第四节 离心现象及其应用
[物理观念] 向心力由“魔盘”对人的静摩擦力提供,且大小为f=F向=mω2r,当盘的转速逐渐增大到一定值时,静摩擦力不足以提供圆周运动所需的向心力,盘上的人开始向边缘滑去,因为F向∝r,所以离转动中心越远的人,这种滑动的趋势越厉害.
[教材链接] 自身的惯性 向心力 突然消失 不足以
例1 D [解析] 离心运动是指原来在做圆周运动的物体后来远离圆心,离心运动发生的条件是实际的合力小于物体做圆周运动所需要的向心力,选项A、B、C错误,D正确.
变式1 C [解析] 赛车在水平路面上转弯时,常常在弯道上冲出跑道,因为速度较大,静摩擦力不足以提供向心力,而发生离心运动,故A、B错误,C正确;由F=m知,一定速度时弯道半径越小,需要的向心力越大,越容易冲出跑道,弯道半径越大,需要的向心力越小,越不容易发生侧滑,故D错误.
例2 D [解析] 衣服受到竖直向下的重力、竖直向上的静摩擦力、指向圆心的支持力,重力和静摩擦力是一对平衡力,大小相等,故向心力是由支持力提供的,A错误;对于水而言,衣服对水滴的附着力提供其做圆周运动的向心力,当水滴因做圆周运动所需的向心力大于该附着力时,水滴被甩掉, B错误;根据FN=mω2r可知,脱水筒转动角速度增大以后,支持力增大,故衣服对筒壁的压力也增大,而此时在竖直方向衣服的重力与静摩擦力平衡,静摩擦力不会增大,故C错误,D正确.
变式2 BCD [解析] 火车转弯时,要按规定速度行驶,不得超速通过,这是为了防止火车做离心运动,故A错误;制作“棉花糖”的过程中,糖熔化后被甩出,做离心运动,是利用了离心现象,故B正确;通过高速旋转分离血液成分,是利用了离心现象,故C正确;洗衣机脱水利用了水在高速旋转,附着力小于所需向心力时做离心运动,是利用了离心现象,故D正确.
随堂巩固
1.C [解析] 向心力是以效果命名的,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,物体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2.A [解析] 若F突然消失,则没有力提供向心力,小球将沿轨迹Pa的方向即圆的切线方向飞出,故A正确;若F突然变小,则小球受到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,故小球将沿轨迹Pb运动,故B、D错误;若F突然变大,则小球受到的合力大于需要的向心力,小球将沿轨迹Pc运动,故C错误.
3.B [解析] 洗衣机脱水桶是利用离心原理工作的,紧急刹车时,乘客身体向前倾斜,是惯性现象;旋转雨伞上的水滴,是离心运动;运动员将链球旋转起来后掷出,利用离心现象,故选B.
4.C [解析] 混合液不同部分做离心运动是因为受到的合力不足以提供所需的向心力,故A错误.混合液不同部分的角速度相同,根据v=ωr,可知混合液不同部分的线速度不相同;根据a=ω2r,可知混合液底层1部分的向心加速度大小比上层2部分的大,故C正确,B、D错误.第四节 离心现象及其应用
1.AC [解析] 离心运动是由于合力突然消失或合力不足以提供向心力而引起的,并不存在离心力,故A错误,B正确;做匀速圆周运动的物体,提供的向心力突然变大时,物体就做近心运动,故C错误;做匀速圆周运动的物体,提供的向心力突然消失时,物体就沿着圆周切线方向运动,故D正确.
2.D [解析] 向心力是由摩擦力提供的,所以物块随圆盘一起运动时只受到重力、支持力、摩擦力作用,故A错误;物块随圆盘一起运动时,与圆盘保持相对静止,受到的摩擦力是静摩擦力,大小不一定等于μmg,方向指向圆心,故B错误;物块做匀速圆周运动,不是平衡状态,所受的合力始终指向圆心,不为零,故C错误.根据F向=4mπ2n2r可知,当转速越大,所需的向心力越大,当所需的向心力大于物块的最大静摩擦力时,物块将做离心运动,故D正确.
