4.4 离心运动 学案 (5)

4.4
离心运动
学案5
【学习目标】
知道什么是离心现象，知道物体做离心运动的条件。
能结合课本所分析的实际问题，知道离心运动的应用和防止。
【学习重点】
对离心运动的理解及其实例的分析
【知识要点】
（一）离心运动
1.
离心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受的合力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下，物体所做的逐渐远离圆心的运动叫做离心运动。
⑴
离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象。
⑵
离心现象的本质是物体惯性的表现
⑶
离心的条件：做匀速圆周运动的物体合外力消失或不足以提供所需的向心力。
2.
对离心运动的进一步理解
⑴
做圆周运动的质点，当合外力消失时，它就以这一时刻的线速度沿切线方向飞去。
⑵
做离心运动的质点是做半径越来越大的运动或沿切线方向飞出的运动，它不是沿半径方向飞出。
⑶
做离心运动的质点不存在所谓的“离心力”作用，因为没有任何物体提供这种力（不管是以是什么方式命名的力，只要是真实存在的，一定有施力物体）。
⑷
离心运动的运动学特征是逐渐远离圆心运动，动力学特征是合外力消失或不足以提供所需要的向心力。
（二）离心运动的应用和防止
1.
离心运动的应用实例
⑴
离心干燥器
⑵
洗衣机的脱水筒
⑶
用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内
2.
离心运动的防止实例
⑴
汽车拐弯时的限速
⑵
高速旋转的飞轮、砂轮的限速
【典型例题】
【例1】汽车沿半径为R的圆跑道匀速行驶，设跑道的路面是水平的，路面作用于车的最大静摩擦力是车重的0.10倍，要使汽车不至于冲出圆跑道，车速最大不能超过多少？
【解析】如果不考虑汽车行驶时所受的阻力，那么汽车在圆跑道匀速行驶时，轮胎所受的静摩擦力F（方向指向圆心）提供向心力。车速越大，所需向心力也越大，则静摩擦力F也越大，但本题中的向心力不可能超过路面作用于车的最大静摩擦力Fm，车重的0.10。设车速的最大值为vm，则
得：
汽车沿半径为R的圆跑道匀速行驶时的速率不能超过，不然会冲出圆跑道，因为这时最大静摩擦力不足以提供汽车做圆周运动所需的向心力，汽车就脱离原来的圆跑道做离心运动了。
【例2】如图5-7-1所示，把两个完全相同的甲、乙两物体放在水平转盘上，
甲离转盘中心近些，当逐渐增大转盘的转速时，哪个先滑离原来的位置？
为什么？
【解析】物体能否发生相对滑动，在于物体所需要的向心力是否达到了转
台和物体之间的最大静摩擦力，超过了就会发生相对滑动。
乙先滑离原来的位置。放在水平转动盘上的物体随转盘旋转时有沿半径滑离转动轴的趋势，它没有滑离而绕转轴做匀速圆周运动，是因为物体与转盘间的静摩擦力F静提供物体绕轴做匀速圆周运动所需向心力，使它产生向心加速度。根据Fm=μ0FN，由于甲乙两物体重量相等，两处接触面情况相同（即μ0相同），因此两个物体与盘间最大静摩擦力相等。由根据向心力公式，Fn=mω2R，向心力Fn跟角速度ω2成正比，所以随着转盘转速增大时，物体所需向心力也逐渐增大，当物体所需要的向心力超过最大静摩擦力FN时，物体就会滑动，由于甲乙处在同一转盘上，角速度相同。但乙的半径大，它所需要的向心力比甲大，所以当转盘转速增大时，乙先滑离原先位置。
【达标训练】
1、质量不计的轻质弹性杆P插在桌面上，杆上端套有一个质量为m的小球，今使小球在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，角速度为，如图所示，则杆的上端受到的作用力大小是（
）
A、
B、
C、
D、不能确定
2、如图，细杆的一端与一小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动。现给小球一初速度，使它做圆周运动，图中，a、b分别表示小球运动轨道的最低点和最高点，则杆对球的作用力可能是（
）
A、a处为拉力，b处为拉力
B、a处为拉力，b处为推力
C、a处为推力，b处为拉力
D、a处为推力，b处为推力
3、一小球用轻绳悬挂在某固定点，现将轻绳水平拉直，然后由静止开始释放小球，考虑小球由静止开始运动到最低位置的过程中（　　）
A、小球在水平方向的速度逐渐增大
B、小球在竖直方向的速度逐渐增大
C、到达最低位置时小球线速度最大
D、到达最低位置时轻绳的拉力等于小球的重力
4、在高速公路的拐弯处，路面造得外高内低，即当车向右拐弯时，司机左侧的路面比右侧的要高一些，路面与水平面间的夹角为。设拐弯路段是半径为R的圆弧，要使车速为时车轮与路面之间的横向（即垂直于前进方向）摩擦力等于零，应等于（
）
A、
B、
C、
D、
答案
1、C
2、AB
3、AC
4、B
【反思】
收获
疑问
甲
乙