2.4 离心现象及其应用 学案

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第四节 离心现象及其应用
教学目标
理解离心现象的含义，清楚物体做离心运动的条件
了解生活中有关的离心现象，清楚离心现象的应用和防止
教学重点
离心运动的条件
生活中相关的离心现象
三．知识点精讲
知识点一：离心运动的概念和条件
1．离心运动的条件：做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力。
2．离心运动、近心运动的判断：物体做圆周运动时出现离心运动还是近心运动，由实际提供的合力F合和所需向心力的大小关系决定。
条件 运动情况
F合＝mω2r “提供”满足“需要”，物体做圆周运动
F合＞mω2r “提供”大于“需要”，物体做近心运动
F合＜mω2r “提供”不足，物体做离心运动
知识点二：生活中有关离心现象的应用和防止
利用离心现象工作的机械叫做离心机械。离心分离器、洗衣机脱水筒都是这样的机械。
2.离心运动的危害
(1)由于离心现象，车辆转弯时易出现交通事故，因此在弯道处，都要对车辆进行限速。
(2)高速旋转的砂轮或材料破裂，会因碎片飞出造成事故，所以砂轮的外侧都需要加防护罩。
四．典型例题练习
典型例题一：离心现象
1.关于离心运动，下列说法中正确的是（　　）
A．物体一直不受外力作用时，可能做离心运动
B．在外界提供的向心力突然变大时，原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动
C．只要向心力的数值发生变化，原来做匀速圆周运动的物体就将做离心运动
D．当外界提供的向心力突然消失或数值变小时，原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动
2．下列关于离心现象的说法正确的是（　　）
A．当物体所需的向心力小于提供的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，它将背离圆心运动
C．做圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将沿切线作直线运动
D．做圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将作曲线运动
典型例题二：离心运动的应用和防止
1.下列现象中，不是利用离心现象的是
A．用洗衣机脱水 B．汽车转弯时要减速
C．用离心沉淀器分离物质 D．转动雨伞，可以去除雨伞上的一些水
2．如图所示的四种情形中，防止离心现象的是（　　）
A．甲图火车转弯时，不得超速通过
B．乙图民间艺人在制作棉花糖
C．丙图仪器通过高速旋转分离血液成分
D．丁图洗衣机甩干时内筒在高速旋转
基础知识过关检测
一．单选题
1．生活中有许多离心现象。下列实例中，属于防止离心现象产生影响的是（　　）
A．汽车转弯时要减速 B．链球运动员通过快速旋转将链球甩出
C．用洗衣机脱水 D．转动雨伞可以去除雨伞上的一些水
2．下列说法中正确的是（　　）
A．当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象
B．物体发生离心运动时不再受到向心力的作用
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，它将沿圆周运动的切线做直线运动
D．离心水泵工作时利用了离心运动，喷出的水处于超重状态
3．如图甲，滚筒洗衣机脱水时，衣物紧贴着滚筒壁在竖直平面内做顺时针的匀速圆周运动。如图乙一件小衣物随着滚筒经过、、、四个位置，小衣物中的水滴最容易被甩出的位置是（　　）
A．位置 B．位置 C．位置 D．位置
4． 链条一端系着铅球，另一端被人握住然后在光滑水平桌面上高速转动。如果保持转动的半径不变，而将转速变为原来的两倍。当铅球转到A点时，如右图所示，此人松手。请问铅球接下去以图中哪个轨迹飞出？（　　）
A．轨迹a B．轨迹b C．轨迹c D．轨迹d
5．如图，光滑水平面上，质量为m的小球，在细绳拉力F的作用下，以速度v做半径为r的匀速圆周运动。（　　）
