2017高中創(chuàng)新設計物理粵教版必修2學案 3 離心現(xiàn)象及其應用

1、目標定位1.通過生活現(xiàn)象了解離心運動實例.2.知道物體做離心運動的條件.3.通過實例分析了解離心運動的應用與防止一、離心現(xiàn)象1定義：做圓周運動的物體，在所受合力突然消失或不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就會做逐漸遠離圓心的運動現(xiàn)象2實質(zhì)：離心運動的實質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)做圓周運動的物體，由于本身的慣性，總有沿圓周切線飛出去的傾向，它之所以沒有飛出是因為向心力持續(xù)地把物體拉到圓周上來，使物體與圓心的距離保持不變?nèi)绻蛐牧ν蝗幌Щ虿蛔?，物體就會發(fā)生離心運動3離心運動、近心運動的判斷：物體做圓周運動、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1所示

2、圖1(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(填“大”或“小”)的近心運動(3)若Fmr2(或m)，即“提供”不足，物體做半徑變大(填“大”或“小”)的離心運動(4)若F0，物體做離心運動，并沿切線方向飛出【深度思考】如圖2所示，鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會飛出汽車高速轉(zhuǎn)彎時，若摩擦力不足，汽車會滑出路面圖2(1)鏈球飛出、汽車滑出是因為受到了離心力嗎？(2)物體做離心運動的條件是什么？答案(1)不是，離心力實際并不存在(2)當向心力突然消失或合外力不足以提供所需向心力時，物體做離心運動【例1】下列

3、關于離心現(xiàn)象的說法中正確的是()A當物體所受的離心力大于向心力時產(chǎn)生離心現(xiàn)象B做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都消失時，它將做背離圓心的圓周運動C做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都突然消失時，它將沿切線做直線運動D做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都突然消失時，它將做曲線運動答案C解析離心運動問題的分析技巧：(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“需要”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時所發(fā)生的現(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

4、需要的向心力(F合>m2r)時，物體將做“近心運動”【例2】如圖3所示，光滑水平面上，質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運動若小球運動到P點時，拉力F發(fā)生變化，下列關于小球運動情況的說法中正確的是()圖3A若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動B若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動C若拉力突然消失，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運動D若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運動答案BC解析若拉力突然變大，則小球?qū)⒆鼋倪\動，不會沿軌跡Pb做離心運動，A錯誤；若拉力突然變小，則小球?qū)⒆鲭x心運動，但由于力與速度有一定的夾角，故小球?qū)⒆銮€運動，B正確，D錯誤；若拉力突然消失，則小球?qū)⒀刂?/p>

5、P點處的切線運動，C正確二、離心現(xiàn)象的應用1常見幾種離心運動對比圖示項目實物圖原理圖現(xiàn)象及結(jié)論洗衣機脫水筒當水滴跟物體的附著力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(zhuǎn)彎當最大靜摩擦力不足以提供向心力時，即fmaxm，汽車做離心運動用離心機把體溫計的水銀甩回玻璃泡中當離心機快速旋轉(zhuǎn)時，縮口處對水銀柱的阻力不足以提供向心力時，水銀柱做離心運動進入玻璃泡內(nèi)2.離心運動問題的分析思路：(1)對物體進行受力分析，確定給物體提供向心力的合力F合(2)根據(jù)物體的運動，計算物體做圓周運動所需的向心力F向m2rm(3)比較F合與F向的關系，確定物體運動的情況【深度思考】(1)在公路轉(zhuǎn)彎

6、處，為什么有限速的警示標志？(2)轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪是否需要限速？答案(1)在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時所需要的向心力是由車輪與路面間的靜摩擦力提供的如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，所需向心力F大于最大靜摩擦力fmax，汽車將做離心運動而造成車體側(cè)滑，因此在公路轉(zhuǎn)彎處汽車必須限速(2)轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪需要限速：轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等，都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速過高，砂輪、飛輪內(nèi)部分子間的作用力不足以提供所需的向心力時，離心運動會使它們破裂，甚至釀成事故【例3】市內(nèi)公共汽車在到達路口轉(zhuǎn)彎前，車內(nèi)廣播中就要播放錄音：“乘客們請注意，前面車輛轉(zhuǎn)彎，請拉好扶手”這樣可以()A提醒包括坐著和站著的全體乘客均拉好