3.AD [解析] 衣物运动到最低点B点时,加速度指向圆心,方向竖直向上,处于超重状态,故A正确;衣物做匀速圆周运动,只有水所受合力不足以提供向心力,做离心运动,故B错误;根据牛顿第二定律,可知在最低点有FN1-mg=m,在最高点有FN2+mg=m,则FN1>FN2,衣物运动到最低点B点时脱水效果更好,故C错误,D正确.
4.C [解析] 泥巴做匀速圆周运动,指向圆心的合力提供向心力,根据向心力表达式F=mω2r知,泥巴在车轮上每一个位置的向心力相等,当提供指向圆心的合力小于向心力时做离心运动,所以能提供的合力越小越容易飞出去,最低点c,重力向下,附着力向上,合力等于附着力减重力,最高点a,重力向下,附着力向下,合力为重力加附着力,在b、d两点,指向圆心的合力等于附着力,所以在最低点c所需要的附着力最大,c点泥巴最容易甩出去.故选C.
5.B [解析] 车厢内甲、乙两名乘客并排坐着,其中甲乘客的座位靠近一侧的车窗,可知两名乘客的角速度大小相等,两名乘客做圆周运动的半径不同,根据v=ωr,F=mω2r,可知两名乘客的线速度大小不相等,由于不清楚两名乘客的质量关系,所以不能确定向心力大小的关系,故B正确,A、C错误;高速动车速度超过设计速度时,会有离心现象,但不是受到离心力的作用,是实际受到的力不足以提供圆周运动所需的向心力,故D错误.
6.AD [解析] 转盘匀速转动时,物块P所受的重力和支持力平衡,摩擦力提供其做匀速圆周运动的向心力,故摩擦力方向指向圆心O点,A正确,B错误;当转盘加速转动时,物块P做加速圆周运动,不仅有沿c方向指向圆心的向心力,还有指向a方向的切向力,使线速度增大,两方向的合力即摩擦力可能沿b方向,C错误;当转盘减速转动时,物块P做减速圆周运动,不仅有沿c方向指向圆心的向心力,还有与a方向相反的切向力,使线速度减小,两方向的合力即摩擦力可能沿d方向,D正确.
7.D [解析] 人随“魔盘”转动过程中受到重力、弹力、摩擦力,向心力由弹力提供,故A错误;人在竖直方向上受到重力和摩擦力,二力平衡,则转速变大时,人与竖直壁之间的摩擦力不变,故B错误;如果转速变大,由F=mrω2知,人与竖直壁之间的弹力变大,故C错误;人“贴”在“魔盘”上时,有mg≤fmax,FN=mr(2πn)2,又fmax=μFN,解得转速n≥,故“魔盘”的转速一定不小于,故D正确.
8.C [解析] 由图中的虚线切线方向可知,泼水时杯子的旋转方向为逆时针方向,则P位置飞出的小水珠初速度沿2方向,故A、B错误;水从P点泼出时,设水的质量为m,当水的重力刚好提供其所需的向心力时,有mg=,解得v== m/s,可知水被甩出与水的质量无关,要将水从P点泼出,杯子的速度不能小于 m/s,故C正确,D错误.
9.BCD [解析] 由离心运动的原理,可知B端应在外侧,更靠近气嘴,A端应在内侧,由v=ωr可知,装置A端的线速度比B端的小,A错误;感应装置的原理是利用离心现象,使两触点接触点亮LED灯,B正确;自行车匀速行驶时,装置运动到最下端时,由于重物超重,两触点更容易接触,因此比最上端更容易发光,C正确;当转速较低时,向心力较小,可以更换劲度系数更小的弹簧或增加重物的质量,从而使M点更容易与N点接触点亮LED灯,D正确.
10.D [解析] P和Q做匀速圆周运动,角速度相同,运动半径之比为1∶2,由a=ω2R可知,向心加速度之比为1∶2,由于质量未知,所以向心力mω2R之比不确定,蛋白P受到的合外力即向心力不为零,选项A、C错误,D正确;受力分析时不能额外加上一个向心力,选项B错误.