A．若小球沿顺时针运动到图示位置时，拉力F突然变小，则小球将沿轨迹a运动
B．若小球沿顺时针运动到图示位置时，拉力F突然变大，则小球将沿轨迹b运动
C．若小球沿顺时针运动到图示位置时，绳子突然断裂，则小球将沿轨迹c运动
D．无论绳子上的力如何变化，小球都将沿圆周运动
二．多选题
6．下列属于离心现象应用的是（　　）
A．转动伞柄可将雨伞上的水甩出 B．家用洗衣机的甩干筒用于干燥衣物
C．篮球运动员投出的篮球 D．标枪运动员掷出的标枪
7．武汉四环线的建成通车，有效缓解了市内交通压力。如图所示为四环线上一个大圆弧形弯道，公路外侧路基比内侧路基高。当汽车以理论时速vc行驶时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则( )
A．只要车速低于vc，车辆就向内侧滑动
B．车速高于vc，车辆可能向外侧滑动
C．当路面结冰时，与未结冰时相比，vc的值不变
D．要求汽车在转弯过程中不打滑，车速不能大于vc
8．如图是洗衣机的脱水桶，在甩干衣服时，脱水桶绕竖直轴转动速度慢慢变快，高速转动时衣服紧贴脱水桶侧壁随之转动，则 （　　）
A．脱水桶转动速度较慢时，衣服上的水会做近心运动
B．脱水桶转动速度较快时，衣服上的水会做离心运动
C．衣服紧贴侧壁做圆周运动的向心力由衣服所受摩擦力提供
D．衣服紧贴侧壁做圆周运动的向心力由桶壁对衣服的弹力提供
9．如图所示，光滑水平面上一质量为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，则下列关于小球运动情况的说法，正确的是（　　）
A．若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动
B．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动
C．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动
D．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pc做近心运动
10．关于在水平公路上转弯的摩托车，下列说法正确的是（　　）
A．摩托车转弯时由重力、支持力、牵引力的合力提供向心力
B．摩托车转弯时由静摩擦力提供向心力
C．若摩托车转弯时的速度过大，则摩托车会向弯道外侧运动
D．若摩托车转弯时的速度过大，则摩托车会向弯道内侧运动
三．填空题
11．离心运动
（1）定义：做圆周运动的物体沿____飞出或做____圆心的运动。
（2）原因：向心力突然____或合力______________。
（3）离心运动的应用和防止
a.应用：离心干燥器；洗衣机的______；离心制管技术；分离血浆和红细胞的离心机。
b.防止：转动的砂轮、飞轮的转速不能太高；在公路弯道，车辆不允许超过_______。
12．如图所示，用一根结实的细绳，一端拴一个小物体。在光滑桌面上抡动细绳，使小物体做圆周运动，体验手对做圆周运动的物体的拉力。仅减小旋转的速度，拉力______（选填“增大”、“减小”或“不变”）；角速度不变的前提下，仅增大旋转半径，拉力______（选填“增大”、“减小”或“不变”）；松手后的短时间内，物体的运动将_______（选填“靠近圆心”、“远离圆心”或“沿原轨迹”）。
四．解答题
13．如图所示，游乐场的“魔盘”机动游戏受到游玩者的喜爱，试分析：“魔盘”转动起来后，转盘里的人将怎样运动？当转速不断增大时，坐在盘边上的人会有什么感觉？为什么？
基础知识过关检测——【答案解析】
1．A
【解析】
A．汽车转弯时要减速，是避免汽车车速过快，做离心运动而产生危险，故A正确；
B．链球运动员通过快速旋转将链球甩出是利用离心运动，故B错误；
C．用洗衣机脱水是属于利用离心运动，故C错误；
D．转动雨伞可以去除雨伞上的一些水是属于利用离心运动，故D错误。
故选A。
2．C
【解析】
AB．做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者合外力不能提供足够大的向心力时将做离心运动，也就是物体可能还受到向心力，但离心力实际并不存在，选项A、B错误；