7、扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向前傾倒B提醒包括坐著和站著的全體乘客均拉好扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向后傾倒C主要是提醒站著的乘客拉好扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向轉(zhuǎn)彎的外側(cè)傾倒D主要是提醒站著的乘客拉好扶手，以免車輛轉(zhuǎn)彎時可能向轉(zhuǎn)彎的內(nèi)側(cè)傾倒答案C解析汽車轉(zhuǎn)彎時，車內(nèi)乘客隨車做圓周運動，需要向心力，不拉好扶手，站著的乘客可能無法提供足夠的向心力而做離心運動，向外側(cè)傾倒【例4】如圖4所示，兩個質(zhì)量均為m的小木塊a和b(可視為質(zhì)點)放在水平圓盤上，a與轉(zhuǎn)軸OO的距離為l，b與轉(zhuǎn)軸的距離為2l.木塊與圓盤的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍，重力加速度大小為g.若圓盤從靜止開始繞轉(zhuǎn)軸緩慢地加速轉(zhuǎn)動，用表示圓盤轉(zhuǎn)

8、動的角速度，下列說法正確的是()圖4Ab一定比a先開始滑動Ba、b所受的摩擦力始終相等C 是b開始滑動的臨界角速度D當 時，a所受摩擦力的大小為kmg答案AC解析最大靜摩擦力相等，而b需要的向心力較大，所以b先滑動，A項正確；在未滑動之前，a、b各自受到的摩擦力等于其向心力，因此b受到的摩擦力大于a受到的摩擦力，B項錯誤；b處于臨界狀態(tài)時，kmgm2·2l， ，C項正確；當 時，對a：fml2mlkmg，D項錯誤1(離心現(xiàn)象)關于離心運動，下列說法中正確的是()A物體一直不受外力作用時，可能做離心運動B做勻速圓周運動的物體，在外界提供的向心力突然變大時做離心運動C做勻速圓周運動的物體

9、，只要向心力的數(shù)值發(fā)生變化就將做離心運動D做勻速圓周運動的物體，當外界提供的向心力突然消失或數(shù)值變小時將做離心運動答案D解析物體一直不受外力作用，物體應保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，選項A錯誤；做勻速圓周運動的物體，所受的合外力等于物體做勻速圓周運動的向心力，當外界提供的合外力增大時，物體所需的向心力并沒有增大，物體將做近心運動，選項B錯誤；做勻速圓周運動的物體，向心力的數(shù)值發(fā)生變化，物體可能仍做圓周運動，例如變速圓周運動，也可能做近心運動或離心運動，選項C錯誤；根據(jù)離心運動的條件可知，選項D正確2 (離心現(xiàn)象的應用和防止)(多選)如圖5是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時的情形，轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低，摩托

10、車轉(zhuǎn)彎有一個最大安全速度，若超過此速度，摩托車將發(fā)生滑動對于摩托車滑動的問題，下列論述正確的是()圖5A摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力作用B摩托車所受外力的合力小于所需的向心力C摩托車將沿其線速度的方向與半徑向外的方向之間做離心運動D摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去答案BC解析摩托車只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒有離心力，A項錯誤；摩托車正確轉(zhuǎn)彎時可看作是做勻速圓周運動，所受的合力等于向心力，如果向外滑動，說明合力小于需要的向心力，B項正確；摩托車將在沿線速度方向與半徑向外的方向之間做離心曲線運動，C項正確，D項錯誤3(離心現(xiàn)象的理解及應用)一輛質(zhì)量為2×103 kg

