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mrω2)的大小關系決定．(如圖243所示) 圖243 (1)若F＝mrω2(或m)即“提供”滿足“需要”，物體做圓周運動． (2)若F＞mrω2(或m)，即“提供”大于“需要”，物體做半徑變小的近心運動． (3)若F＜mrω2(或m)，即“提供”不足，物體做離心運動． (4)若F＝0，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】 B 2．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244 A．F突然消失，小球將沿軌跡Pa做離心運動 B．F突然變小，小球將沿軌跡Pa做離心運動 C．F突然變大，小球將沿軌跡Pb做離心運動 D．F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】 A 3．(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ω變化情況是( ) 【導學號：02690024】 圖245 A．r不變，ω變小 B．r增大，ω減小 C．r減小，ω增大 D．r減小，ω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Mg＝T＝mω2r，因為細繩拉力T減小，半徑r增大，因此ω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?。蚝狭ν蝗幌碌默F(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>mω2r)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F＝m，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
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