高中物理 第2章 研究圆周运动 2.4 研究离心现象及其应用课件 沪科版必修2.ppt

2 4研究离心现象及其应用 第2章研究圆周运动 学习目标 1 了解生活中的离心现象 2 理解离心现象产生的原因 3 知道离心现象的危害和应用 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 一 离心现象 1 离心现象 做圆周运动的物体 在某种情况下会脱离圆周做圆心的运动 这种现象称为离心现象 2 产生离心现象的原因 所受向心力突然消失 或所受到的指向圆心的合外力所需向心力 3 离心运动的本质 做圆周运动的物体 由于本身的 总有沿着圆周的方向飞离的倾向 离开 小于 惯性 切线 二 离心现象的应用和防止 1 离心现象的应用和防止 水泥涵管的制作 离心式水泵 离心式真空泵 离心分离器 2 离心现象的防止 砂轮加防护罩等 转弯限速 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 做离心运动的物体一定受到离心力的作用 2 离心运动是沿半径向外的运动 3 离心运动是物体惯性的表现 4 离心运动的运动轨迹一定是直线 答案 2 下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是a 水滴受离心力作用 而沿背离圆心的方向甩出b 水滴受到向心力 由于惯性沿切线方向甩出c 水滴受到的离心力大于它受到的向心力 从而沿切线方向甩出d 水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力 于是沿切线方向甩出 解析物体做离心运动是因为实际所受合力小于所需向心力 物体沿切线方向飞出 故d正确 解析 答案 重点探究 导学探究 设质量为m的物体 沿半径为r的圆周做匀速圆周运动 线速度为v 运动中受到指向圆心的外力的合力为f 如图1所示 1 如果合外力f恰好等于向心力 即f f向心 物体将怎样运动 一 离心现象的理解 图1 答案物体做匀速圆周运动 答案 2 如果运动中合外力f突然消失 即f 0 物体将怎样运动 答案物体沿切线方向做匀速直线运动 3 假设运动中合外力f减小了 即f f向心 以致它不足以提供做线速度为v 半径为r的圆周运动所需的向心力 你能推测出物体的运动轨迹吗 答案物体做曲线运动 离圆心的距离越来越远 答案 知识深化 1 对离心运动的理解 1 离心运动并非沿半径飞出的运动 而是运动半径越来越大的运动或沿切线方向飞出的运动 2 离心运动的本质是物体惯性的表现 并不是受到了 离心力 的作用 2 合外力与向心力的关系 做离心运动的物体并非受到离心力的作用 而是合外力不足以提供向心力的结果 具体来看合外力与向心力的关系如图2所示 图2 4 若f合 0 则物体沿切线方向做直线运动 例1如图3所示是摩托车比赛转弯时的情形 转弯处路面常是外高内低 摩托车转弯有一个最大安全速度 若超过此速度 摩托车将发生滑动 关于摩托车滑动的问题 下列论述正确的是a 摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用b 摩托车所受外力的合力小于所需的向心力c 摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去d 摩托车将沿其半径方向沿直线滑去 答案 图3 解析 解析摩托车只受重力 地面支持力和地面的摩擦力作用 没有离心力 a项错误 摩托车正常转弯时可看做匀速圆周运动 所受的合外力等于向心力 如果向外滑动 说明提供的向心力即合外力小于需要的向心力 b项正确 摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动 c d项错误 针对训练用绳子拴一个小球在光滑的水平面上做匀速圆周运动 当绳子突然断了以后 小球的运动情况是a 沿半径方向接近圆心b 沿半径方向远离圆心c 沿切线方向做直线运动d 仍维持圆周运动 答案 解析 解析当绳子断了以后 向心力消失 小球做离心运动 由于惯性 小球沿切线方向做直线运动 选项a b d错误 c正确 导学探究 1 请简述洗衣机脱水的原理 二 离心现象的应用和防止 答案洗衣机脱水时 由于高速转动 水滴需要较大的向心力才能与衣服一起做圆周运动 当转速足够大时 衣服已无法向水滴提供足够大的附着力 作为向心力 水滴便做离心运动 离开衣服 于是衣服被脱水 答案 2 如图4所示 汽车在平直公路上行驶 转弯时由于速度过大 会偏离轨道 造成交通事故 这是什么原因呢 