4.4 离心运动 课件 (4)

课件47张PPT。第4节 离心运动1.通过生活现象了解离心运动实例.
2.知道物体做离心运动的条件.
3.通过实例分析了解离心运动的应用与防止. 重点：离心运动的概念及条件.
难点：对离心运动实例的分析. 一、离心运动
1.定义：做圆周运动的物体，在受到合外力突然_____或者
_______提供圆周运动所需要的向心力的情况下，将_________
运动.
2.条件：合外力突然_____或合外力_______提供向心力.消失不足以远离圆心消失不足以【判一判】
(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.( )
提示：(1)(3)离心运动是合外力为零或合外力不足以提供向心力时物体的运动，也是物体惯性的表现，并非是在离心力作用下的运动，(1)错误，(3)正确.
(2)当合外力为零时，物体沿切线方向飞出做直线运动，当合外力不足时，物体运动的半径变大，仍做曲线运动，(2)错误.二、离心运动的应用和防止
1.应用：离心分离器、离心干燥器、脱水筒、_________.
2.危害与防止
危害：如过荷太大时，飞行员会暂时失明，甚至昏厥.
防止：如车辆转弯时要_____.离心水泵限速【想一想】高速转动的机械飞轮为什么不能超过允许的最大转速？
提示：飞轮转速过高，飞轮上各点都在做圆周运动，当它所需要的向心力超过周围各部分对该点的最大作用力时，会发生飞轮断裂的事故.　　　　　对离心运动的理解
【探究导引】
如图所示，在离心运动体验装置上的体验者站立不稳纷纷“离心”，仔细观察后请思考：(1)什么力提供体验者的向心力？当装置转动的角速度增加时，体验者会有什么感觉？
(2)若装置内部平面突然变得非常光滑，体验者做什么运动？【要点整合】
1.离心运动的实质
离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现.做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出去的趋向，之所以没有飞出去，是因为受到指向圆心的力作用的缘故. 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所示：(1)若F合=mrω2或 物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”.
(2)若F合>mrω2或 物体做半径变小的近心运动，即“提供过度”，也就是“提供”大于“需要”.
(3)若F合(4)若F合=0，则物体沿切线方向做直线运动.【特别提醒】(1)离心运动不是沿半径方向向外远离圆心的运动.
(2)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.【典例1】(2012·无锡高一检测) 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【思路点拨】解答本题应把握以下两点：
关键点
(1)物体做离心运动的条件是 或者F合 突然消失.
(2)离心运动的物体将沿切线飞出或逐渐远离圆心.【规范解答】对选项逐一分析如下：物体远离圆心的运动叫做离心运动√当合外力减小但不等于零时，物体做离心运动
的轨迹是曲线×答案：A 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当物体所受合力增大时，将做近心运动××【总结提升】离心运动问题的分析技巧
(1)物体所受的合外力是否满足物体做圆周运动所需要的向心力，即“提供”是否满足“需求”.物体做圆周运动所需要的向心力越大，物体就越容易发生离心现象.
(2)离心现象是做圆周运动的物体所受合力减小或合力突然消失时所发生的现象，而不是离心力大于向心力的缘故.
(3)当提供向心力的合力大于需要的向心力( )时，物体将做“近心运动”.【变式训练】物体做离心运动时，运动轨迹的形状为 ( )
A.一定是直线
B.一定是曲线
C.可能是直线也可能是曲线
D.可能是一个圆
【解析】选C.离心运动是指合力突然变为零或合力不足以提供向心力时物体逐渐远离圆心的运动.若合力突然变为零，物体沿切线方向做直线运动；若合力比向心力小，物体做曲线运动，但逐渐远离圆心，故A、B、D错，C对.　　　　　离心现象的应用与防止
【探究导引】
观察以上图片，请思考：
(1)汽车在转弯时为什么要限速？
(2)要防止离心现象的发生可采取哪些办法？【要点整合】
1.几种常见离心运动的对比图示当水滴受到物
体的附着力F
不足以提供向
心力,即F水滴做离心
运动 当最大静摩擦力
不足以提供向心
力时,即
,
汽车做离心运动当离心机快速旋
转时,缩口处对水
银柱的阻力不足
以提供向心力,
水银柱做离心运
动进入玻璃泡内 2.离心现象的防止
(1)防止方法:
①减小物体运动的速度，使物体做圆周运动时所需的向心力减小.
②增大合外力，使其达到物体做圆周运动时所需的向心力.
(2)常见实例：
汽车、火车在弯道要限速,转动砂轮、飞轮要限速.【特别提醒】在分析实际的离心现象时，关键是找出使物体做圆周运动的向心力，把实际运动抽象成一个理想化的圆周运动来处理.【典例2】如图所示，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，与转台间的摩擦因数相同，转台旋转时，下列说法中正确的是 ( )A.若三个物体均未滑动，C物体的向心加速度最大
B.若三个物体均未滑动，B物体受到的摩擦力最大
C.转速增加，A物体比B物体先滑动
D.转速增加，C物体先滑动
【思路点拨】三个物体均未滑动时，转动的角速度相同，a=ω2r，静摩擦力等于向心力；转速增加，静摩擦力不足以提供向心力的先滑动.【规范解答】三个物体均未滑动时，做圆周运动的角速度相同，均为ω，根据a=ω2r知，半径最大的向心加速度最大，A正确；三个物体均未滑动时，静摩擦力提供向心力， fA=2mω2R，fB=mω2R, fC=2mω2R，B物体受到的摩擦力最小，B错误；转速增加时，角速度增加，当三个物体都刚要滑动时，对A：2μmg=2mω2R，对B：μmg=mω2R，对C： μmg=2mω2R，所以当转速增加时，C的静摩擦力首先不足以提供向心力，C物体先滑动，D正确；A与B要么不动，要么一起滑动，C错误.