11、的汽車在水平公路上行駛，經(jīng)過半徑為R50 m的彎道時，如果車速為v20 m/s，這輛車會不會發(fā)生事故？已知輪胎與地面間的最大靜摩擦力為重力的.(g取10 m/s2)答案會出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，發(fā)生交通事故解析方法一比較速率因為最大靜摩擦力fmaxmg0.7×2×103×10 N1.4×104 N當汽車以R50 m的半徑轉(zhuǎn)彎時，由F可知其最大速率vmax m/s18.7 m/s因為v20 m/s>vmax18.7 m/s，所以汽車轉(zhuǎn)彎時會出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，發(fā)生交通事故方法二比較半徑因為fmax1.4×104 N，汽車以v20 m/s的速率轉(zhuǎn)彎，其最小半

12、徑為Rmin由Fm可得Rmin57.1 m因為R50 m<Rmin57.1 m，所以汽車以20 m/s的速率行駛在半徑R50 m的彎道上會出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，發(fā)生交通事故方法三比較力的大小汽車以v20 m/s的速率經(jīng)過R50 m的彎道時，需要的向心力F N1.6×104 N而輪胎與地面間的最大靜摩擦力fmaxmg1.4×104 N因為F>fmax，所以fmax不足以提供汽車做圓周運動的向心力，會出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，發(fā)生交通事故題組一對離心現(xiàn)象的理解1物體做離心運動時，運動軌跡()A一定是直線 B一定是曲線C可能是直線也可能是曲線 D可能是一個圓答案C2(多選)在人們經(jīng)常見到

13、的以下現(xiàn)象中，屬于離心現(xiàn)象的是()A舞蹈演員在表演旋轉(zhuǎn)動作時，裙子會張開B在雨中靜止的傘面上的雨水會很快地沿傘面運動，到達邊緣后雨水將做曲線運動C滿載黃沙或石子的卡車，在急轉(zhuǎn)彎時，部分黃沙或石子會被甩出D守門員把足球踢出后，球在空中沿著弧線運動答案AC解析裙子張開屬于離心現(xiàn)象，靜止傘上的雨水受重力作用，沿傘面向下運動，到達邊緣后將做斜向下拋運動，黃沙或石子是因為受到的力不夠提供向心力而做離心運動，守門員踢出足球，球在空中沿著弧線運動是因為足球在力的作用下運動，不是離心現(xiàn)象3試管中裝了血液，封住管口后，將此管固定在轉(zhuǎn)盤上，如圖1所示，當轉(zhuǎn)盤以一定角速度轉(zhuǎn)動時()圖1A血液中密度大的物質(zhì)將聚集在管

14、的外側(cè)B血液中密度大的物質(zhì)將聚集在管的內(nèi)側(cè)C血液中密度大的物質(zhì)將聚集在管的中央D血液中的各物質(zhì)仍均勻分布在管中答案A解析密度大，則同體積的物質(zhì)其質(zhì)量大，由Fmr2可知其需要的向心力大，將做離心運動，A對4如圖2所示，在勻速轉(zhuǎn)動的水平圓盤上，沿半徑方向放著用細線相連的質(zhì)量相等的兩個物體A和B，它們與盤間的動摩擦因數(shù)相同，當圓盤轉(zhuǎn)速加快到兩物體剛好還未發(fā)生滑動時，燒斷細線，則兩個物體的運動情況是()圖2A兩物體均沿切線方向滑動B兩物體均沿半徑方向滑動，離圓盤圓心越來越遠C兩物體仍隨圓盤一起做勻速圓周運動，不會發(fā)生滑動D物體B仍隨圓盤一起做勻速圓周運動，物體A發(fā)生滑動，離圓盤圓心越來越遠答案D解析A

15、、B兩物體剛好還未發(fā)生滑動時，A、B所受摩擦力都達到最大摩擦力fmax，A、B受力情況如圖A、B兩物體剛好還未發(fā)生滑動時，物體A需要的向心力FAfmaxTm2rA，物體B需要的向心力FBfmaxTm2rB，因此FAFB，燒斷細線后，細線上拉力T消失，對A有fmaxm2rA，物體A做離心運動；對B有fmaxm2rB，物體B隨盤一起轉(zhuǎn)動，選項D正確其他選項均錯題組二離心現(xiàn)象的應用5(多選)為了防止物體做離心運動而造成損失，下列做法正確的()A汽車轉(zhuǎn)彎時要限定速度B洗衣機轉(zhuǎn)動給衣服脫水C轉(zhuǎn)速較高的砂輪半徑不宜太大D將砂糖熔化，在有孔的盒子中旋轉(zhuǎn)制成“棉花糖”答案AC解析汽車轉(zhuǎn)彎時車速過大，靜摩擦力不