11.见解析
[解析] 以小球为研究对象,绳子拉力与小球重力合力提供小球做圆周运动所需向心力.当增加施力下拉时,绳子拉力与重力的合力大于小球做圆周运动所需的向心力,将做近心运动,如图甲所示,螺旋状靠近圆心;当减小施力放手时,绳子拉力与重力的合力小于小球做圆周运动所需的向心力,将做离心运动,如图乙所示,螺旋状远离圆心.第四节 离心现象及其应用
学习任务一 对离心现象的理解和应用
[物理观念] 现在有一种叫作“魔盘”的娱乐设施,如图所示.“魔盘”转动慢时,盘上的人都可以随盘一起转动而不至于被甩开,当盘的转速逐渐增大到一定值时,盘上的人开始向边缘滑去,离转动中心越远的人,这种滑动的趋势越厉害.想一想,这是为什么
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
做圆周运动的物体由于 ,总有沿着切线方向运动的趋势.它之所以没有远离圆心,是因为 持续地把物体拉到圆周轨道上,使物体与圆心的距离保持不变.
做圆周运动的物体,在所受向心力 或合力 提供维持圆周运动所需向心力的情况下,会做逐渐远离圆心的运动,这种现象叫作离心现象.
例1 [2024·执信中学月考] 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
[反思感悟]
变式1 世界一级方程式锦标赛新加坡大奖赛赛道单圈长5.067 km,共有23个弯道,如图所示,赛车在水平路面上转弯时,常常在弯道上冲出跑道,则以下说法正确的是 ( )
A.赛车行驶到弯道时,运动员未能及时转动方向盘才造成赛车冲出跑道的
B.赛车行驶到弯道时,运动员没有及时加速才造成赛车冲出跑道的
C.赛车行驶到弯道时,运动员没有及时减速才造成赛车冲出跑道的
D.由公式F=mω2r可知,弯道半径越大,越容易冲出跑道
[反思感悟]
【要点总结】
1.对离心现象的理解
(1)离心运动的本质是物体具有惯性,并不是受到了“离心力”的作用,所谓“离心力”实际上并不存在.
(2)物体做离心运动的原因:提供向心力的合外力突然消失,或者合外力不能提供足够的向心力.
2.向心力与物体的运动情况:
(1)当F=mω2r时,物体做匀速圆周运动.
(2)当F=0时,物体沿切线方向飞出.
(3)当F(4)当F>mω2r时,物体逐渐靠近圆心,做近心运动.
学习任务二 离心现象的应用
[科学思维] 1.离心现象的应用
生活和生产中利用离心现象的例子
(1)下雨天旋转雨伞甩掉雨伞上的水滴.
(2)运动员在链球高速旋转时松手,链球沿圆周轨迹切线方向飞出.
(3)离心机械
①定义:利用离心现象工作的机械.如洗衣机的脱水筒和离心分离器.
②原理:
洗衣机的脱水筒:脱水筒加速旋转,附着力不足以提供水滴运动所需的向心力,水滴做离心运动.
离心分离器:因为固体微粒密度较大,所以较难在液体中获得足够大的向心力而做离心运动,快速地沉淀到试管底部.
2.离心现象的防止
(1)汽车在公路转弯处限速:在水平公路上行驶的汽车,转弯时所需要的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的.如果转弯时速度过大,所需向心力F大于最大静摩擦力fmax,汽车将做离心运动而造成车体侧滑,因此在公路转弯处汽车必须限速.
(2)转动的砂轮、飞轮限速:高速转动的砂轮、飞轮等,都不得超过允许的最大转速,如果转速过高,砂轮、飞轮内部分子间的作用力不足以提供所需的向心力时,离心运动会使它们破裂,甚至酿成事故.