答案：A、D【变式训练】下列哪些措施是为了防止物体产生离心运动的
( )
A.汽车转弯时限制速度
B.转速很高的砂轮半径不能做得太大
C.在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨
D.离心水泵工作时【解析】选A、B、C.产生离心运动是因为物体所需要的向心力
大，而所受到的合力不能提供这个向心力.根据 汽
车转弯时，限制车速可以使所需的向心力减小，避免发生离心
运动而发生交通事故.根据F向＝mω2R，当砂轮的转速很高时，
砂轮的角速度较大，为了避免发生离心现象损坏砂轮，转速高
的砂轮半径要小些.因此A、B选项正确.转弯处轨道的内轨低于
外轨，使火车受到的合力不为0而提供向心力，使火车能够顺利
转弯，C正确.离心水泵是利用离心运动工作的，D错误.【变式备选】某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为100 m，一赛车和车手的总质量为100 kg，轮胎与地面间的最大静摩擦力为600 N.
(1)若赛车的速度达到72 km/h，这辆车在运动过程中会不会发生侧滑？
(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，司机感觉不到自己有相对车的侧向的运动趋势?【解析】(1)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 =400 N＜600 N,所以
赛车在运动过程中不会发生侧滑.
(2)由题意得车手不受座椅侧向的摩擦力，于是赛车只受支持力
和重力，由牛顿第二定律知
解得
答案：(1)不会侧滑 (2)24 m/s【温馨提示】物体做匀速圆周运动即将出现离心现象时，出现临界情况，分析此类问题要抓住临界状态.【典例】在质量为M的电动机飞
轮上固定着一个质量为m的重物，
重物到转动的轴的距离为r，如
图所示，为了使放在地面上的电动机不会跳起，电动机飞轮的角速度不能超过( )
A. B.
C. D. 【思路点拨】解答本题应把握以下两点:
关键点
(1)电动机恰能离开地面的条件是重物在最高点时对电动机的作用力恰好等于电动机的重力;
(2)明确重物在最高点时所需向心力的来源及大小.【规范解答】当重物运动到最高点时，由牛顿第二定律，对重
物有F+mg=mω2r
电动机恰能离开地面时，对电动机有F′=Mg
其中F与F′为作用力和反作用力，故F=F′
解得飞轮的角速度 故A正确.
答案：A圆周运动中的超重与失重问题
讨论物体在竖直面内做圆周运动的超重、失重问题时，应从以下两个方面考虑：
1.对于超重、失重问题，常常通过分析加速度作出判断：加速度向上时物体处于超重状态，加速度向下时处于失重状态.
2.物体做匀速圆周运动时，加速度时刻指向圆心，当其竖直分量向上时物体处于超重状态，当其竖直分量向下时物体处于失重状态.【案例展示】(2012·大连高一检测)
如图所示，质量为m的小球置于正方
体的光滑盒子中，盒子的边长略大
于球的直径.某同学拿着该盒子在竖
直平面内做半径为R的匀速圆周运
动，已知重力加速度为g，空气阻
力不计，要使在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力，则
( )A.在最高点小球的速度水平,小球既不超重也不失重
B.小球经过与圆心等高的位置时,处于超重状态
C.盒子在最低点时对小球弹力大小等于2 mg,方向向上
D.该盒子做匀速圆周运动的周期一定等于【规范解答】在最高点小球的加速度为g,处于完全失重状态，
A错误；小球经过与圆心等高的位置时，竖直加速度为零，既
不超重也不失重，B错误；在最高点有 解得该盒子
做匀速圆周运动的速度 该盒子做匀速圆周运动的周
期为 选项D正确；在最低点时，盒子与小球
之间的作用力和小球重力的合力提供小球运动的向心力，由
解得F＝2mg，选项C正确.
答案：C、D【名师点评】通过以上解析，不难得到求解该类问题的两个方面：
(1)物体在竖直面内做匀速圆周运动时，经过高于圆心的位置时，竖直加速度向下处于失重状态；经过低于圆心的位置时，竖直加速度向上处于超重状态.
(2)通过对物体进行竖直方向上的受力和加速度方向的分析得出其超重、失重的情况.1.在匀速转动的小型风扇扇叶上趴着一个相对扇叶静止的小虫，则小虫相对扇叶的运动趋势是( )
A.沿切线方向 B.沿半径指向圆心
C.沿半径背离圆心 D.无相对运动趋势
【解析】选C.可由静摩擦力的方向判断运动趋势的方向，小虫受到的静摩擦力提供向心力，指向圆心，故小虫相对扇叶的运动趋势是沿半径背离圆心.故C正确.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
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
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，以免车辆转弯时向转弯的内
侧倾倒【解析】选C.车辆转弯时，站着的乘客如果不拉好扶手，有可能由于离心运动而向转弯的外侧倾倒.3.如图所示，一质量为m的物块，在细线的拉力作用下，沿较大的光滑水平面做匀速圆周运动，当细线突然断裂时物块( )
A.将沿切线方向做匀速直线运动
B.将做靠近圆心的曲线运动
C.将做远离圆心的曲线运动
D.沿断裂时细线的方向向外匀速飞出【解析】选A.据题意，细线断裂后，物块所受合力为零，将沿速度的方向做匀速直线运动，故A正确，B、C、D错误.4.一辆质量m=2×103 kg的汽车在水平公路上行驶，经过半径r=50 m的弯路时，如果车速v=72 km/h，这辆汽车会不会发生侧滑？已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fmax=1.4×104 N.
【解析】汽车的速度为v=72 km/h=20 m/s
汽车经过弯路时所需的向心力大小为

由于F＞fmax，所以汽车做离心运动，即发生侧滑.
答案：见解析