答案汽车转弯时所需要的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的 汽车转弯时如果速度过大 所需要的向心力就会很大 如果超过了车轮与路面间的最大静摩擦力 汽车将做离心运动脱离轨道 造成交通事故 因此 在公路弯道处汽车不允许超过规定的速度 图4 答案 知识深化 1 几种常见离心运动的对比图示 2 离心现象的防止 1 汽车在公路转弯处限速 在水平公路上行驶的汽车 转弯时所需要的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的 如果转弯时速度过大 所需向心力f大于最大静摩擦力fmax 汽车将做离心运动而造成车体侧滑 因此在公路转弯处汽车必须限速 2 转动的砂轮 飞轮限速 高速转动的砂轮 飞轮等 都不得超过允许的最大转速 如果转速过高 砂轮 飞轮内部分子间的作用力不足以提供所需的向心力时 离心运动会使它们破裂 甚至酿成事故 例2市内公共汽车在到达路口转弯前 车内广播中就要播放录音 乘客们请注意 前面车辆转弯 请拉好扶手 这样可以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 解析 答案 解析汽车转弯时 车内乘客随车做圆周运动 需要向心力 不拉好扶手 站着的乘客可能无法提供足够的向心力而做离心运动 向外侧倾倒 例3某游乐场里的赛车场地为圆形 半径为100m 一赛车和车手的总质量为100kg 轮胎与地面间的最大静摩擦力为600n g取10m s2 1 若赛车的速度达到72km h 这辆车在运动过程中会不会发生侧滑 解析 答案 解析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 答案不会侧滑 2 若将场地建成外高内低的圆形 且倾角为30 赛车的速度多大时 车手感觉不到自己有相对车的侧向的运动趋势 解析 答案 解析由题意得车手不受座椅侧向的摩擦力 于是车手只受支持力和重力 答案24m s 离心运动问题的分析思路1 对物体进行受力分析 确定提供给物体向心力的合力f合 2 根据物体的运动 计算物体做圆周运动所需的向心力f m 2r m 3 比较f合与f的关系 确定物体运动的情况 达标检测 1 离心运动的理解 如图5所示 当外界提供的向心力f mr 2时 小球恰好在 轨道上做匀速圆周运动 下列关于小球运动的说法中正确的是a 当外界提供的向心力突然消失时 小球将沿 轨道运动 这种运动不叫离心运动b 当外界提供的向心力f mr 2时 小球可能沿 轨道做离心运动c 当外界提供的向心力f mr 2时 小球可能沿 轨道做离心运动d 只要外界提供的向心力f不等于mr 2时 小球就将沿 轨道做离心运动 答案 解析 1 2 3 4 图5 解析当外界提供的向心力突然消失时 小球将沿 轨道运动做离心运动 a错误 当外界提供的向心力f mr 2时 小球可能沿 轨道做离心运动 b d错误 c正确 1 2 3 4 2 离心现象的分析和应用 多选 洗衣机脱水的原理是利用了离心运动把附着在衣服上的水分甩干 如图6是某同学用塑料瓶和电动机等自制的脱水实验原理图 但实验中发现瓶内湿毛巾甩干效果不理想 为了能甩得更干 请为该同学设计改进建议a 增加转速b 减小转速c 增大塑料瓶半径d 减小塑料瓶半径 答案 1 2 3 4 图6 3 离心现象的分析 多选 如图7所示 水平转台上放着a b c三个物体 质量分别为2m m m 离转轴的距离分别为r r 2r 与转台间的动摩擦因数相同 当转台旋转时 下列说法中正确的是a 若三个物体均未滑动 则c物体的向心加速度最大b 若三个物体均未滑动 则b物体受到的摩擦力最大c 若转速增加 则a物体比b物体先滑动d 若转速增加 则c物体最先滑动 图7 答案 解析 1 2 3 4 解析三物体都未滑动时 角速度相同 设角速度为 根据向心加速度公式a 2r 知c的向心加速度最大 选项a正确 三物体均未滑动时 三个物体受到的静摩擦力分别为 fa 2m 2r fb m 2r fc m 2 2r 所以物体b受到的摩擦力最小 选项b错误 增加转速 可知c最先达到最大静摩擦力 所以c最先滑动 a b的临界角速度相等 可知a b一起滑动 选项c错误 d正确 1 2 3 4 4 离心现象的分析和防止 高速公路转弯处弯道圆半径r 100m 汽车轮胎与路面间的动摩擦因数 0 225 若路面是水平的 假设最大静摩擦力可近似看做与滑动摩擦力相等 g取10m s2 问 1 汽车转弯时不发生径向滑动 离心现象 所许可的最大速率vm为多大 答案54km h 解析在水平路面上转弯 向心力只能由静摩擦力提供 设汽车质量为m 最大静摩擦力可