例2 [2024·执信中学期中] 如图所示,在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上,有一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动,则 ( )
A.衣服随脱水筒做圆周运动的向心力由衣服受到的摩擦力提供
B.水会从脱水筒甩出是因为水滴受到的向心力很大
C.加快脱水筒转动角速度,衣服受到的摩擦力增大
D.加快脱水筒转动角速度,衣服对筒壁的压力增大
[反思感悟]
变式2 (多选)[2024·河源龙川一中期中] 如图所示的四种情形中,利用离心现象的是( )
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
[反思感悟]
1.(离心现象)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
2.(离心现象)[2024·广州广雅中学月考] 如图所示,在光滑的水平面上,小球m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.F突然消失时,小球将沿轨迹Pa做离心运动
B.F突然变小时,小球将沿轨迹Pa做离心运动
C.F突然变大时,小球将沿轨迹Pb做离心运动
D.F突然变小时,小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心
3.(离心现象的应用)[2024·汕头金山中学月考] 下列现象中,与离心现象无关的是 ( )
A.用洗衣机脱去湿衣服中的水
B.汽车紧急刹车时,乘客身体向前倾斜
C.旋转伞柄,伞边缘的水滴被甩出
D.运动员将链球旋转起来后掷出
4.(离心现象的应用)[2024·佛山期末] 利用离心机的旋转可使混合液中的悬浮微粒快速沉淀.如图为某离心机工作时的局部图,分离过程中,下列说法正确的是 ( )
A.混合液不同部分做离心运动是由于受到离心力的作用
B.混合液不同部分的线速度相同
C.混合液不同部分的角速度相同
D.混合液底层1部分的向心加速度大小比上层2部分的小第四节 离心现象及其应用建议用时:40分钟
◆ 知识点一 对离心运动现象的理解和应用
1.(多选)[2024·广州中学月考] 关于离心现象下列说法错误的是 ( )
A.当物体受离心力时,产生离心现象
B.离心运动是由于合力突然消失或合力不足以提供向心力而引起的
C.做匀速圆周运动的物体,当提供的向心力突然增大时做离心运动
D.做匀速圆周运动的物体,当提供的向心力突然消失,物体将沿着圆周切线方向运动
2.[2024·浙江杭州期中] 质量为m的物块放在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘上,两者保持相对静止一起做匀速圆周运动(如图所示).若已知物块与圆盘之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则下列说法正确的是 ( )
A.物块受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用
B.物块随圆盘一起运动时受到的摩擦力大小为μmg,方向指向圆心
C.因为物块和圆盘一起做匀速圆周运动,所以物块所受的合力为0
D.当转速足够大时,物块将发生离心运动
◆ 知识点二 离心现象的应用
3.(多选)[2024·北京四中月考] 滚筒洗衣机里衣物随着滚筒做高速匀速圆周运动,以达到脱水的效果.滚筒截面如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.衣物运动到最低点B点时处于超重状态
B.衣物和水都做离心运动
C.衣物运动到最高点A点时脱水效果更好
D.衣物运动到最低点B点时脱水效果更好
4.[2024·珠海实验中学月考] 雨天在野外骑车时,在自行车的后轮轮胎上常会粘附一些泥巴.若将自行车后轮撑起,使后轮悬空,然后用手匀速摇脚踏板,使后轮飞速转动,泥巴就会被甩下来.图中a、b、c、d为后轮轮胎边缘上的四个特殊位置,泥巴最容易甩下来的位置是 ( )
