1)在離心現(xiàn)象中并不存在離心力,是外力不足以提供物體做圓周運動所需的向心力而引起的,是慣性的一種表現(xiàn)形式(2)做離心運動的物體,并不是沿半徑方向向外遠離圓心(3)物體的質量越大,速度越大(或角速度越大),半徑越小時,圓周運動所需要的向心力越大,物體就越容易發(fā)生離心現(xiàn)象- 配套講稿:
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