(共7张PPT)
1.离心现象
做圆周运动的物体,在所受向心力突然消失或合力不足以提供维持圆周运动所需
要的向心力的情况下,会做逐渐远离圆心的运动,这种现象称为离心现象。
2.物体做离心运动的条件
做圆周运动的物体所受外力提供的向心力小于它做圆周运动所需要的向心力或
向心力突然消失,物体做离心运动。
3.离心现象的条件
物体惯性的表现。做圆周运动的物体由于自身惯性,总是有沿着圆周切线方向运
第四节 离心现象及其应用
1 | 离心现象
动的趋势,之所以没有飞出去,是因为受到向心力的作用。
导师点睛 做离心运动的质点未受到所谓的“离心力”作用,因为没有任何物体
提供这种力。
1.生活中的离心现象
甩掉雨伞上的水滴、在田径比赛中的链球项目等,都是利用离心现象来实现的。
2.离心机械
利用离心现象工作的机械叫作离心机械。洗衣机脱水筒、离心分离器都是这样
的机械。
2 | 离心现象的应用
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。
3 | 离心现象的危害
判断正误,正确的画“√”,错误的画“ ”。
1.洗衣机脱水筒的脱水原理是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。( )
2.做圆周运动的物体所受合外力突然消失,物体将沿圆周的半径方向飞出。
( )
做匀速圆周运动的物体所受合外力突然消失时,物体将沿此时的速度方向,即物
体此刻所在曲线处的切线方向飞出。
3.离心运动的轨迹可能是直线也可能是曲线。( √ )
知识辨析
1.模型特征
在水平面上做圆周运动的物体,当角速度ω变化时,物体有远离或向着圆心运动的
趋势。题目中经常出现“刚好”“恰好”“正好”“最大”“最小”“至少”
等字眼,这些关键词恰恰说明此题中含有临界条件。
2.模型类型
水平面内圆周运动的临界极值问题通常有两类,一类是与摩擦力有关的临界问
题,一类是与弹力有关的临界问题。
(1)与摩擦力有关的临界问题
物体间恰好不发生相对滑动的临界条件是物体间的摩擦力恰好达到最大静摩擦
力,如果只是摩擦力提供向心力,则fm=m ,静摩擦力的方向一定指向圆心;如果除
水平面内圆周运动的临界极值问题
摩擦力以外还有其他力,如绳两端连着物体,其中一个在水平面上做圆周运动时
(如图),存在一个恰好不向内滑动的临界条件和一个恰好不向外滑动的临界条件,
分别为静摩擦力达到最大且静摩擦力的方向沿半径背离圆心和沿半径指向圆
心。
(2)与弹力有关的临界问题
①压力、支持力的临界条件是物体间的弹力恰好为零;②绳上拉力的临界条件是
绳恰好拉直且绳上无弹力或绳上拉力恰好为最大承受力等。
3.分析
(1)抓关键词:绳的张紧与松弛、接触面相对滑动、接触面分离等。
(2)抓临界条件:绳子张紧、松弛的临界条件是张力T=0;接触面相对滑动的临界条
件是F=fm;接触面分离的临界条件是FN=0。
(3)受力分析、运动状态分析,根据牛顿第二定律列方程求解。第二章 圆周运动
第四节 离心现象及其应用
基础过关练
题组一 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.做匀速圆周运动的物体,在外界提供的向心力突然变大时做离心运动
C.做匀速圆周运动的物体,只要受离心力作用便做离心运动
D.做匀速圆周运动的物体,当外界提供的向心力突然消失或变小时将做离心运动
2.如图所示,光滑的水平面上,小球在拉力F作用下做匀速圆周运动,若小球到达P点时F突然发生变化,则下列关于小球运动的说法中正确的是 ( )
