离心现象与STS.doc

离心现象与STS汪志杰湖北省仙桃中学 湖北 仙桃 433000图 1 F0Fmr2Fmr2当物体所受外力的合力（或合力沿半径方向的分力）正好提供物体做圆周运动所需的向心力时，物体做圆周运动。原先做圆周运动的物体，在合力突然消失或不足以提供所需的向心力时，会做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动（如图1所示）。其中有两种情况：F法0，沿切线离开圆心.F法m，沿曲线远离圆心.生活中经常会见到离心现象。离心运动并非只是带来危害，相反，离心现象在生活、生产和科技中应用很广泛。下面就离心现象中与STS有关的习题举例如下：一、离心节速器图 2例1 离心节速器的构造如图2所示：在竖直轴顶部的小盘上，连有两个金属杆，杆的末端各有一个金属球。转轴上套有可以上下滑动的金属滑环，滑环上有支杆与两重球的金属杆相连接。轴的顶端与滑环之间套有可伸缩的弹簧。转轴静止时，二重球下垂与转轴并拢，套在轴上的弹簧伸展。转动后，重球做离心运动而飞起，压缩轴上弹簧。转速增大时，重球的旋转半径增大，滑环上升，反之下降。如果利用卡在滑环中的连杆与节流阀相连，控制机器的进气量，就可以达到调节转速的目的。已知两金属杆长均为20cm，电机在运动转时，两金属杆与竖直转轴之间夹角为60，求此时节速器的转速为多少?FF向mg图 3解析 对重球受力分析如图3所示，由几何关系知：R=Lsin60 F向=mgtan60=mr2 又 2n 联立解得点评 （1）本题常见错误是小球受到三个力的作用：重力、金属杆拉力和向心力。错误原因：把向心力看做是一个与重力、弹力、摩擦力地位等同的、独立的、特殊的力，造成受力分析中人为添力。其实，按力的作用效果命名的向心力是物体实际所受到的某一个力或某几个力的合力，也可以是某个力的分力。(2) 当重球和转轴一起匀速转动时，找准重球的半径和圆心，边不要错误地认为重球做圆周运动的圆心在转轴最上端。(3)对描述匀速圆周运动快慢的物理量，、v、T、f、n之间的关系应在理解的基础上牢牢记住。二、离心试验器图 4AB例2 宇宙飞船中的宇航员需要在航天之前进行多种训练，其中图4是离心试验器的原理图。可以用此试验研究过荷对人体的影响，测量人体的抗荷能力。离心试验器转动时，被测者做匀速圆周运动。现观测到图中的直线AB（线AB与舱底垂直）与水平杆成30角，则被测者对座位的压力是他所受重力的多少倍？xmgyFNO图 5解析 离心试验器中的人受重力和弹力的作用，两个力的合力（或弹力沿水平方向的分力）提供人随离心器做圆周运动的向心力。人体受力分析如图5所示。在竖直方向 FNsin30mg，在水平方向 FNcos30mr2，由以上两式可得 FN2mg。由牛顿第三定律可知，人对座位的压力是其重力的2倍。点悟 对于离心运动类问题的分析和计算，其实质仍是向心力的分析计算问题。三、离心沉淀例3 如图6所示，医学上常用离心分离器加速血液的沉淀，其“下沉”的加速度可这样表示：，而普遍方法靠“重力沉淀”产生的加速度为，式子中0、分别为液体密度和液体中固体颗粒的密度，r表示试管中心到转轴的距离，为转轴角速度，由以上信息回答：图 6（1）当满足什么条件时，“离心沉淀”比“重力沉淀”快？（2）若距离r=0.2m，离心机转速n=3000r/min，求a:a.（取g=10m/s2，2=10）解析 （1）比较两个加速度a和a可知：只要r2g，即，离心沉淀就比重力沉淀快。（2）由角速度则可见离心沉淀比重力沉淀快得多。点评 题中研究的“离心沉淀”是离心分离器的工作原理，高速旋转的离心分离器能将混在一起的密度不同的物质微粒分离出来。在科技和生产中有广泛的应用。另外，对于这类“信息题”应当认真分析题中所给的信息，提炼出有用的信息，排除干扰信息，把有用信息通过抽象转化成物理模型。同学们在解有关离心运动的题目时，要特别注意：物体做离心运动，并非受到“离心力”的作用，事实上，“离心力”根本就不存在，因为无论如何也找不到所谓“离心力”的施力物体。发生离心运动的根本原因