《研究离心现象及其应用》 教案 (2)

学案学案5 5 研究离心现象及其应用研究离心现象及其应用 学习目标定位 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 知识储备区知识储备区 一 离心现象 1 定义 做圆周运动的物体 在某种情况下会脱离圆周做离开圆心的运动的现象 2 本质 离心运动的本质是由于物体具有惯性 物体做圆周运动时总有沿切线方向飞 出的趋势 3 条件 所需的向心力突然消失 或所受到的指向圆心的合外力小于所需向心力时 二 离心现象的应用与防止 1 应用 制造水泥涵管 离心式水泵 离心式真空泵 离心分离器 洗衣机甩干衣物 等 2 危害及防止 车辆转变时易出现交通事故 弯道处 要对车辆限定速度 高速旋转 的砂轮或飞轮破裂 会因碎片飞出造成事故 所以要对转动的物体限定速度 学习探究区学习探究区 一 生活中的离心现象 问题设计 1 刚洗完的衣服内含有很多的水 我们把它放入洗衣机的甩干筒中 开启电动机 衣 服上的水很快被甩没了 甩干筒工作时 转速高时容易甩干衣服还是转速低时容易甩干衣 服 答案 转速高时 2 在电视上或生活中常见这样的现象 在公路转弯处 如果汽车车速过快 汽车容易 冲出道路 造成事故 尤其在下雪天 更容易发生这种事故 在汽车冲出道路时是驶向弯 道的内侧还是外侧 发生这种现象时有 离心力 作用在汽车上吗 答案 外侧 发生这种现象时 汽车受到重力和地面对它的摩擦力作用 没有 离心 力 作用 要点提炼 1 离心现象 物体逐渐远离圆心的现象 2 离心现象的本质 物体具有惯性 物体做圆周运动时总有沿切线方向飞出的趋势 二 为什么会产生离心现象 离心现象的应用 问题设计 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 图1 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 2 如果运动中合外力F突然消失 即F 0 物体将怎样运动 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 1 物体做匀速圆周运动 2 物体沿切线方向做匀速直线运动 3 物体做曲线运动 离圆心的距离越来越远 要点提炼 1 离心运动的原因 合力突然消失或不足以提供所需的向心力 而不是物体又受到了 离心力 2 合力与向心力的关系对圆周运动的影响 若F合 m 2R 物体做匀速圆周运动 若F合m 2R 物体做近心运动 3 离心运动的应用和防止 1 应用 洗衣机的甩干筒 离心制管技术 2 防止 汽车在公路转弯处必须限速行驶 转动的砂轮 飞轮的转速不能太高 典例精析典例精析 一 对离心现象的理解 例1 下列关于离心现象的说法正确的是 A 当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象 B 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都消失时 它将做背离圆心的圆周运动 C 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 它将沿切线做匀速直线 运动 D 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 它将做曲线运动 解析 向心力是按效果命名的 做匀速圆周运动的物体所需要的向心力是它所受的某 个力或几个力的合力提供的 因此 它并不受向心力和离心力的作用 它之所以产生离心 现象是由于F合 m 2R 故A错误 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 根据牛顿第一定律 它将沿切线做匀速直线运动 故C正确 B D错误 答案 C 针对训练1 如图2所示 光滑水平面上 质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运 动 若小球运动到P点时 拉力F发生变化 下列关于小球运动情况的说法中正确的是 图2 A 若拉力突然变大 小球将沿轨迹Pb做离心运动 B 若拉力突然变小 小球将沿轨迹Pb做离心运动 C 若拉力突然消失 小球将沿轨迹Pa做离心运动 D 若拉力突然变小 小球将沿轨迹Pc做近心运动 答案 BC 解析 若拉力突然变大 则小球将做近心运动 不会沿轨迹Pb做离心运动 A错误 若 拉力突然变小 则小球将做离心运动 但由于力与速度有一定的夹角 故小球将做曲线运 动 B正确 D错误 若拉力突然消失 则小球将沿着P点处的切线运动 C正确 二 离心运动问题的分析 例2 如图3所示 A B两个物体放在水平的旋转圆台上 A B与平合动摩擦因数均为 A的质量为2m B的质量为m A B距转轴的距离分别为R和2R 设最大静摩擦力等于滑 动摩擦力 当圆台旋转并且转速增大时 哪个物体先开始滑动 并求A B将要滑动时圆台 的角速度 A和 B分别为多少 图3 解析 物体随圆台做圆周运动 由静摩擦力提供向心力 则 mg m 2R 其最大角速度 由于RA Bmax 所 g R 以B先滑动 由前面分析 物体将要滑动时 物体的角速度已达到最大值 则 A B g R g 2R 答案 B先滑动 g R g 2R 针对训练2 物体m用细绳通过光滑的水平板上的小孔与装有细沙的漏斗M相连 并且正 在做匀速圆周运动 如图4所示 如果缓慢减小M的质量 则物体的轨道半径R 角速度 变 化情况是 图4 A R不变 变小 B R增大 减小 C R减小 增大 D R减小 不变 答案 B 解析 细绳拉力提供物体m做圆周运动需要的向心力 当缓慢减小M的质量时 对m的拉 力减小 拉力不足以提供向心力 物体m做离心运动 运动半径R增大 由牛顿第二定律得M g T m 2R 因为细绳拉力T减小 半径R增大 因此 减小 选项B正确 课堂要点小结课堂要点小结 离心现象Error 自我检测区自我检测区 1 对离心现象的理解 下面关于离心运动的说法 正确的是 A 物体做离心运动时将离圆心越来越远 B 物体做离心运动时其运动轨迹一定是直线 C 做离心运动的物体一定不受外力作用 D 做匀速圆周运动的物体所受合力大小改变时将做离心运动 答案 A 解析 物体远离圆心的运动就是离心运动 故A正确 物体做离心运动时其运动轨迹可 能是曲线 故B错误 当做圆周运动的物体所受合外力提供的向心力不足时就做离心运动 合外力等于零仅是物体做离心运动的一种情况 故C错误 当物体所受指向圆心的合力增大 时 将做近心运动 故D错误 2 离心现象的防止和应用 关于离心现象 下列说法不正确的是 A 脱水桶 离心分离器是利用离心现象工作的 B 汽车转弯时限制速度可以防止离心现象造成的危害 C 做圆周运动的物体 当向心力来源突然增大时做离心运动 D 做圆周运动的物体 当合外力消失时 它将沿切线做匀速直线运动 答案 C 解析 脱水筒和离心分离器都是利用离心运动的原理进行工作的 选项A正确 限制速 度 物体不容易做离心运动 加防护罩可以防止做离心运动的碎屑造成的伤害 选项B正确 做圆周运动的物体 当外界提供的向心力突然增大时 物体做近心运动 选项C错误 做 圆周运动的物体 当所受的合外力消失时 物体以当时的速度做匀速直线运动 即沿圆周 的切线做匀速直线运动 选项D正确 本题答案为C 3 离心运动问题的分析 如图5所示 水平转盘上的A B C三处有三块可视为质点的 由同一种材料做成的正方体物块 B C处物块的质量相等且为m A处物块的质量为2m 点A B与轴O的距离相等且为R 点C到轴O的距离为2R 转盘以某一角速度匀速转动时 A B C处的物块都没有发生滑动现象 下列说法中正确的是 图5 A C处物块的向心加速度最大 B A处物块受到的静摩擦力最小 C 当转速增大时 最先