A.若F突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动
B.若F突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动
C.若F突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动
D.若F突然变小,小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心
题组二 离心现象的应用
3.(多选)以下措施或者行为是为了防止离心运动的是 ( )
A.游乐场所中空中转椅的安全卡扣
B.转动雨伞甩掉伞上的水
C.运动员将链球甩出去
D.公路弯道处的限速标志
4.下列哪些现象利用了离心现象 ( )
A.工作的洗衣机脱水筒转速很大
B.转速很大的砂轮半径做得不能太大
C.在修建铁路时,转弯处内轨要低于外轨
D.汽车转弯时要限制速度
5.(多选)如图,滚筒洗衣机脱水时,滚筒绕水平转动轴转动。滚筒上有很多漏水孔,滚筒转动时,附着在潮湿衣服上的水从漏水孔中被甩出,达到脱水的目的。可以认为湿衣服在竖直平面内做匀速圆周运动 ( )
A.湿衣服所受摩擦力等于其重力
B.湿衣服上的水在最低点时更容易甩出
C.湿衣服上的水在最高点时更容易甩出
D.若希望更快地甩干衣物,可以增大洗衣机转速
能力提升练
题组一 日常生活中的离心运动
1.(多选)如图所示为甩水拖把的示意图。将拖把的托盘连同周边的拖布条全部放入脱水筒,使上方的固定套杆和旋转杆竖直,手握固定套杆让把手从旋转杆的顶端向下运动,固定套杆就会给旋转杆施加驱动力,驱动旋转杆、拖盘和脱水筒一起转动,固定套杆每下降10 cm,旋转杆带动脱水筒转动1圈;当固定套杆静止不动或向上运动时,固定套杆对旋转杆既不施加动力、也不施加阻力。某型号的甩水拖把部件的数据为:托盘半径为8 cm,拖布条长度为6 cm,脱水筒的半径为9 cm。固定套杆从最高处沿旋转杆下降40 cm到达最低处的过程中,旋转杆恰好转动了4圈。某次脱水时,固定套杆从最高处由静止开始匀加速持续向下运动,脱水筒从静止开始转动,历时3 s,固定套杆刚好运动到底端,此时,刚好有水从拖布条脱出。则下列说法正确的是 ( )
A.紧贴脱水筒内壁的布条表面附着的水先被脱出
B.脱水筒内壁与托盘外缘处的向心加速度之比为1∶1
C.脱水筒内壁与托盘外缘处的向心加速度之比为9∶8
D.拖布条表面附着的水刚被脱出时,脱水筒内壁处的线速度大小为 m/s
题组二 工业生产中的离心运动
2.洪水后的泥沙随水流动的同时在重力的作用下逐渐沉下来,这种沉淀叫重力沉淀。医院里用分离机分离血液的示意图如图甲所示,将血液装在试管里,让其绕竖直轴高速旋转,试管几乎成水平状态,如图乙所示,血液的不同成分会快速分离在不同的地方,这叫离心沉淀。关于这两种沉淀,下列说法正确的是 ( )
A.血液中密度最大的成分将聚集在试管底部
B.血液采用重力沉淀比离心沉淀更方便、快捷
C.只增大分离机的转速,血液中密度最大的成分做圆周运动所需要的向心力减小
D.只增大分离机的转速,血液分离的时间将变长
3.高速离心机用于快速沉淀或分离物质。如图所示,试管
固定在高速离心机上,当离心机的转速为n时,在水平试管中质量为m的某固体颗粒到轴心的距离为r。已知试管中充满液体,颗粒与试管内壁不接触。下列说法正确的是 ( )
A.颗粒运动的角速度为
B.颗粒运动所需的向心力大小为2πmrn2
C.若适当增加离心机的转速,则颗粒将向转轴方向移动
D.若适当减小离心机的转速,则液体对颗粒的作用力将减小
答案与分层梯度式解析
第二章 圆周运动
第四节 离心现象及其应用