16、足以提供所需的向心力，會發(fā)生側(cè)滑，造成交通事故，所以要限速，A正確；半徑大、轉(zhuǎn)速高的砂輪，所需向心力大，砂輪會發(fā)生破裂傷人，C正確；B、D是離心運動的利用6如圖3所示，洗衣機脫水筒在轉(zhuǎn)動時，衣服貼靠在勻速轉(zhuǎn)動的圓筒內(nèi)壁上而不掉下來，則衣服()圖3A受到重力、彈力、靜摩擦力和離心力四個力的作用B所需的向心力由重力提供C所需的向心力由彈力提供D轉(zhuǎn)速越快，彈力越大，摩擦力也越大答案C解析衣服只受重力、彈力和靜摩擦力三個力作用，A錯；衣服做圓周運動的向心力為它所受到的合力，由于重力與靜摩擦力平衡，故彈力提供向心力，即Nmr2，轉(zhuǎn)速越大，N越大C對，B、D錯7下列哪個現(xiàn)象利用了物體的離心運動()A火車轉(zhuǎn)

17、彎時要限制速度B轉(zhuǎn)速很高的砂輪半徑不能做得太大C在修筑鐵路時，轉(zhuǎn)彎處軌道的內(nèi)軌要低于外軌D離心水泵工作時答案D8某同學在進行課外實驗時，做了一個“人工漩渦”的實驗，取一個裝滿水的大盆，用手掌在水中快速轉(zhuǎn)動，就在水盆中形成了“漩渦”，隨著手掌轉(zhuǎn)動越來越快，形成的漩渦也越來越大，如圖4所示則關于漩渦形成的原因，下列說法中正確的是()圖4A由于水受到向心力的作用B由于水受到合外力的作用C由于水受到離心力的作用D由于水做離心運動答案D解析水在手的撥動下做圓周運動，當水轉(zhuǎn)動越來越快時，需要的向心力也越來越大，當其所需的向心力大于所受合外力時，即做離心運動，故選項D正確9(多選)為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)

18、彎時出現(xiàn)“打滑”的現(xiàn)象，可以()A增大汽車轉(zhuǎn)彎時的速度B減小汽車轉(zhuǎn)彎時的速度C增大汽車與路面間的摩擦D減小汽車與路面間的摩擦答案BC10 (多選)如圖5所示，水平轉(zhuǎn)盤上的A、B、C三處有三塊可視為質(zhì)點的由同一種材料做成的正方體物塊B、C處物塊的質(zhì)量相等且為m，A處物塊的質(zhì)量為2m；點A、B與軸O的距離相等且為r，點C到軸O的距離為2r，轉(zhuǎn)盤以某一角速度勻速轉(zhuǎn)動時，A、B、C處的物塊都沒有發(fā)生滑動現(xiàn)象，下列說法中正確的是()圖5AC處物塊的向心加速度最大BA處物塊受到的靜摩擦力最小C當轉(zhuǎn)速增大時，最先滑動起來的是C處的物塊D當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時，最后滑動起來的只是A處的物塊答案AC解析A、B、C處的滑塊沒有發(fā)生滑動時角速度相同，由a2r知C處物塊的向心加速度最大，選項A正確；由fFm2r知B處的物塊的靜摩擦力最小，選項B錯；因fmaxmg，所以當轉(zhuǎn)速增大時，C處的物塊最先滑動，當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大時，A、B一塊滑動，選項C正確，選項D錯題組三綜合應用11圖6是離心實驗器的原理圖，可以用此實驗研