C．离心现象的本质是物体惯性的表现，一切力突然消失时将做匀速直线运动，选项C正确；
D．离心水泵喷出的水处于失重状态，选项D错误。
故选C。
3．C
【解析】
水滴随衣服紧贴着滚筒壁做匀速圆周运动，转动过程中所需向心力大小相同，水滴所受合力提供向心力。设、、、四个位置水滴与衣物之间的附着力分别为Fa、Fb、Fc、Fd，因、两点，重力与向心力（合力）的方向夹角既不是最大，也不是最小，附着力不会出现极值，所以只分析、两点即可，设转动的角速度为ω，在位置有
此时所需附着力最小；在位置有
此位置所需附着力最大，所以小衣物中的水滴最容易被甩出的位置是c位置，故C正确，ABD错误。
故选C。
4．B
【解析】
小球在A点的瞬时速度垂直与OA方向，即沿Ab方向，松手后小球受力平衡，小球沿Ab方向做匀速直线运动，故B正确，ACD错误。
故选B。
5．C
【解析】
A．若小球沿顺时针运动到图示位置时，拉力F突然变小，向心力不足小球做离心运动，则小球将沿轨迹b运动，A错误；
B．若小球沿顺时针运动到图示位置时，拉力F突然变大，小球做向心运动，则小球将沿轨迹a运动，B错误；
C．若小球沿顺时针运动到图示位置时，绳子突然断裂，向心力消失，小球沿着切线运动，则小球将沿轨迹c运动，C正确；
D．无论绳子上的力如何变化，小球都不能沿圆周运动，D错误。
故选C。
6．AB
【解析】
AB．转动伞柄可将雨伞上的水甩出以及家用洗衣机的甩干筒用于干燥衣物，都是离心现象的应用，选项AB正确；
CD．篮球运动员投出的篮球以及标枪运动员掷出的标枪，与离心运动无关，选项CD错误。
故选AB。
7．BC
【解析】
A．当速度为vc时，静摩擦力为零，靠重力和支持力的合力提供向心力，车速低于vc，所需的向心力减小，此时摩擦力可以指向外侧，减小提供的力，车辆不会向内侧滑动。故A错误；
BD．速度高于vc时，摩擦力指向内侧，则有汽车受到的重力、急转弯处路面的支持力和摩擦力的合力提供向心力。只有速度不超出最高限度，车辆不会侧滑。如果速度超出最高限速，车辆可能向外侧滑动，故B正确，D错误；
C．当速度为vc时，靠重力和支持力的合力提供向心力，所以当路面结冰时，与未结冰相比，vc的值不变。故C正确。
故选BC。
8．BD
【解析】
A．脱水桶转动速度较慢时，衣服上的水会随衣服做圆周运动，选项A错误；
B．脱水桶转动速度较快时，衣服上的水的附着力不能提供做圆周运动的向心力时会做离心运动，选项B正确；
CD．衣服紧贴侧壁做圆周运动的向心力由筒壁对衣服的弹力提供，竖直方向摩擦力与重力平衡，选项C错误，D正确。
故选BD。
9．ACD
【解析】
A．在水平面上，细绳的拉力提供m所需的向心力，当拉力消失，物体所受合力为零，将沿切线方向做匀速直线运动，A正确；
BC．由
知，若拉力变小，则F不能提供所需的向心力，小球将沿轨迹Pb做离心运动，B错误，C正确；
D．由
若F变大，小球将做近心运动，即小球将沿轨迹Pc做近心运动，D正确。
故选ACD 。
10．BC
【解析】
AB．由于重力竖直向下，支持力竖直向上，牵引力与运动方向一致，而摩托车转弯时，向心力水平方向指向圆心，与三个力都垂直，不可能有这三个力提供，因此由侧向的静摩擦力提供，A错误，B正确；
CD．若摩托车转弯时的速度过大，静摩擦力不足以提供摩托车所需要的向心力时，摩托车将做离心运动，向弯道外侧运动，C正确，D错误。
故选BC。
11． 切线 逐渐远离 消失 不足以提供所需的向心力 脱水筒 规定的速度
12． 减小 增大 远离圆心
【解析】
[1]在光滑桌面上抡动细绳，使小物体做圆周运动，绳子拉力提供向心力，根据向心力公式
则仅减小旋转的速度，拉力减小。
[2]在光滑桌面上抡动细绳，使小物体做圆周运动，绳子拉力提供向心力，根据向心力公式
则仅增大旋转半径，拉力增大。
[3]松手后的短时间内，物体将做离心运动，则其运动将远离圆心。
13．见解析
【解析】
当“魔盘”转动时，人有沿着半径向外滑动的趋势，此时转盘里的人受重力、支持力、摩擦力作用，摩擦力提供向心力；当转速不断增大时，最大静摩擦力
人沿半径向外滑，有离心运动的感觉，坐在盘边的人后背贴在转盘壁上，感觉到转盘壁的挤压，转盘壁的弹力充当向心力。