基础过关练
1.D 物体一直不受外力作用时,可能静止或做匀速直线运动,不做离心运动,选项A错误;做匀速圆周运动的物体,在外界提供的向心力突然变大时,合力大于所需向心力,做近心运动,选项B错误;做匀速圆周运动的物体,只有当外界提供的向心力突然消失或变小时才会做离心运动,选项C错误,D正确。
2.A 若F突然消失,小球不再受向心力作用,将沿线速度方向即圆的切线方向飞出,选项A正确;若F突然变小,小球受的合力小于需要的向心力,小球将做离心运动,但由于力F仍然存在,故小球仍做曲线运动,选项B、D错误;若F突然变大,小球受的合力大于需要的向心力,小球将逐渐向圆心靠近,选项C错误。
3.AD 游乐场所中空中转椅的安全卡扣是为了防止由于离心运动游客被甩出,选项A符合题意;转动雨伞甩掉伞上的水,是利用离心运动而不是防止,选项B不符合题意;运动员将链球甩出去是利用离心运动而不是防止,选项C不符合题意;公路弯道处的限速标志是为了提醒驾驶员,防止由于车速过快造成离心运动而发生车祸,选项D符合题意。
4.A 洗衣机的脱水筒工作时将湿衣服中的水甩出去,应用了离心现象,故A正确;转速很大的砂轮半径做得不能太大,是为了防止由于离心现象而使砂轮破裂,故B错误;在修建铁路时转弯处内轨要低于外轨,是为了使重力和支持力的合力提供向心力,减小对外轨的挤压,故C错误;汽车转弯时要限制速度,以减小汽车所需的向心力,防止离心运动造成的伤害,故D错误。
5.BD 只有在与圆心等高处湿衣服所受摩擦力才等于其重力,A错误;滚筒洗衣机的脱水筒匀速旋转,衣服在最高点和最低点时附着在潮湿衣服上的水的重力和衣服与水之间的附着力的合力提供向心力,在最高点mg+F1=mω2r,在最低点F2-mg=mω2r,联立可得F2>F1,所以在最低点时,所需要附着力较大,更容易被甩出,B正确,C错误;转速越大,衣服上的水由于所受合外力越不足以提供运动需要的向心力而做离心运动,衣服更容易被甩干,D正确。故选B、D。
能力提升练
1.AC 由F=mω2r可知,质量和角速度一定时,转动半径越大,所需要的向心力越大,所以紧贴脱水筒内壁的布条表面附着的水先被脱出,选项A正确;由a=ω2r可知脱水筒内壁与托盘外缘的向心加速度之比等于半径之比,为9∶8,选项B错误,C正确;由题意知,3 s内旋转杆下降40 cm,脱水筒转过4圈,脱水筒内壁转过的弧长为l=4×2πr桶= m,固定杆匀加速向下运动,脱水筒内壁线速度大小均匀增加,转过的弧长与线速度大小、时间的关系可类比匀变速直线运动的规律,所以l=,故拖布条表面附着的水刚被脱出时,脱水筒内壁处线速度大小为v== m/s,选项D错误。
2.A 对于离心沉淀来说,血液里的物质随试管做圆周运动,其所需要的向心力F=mω2r,对于相同位置等体积的成分,密度越大,质量越大,所需的向心力越大,同一位置成分之间水平方向的作用力相等,所以密度大的成分所受的力不足以提供所需向心力,做离心运动,那么血液中密度最大的成分将聚集在试管底部,故A正确;由于血液成分之间的粘滞力较大,所以血液采用重力沉淀时,沉淀速度较慢,而离心沉淀可以通过增大分力机的转速加快分离速度,使分离时间变短,故B、D错误;只增大分离机的转速,可知分离机的角速度增大,血液中密度最大的成分做圆周运动所需要的向心力增大,C错误。
3.D 由ω=2πn得,颗粒运动的角速度为2πn,选项A错误;由向心力公式可得Fn=mω2r=m(2πn)2r=4π2mrn2,选项B错误;若适当增加离心机的转速,颗粒将做离心运动,将向远离转轴的方向移动,选项C错误;若适当减小离心机的转速,颗粒所需的向心力减小,液体对颗粒的作用力将减小,选项D正确。
