学年高中物理必修2教学案第四章 第4节 离Word格式文档下载.docx
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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?
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?
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=mω2r,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=mrω2或F合=
,物体做匀速圆周运动,即“提供”满足“需要”。
(2)若F合>
mrω2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<
mrω2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0<F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ω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442
A.当转台的角速度变为1.5ω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1.5ω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0.5ω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0.5ω时,木块A将沿图乙中的c方向运动
选BD 木块A以角速度ω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F<
mω2r,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fmax<
m
,汽车做离心运动
用离心机把体温计的水银甩回玻璃泡中
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)防止方法:
①减小物体运动的速度,使物体做圆周运动时所需的向心力减小。
②增大合外力,使其达到物体做圆周运动时所需的向心力。
(2)常见实例:
汽车、火车在弯道要限速,转动砂轮、飞轮要限速。
[典例] (多选)离心干燥器的金属网笼(如图443所示)是利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉的装置。
以下关于离心干燥器的说法中正确的是( )
图443
A.水滴随物体一起做圆周运动时,水滴与物体间的附着力提供水滴所需的向心力
B.水滴随物体一起做圆周运动时,水滴的重力提供水滴所需的向心力
C.网笼转动越快,水滴做圆周运动所需的向心力越大
D.当水滴与物体间的附着力不足以提供水滴所需的向心力时,水滴将做离心运动
[思路点拨] 以水滴为研究对象,分析水滴做圆周运动所需向心力的来源。
[解析] 水滴随物体一起做圆周运动时,水滴与物体间的附着力提供水滴所需的向心力。
当网笼转得较慢时,水滴与物体间的附着力足以提供所需的向心力,使水滴做圆周运动;
网笼转动加快时,根据向心力公式F=mω2r可知,水滴所需的向心力将增大,当水滴与物体间的附着力不足以提供水滴所需的向心力时,水滴做离心运动,穿过网孔,飞到网笼外面。
故选项A、C、D正确。
[答案] ACD
在分析实际的离心现象时,关键是找出向心力,抓住现象的本质,把实际运动抽象成一个理想化的圆周运动来处理。
1.市内公共汽车在到达路口转弯前,车内广播中就会播放录音:
“乘客们请注意,前面车辆转弯,请拉好扶手。
”这样做的目的是( )
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
选C 汽车转弯时,车内的乘客也随之做圆周运动,坐着的乘客受到座椅的摩擦力和弹力,一般足够提供向心力;
站着的乘客若不拉好扶手,则受到的力不足以提供向心力,乘客将做离心运动,实际表现就是向转弯的外侧倾倒。
故选项C正确。
2.试管中装了血液,封住管口后,将此管固定在转盘上,如图444所示,当转盘以一定角速度转动时( )
图444
A.血液中密度大的物质将聚集在管的外侧
B.血液中密度大的物质将聚集在管的内侧
C.血液中密度大的物质将聚集在管的中央
D.血液中的各物质仍均匀分布在管中
选A 血液中密度大的物质在试管中间位置处做圆周运动所需的向心力大于血液中密度小的物质做圆周运动所需的向心力,故试管中密度大的物质会因做离心运动而聚集在管的外侧,A正确。
3.某游乐场中的赛车场地为圆形,半径为r=100m,一赛车和乘客的总质量为m=100kg,车轮与地面间的最大静摩擦力为fm=600N。
(1)若赛车的速度达到v=72km/h,则赛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θ=30°
,并假设车轮和地面之间的最大静摩擦力不变,为保证赛车的行驶安全,赛车最大行驶速度应为多大?
(g取10m/s2)
(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F=m
=400N<600N,所以赛车在运动过程中不会发生侧滑。
(2)若将场地建成外高内低的圆形,则赛车做圆周运动的向心力由重力mg、支持力N和静摩擦力f的合力提供,如图所示为赛车做圆周运动的后视图
(赛车正垂直纸面向里运动)。
赛车以最大速度行驶时,地面对赛车的摩擦力为最大静摩擦力,由牛顿第二定律可知水平方向:
Nsinθ+fmcosθ=m
竖直方向:
Ncosθ-fmsinθ-mg=0
由以上两式解得vm=
=35.6m/s。
答案:
(1)不会
(2)35.6m/s
1.关于离心运动,下列说法中正确的是( )
A.物体突然受到向心力的作用,将做离心运动
B.做匀速圆周运动的物体,当提供向心力的合外力突然变大时,将做离心运动
C.做匀速圆周运动的物体,只要提供向心力的合外力的数值发生变化,就将做离心
运动
D.做匀速圆周运动的物体,当提供向心力的合外力突然消失或变小时将做离心运动
选D 物体做什么运动取决于物体所受合外力与物体所需向心力的关系,当合外力大于其所需要的向心力时,物体向着圆心运动;
当合外力小于所需要的向心力时,物体做离心运动,故D正确。
2.在水平面上转弯的摩托车,向心力是( )
A.重力和支持力的合力
B.静摩擦力
C.滑动摩擦力
D.重力、支持力、牵引力的合力
选B 摩托车转弯时,摩托车受重力、地面支持力和地面对它的摩擦力三个力的作用,重力和地面支持力沿竖直方向,二力平衡,由于轮胎不打滑,摩擦力为静摩擦力,来充当向心力。
综上所述,选项B正确。
3.(多选)如图1所示,洗衣机的甩干筒在转动时有一衣服附在筒壁上,则此时( )
图1
A.衣服受重力、筒壁的弹力和摩擦力
B.衣服随筒壁做圆周运动的向心力是摩擦力
C.筒壁的弹力随筒的转速的增大而增大
D.筒壁对衣服的摩擦力随转速的增大而增大
选AC 衣服受到重力、筒壁的弹力和摩擦力的作用,故A正确;
衣服随筒壁在水平面内做圆周运动,筒壁的弹力提供向心力,故B错误;
因N=mrω2,所以筒壁的弹力随筒的转速的增大而增大,故C正确;
衣服在竖直方向的合外力等于零,所以筒壁对衣服的摩擦力大小始终等于重力,不随转速变化,故D错误。
4.(多选)在铁路转弯处,往往使外轨略高于内轨,这是为了( )
A.减轻火车轮子对外轨的挤压
B.减轻火车轮子对内轨的挤压
C.使火车车身倾斜,利用重力和支持力的合力提供转弯所需向心力
D.限制火车向外脱轨
选ACD 铁路转弯处,若内外轨一样高,重力和轨道的支持力沿竖直方向,不能提供水平拐弯所需的向心力,是靠挤压外轨获得外轨指向弯道内侧的侧压力提供向心力,所以可使外轨略高于内轨,利用重力和支持力的合力提供向心力,减轻对外轨的挤压,也一定程度上限制了火车向外脱轨,A、C、D对。
5.(多选)有一水平的转盘在水平
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