A.a B.b C.c D.d
5.[2024·湖南长沙期中] 如图所示为高速动车经过一转弯处的照片.车厢内甲、乙两名乘客并排坐着,其中甲乘客的座位靠近一侧的车窗.转弯时,下列说法正确的是 ( )
A.两名乘客的线速度大小相等
B.两名乘客的角速度大小相等
C.两名乘客的向心力大小一定不等
D.高速动车速度超过设计速度时会受到离心力的作用
6.(多选)[2024·深圳中学月考] 如图所示,物块P置于水平转盘上随转盘一起运动,图中c方向沿半径指向圆心,a方向与c方向垂直.现转盘逆时针转动,下列说法正确的是( )
A.当转盘匀速转动时,P所受摩擦力方向为c
B.当转盘匀速转动时,P不受转盘的摩擦力
C.当转盘加速转动时,P所受摩擦力方向可能为a
D.当转盘减速转动时,P所受摩擦力方向可能为d
7.如图所示为一种叫作“魔盘”的娱乐设施,当转盘转动很慢时,人会随着“魔盘”一起转动,当“魔盘”转动到一定速度时,人会“贴”在“魔盘”竖直壁上,而不会滑下.若魔盘半径为r,人与魔盘竖直壁间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则人“贴”在“魔盘”竖直壁上随“魔盘”一起运动过程中,下列说法正确的是 ( )
A.人随“魔盘”转动过程中受重力、弹力、摩擦力和向心力作用
B.若转速变大,则人与竖直壁之间的摩擦力变大
C.若转速变大,则人与竖直壁之间的弹力不变
D.“魔盘”的转速一定不小于
8.[2024·山东济南期中] 在东北严寒的冬天,人们经常玩一项“泼水成冰”的游戏.图甲所示是某人玩“泼水成冰”游戏的瞬间,其示意图如图乙所示,P为最高点,在最高点时杯口朝上.泼水过程中杯子的运动可看成圆周运动,人的手臂伸直,臂长约为0.6 m.下列说法正确的是 ( )
A.泼水时杯子的旋转方向为顺时针方向
B.P位置飞出的小水珠初速度沿1方向
C.若要将水从P点泼出,杯子的速度不能小于 m/s
D.杯子内装的水越多,水的惯性越大,因此越容易被甩出
9.(多选)气嘴灯对自行车的气嘴起到装饰作用,使夜间骑行时自行车拥有个性的灯光效果,是夜骑的一道风景线,深受青少年骑行爱好者喜爱,气嘴灯安装在自行车的气嘴上,骑行时会发光,一种气嘴灯的感应装置结构如图所示,一重物套在光滑杆上,重物上的触点M与固定在B端的触点N接触后,LED灯就会发光,关于以上信息下列说法正确的是 ( )
A.正确安装使用时,装置A端的线速度比B端的大
B.感应装置的原理是利用离心现象
C.自行车匀速行驶时,装置运动到最下端时比最上端更容易发光
D.要在较低的转速时发光,可以更换劲度系数更小的弹簧
10.如图所示,用极高的角速度旋转封闭的玻璃管一段时间后,管中的蛋白会按照不同的属性而相互分离、分层,且密度大的出现在远离转轴的管底部.已知玻璃管稳定地做匀速圆周运动,管中两种不同的蛋白P、Q相对于转轴的距离分别为r和2r,则 ( )
A.蛋白P受到的合外力为零
B.蛋白Q受到的力有重力、浮力和向心力
C.蛋白P和蛋白Q的向心力之比为1∶2
D.蛋白P和蛋白Q的向心加速度之比为1∶2
11.[2024·珠海一中月考] 物理老师正在课堂上演示螺旋甩球实验仪器,按图示甩动小球(质量为m的小球用细绳系住,细绳穿过一空心笔筒,上方的手握住笔筒,下方的手拽住细绳),请分析,当下方握绳的手增加施力和减小施力时,小球运动轨迹如何变化,为什么 (共43张PPT)
第四节 离心现象及其应用
学习任务一 对离心现象的理解和应用
学习任务二 离心现象的应用
随堂巩固
备用习题
练习册
◆
学习任务一 对离心现象的理解和应用
［物理观念］ 现在有一种叫作“魔盘”的娱乐设施，如图所示.“魔盘”转动慢时，盘上的人都可以随盘一起转动而不至于被甩开，当盘的转速逐渐增大到一定值时，盘上的人开始向边缘滑去，离转动中心越远的人，这种滑动的趋势越厉害.想一想，这是为什么？
[答案] 向心力由“魔盘”对人的静摩擦力提供，且大小为，当盘的转速逐渐增大到一定值时，静摩擦力不足以提供圆周运动所需的向心力，盘上的人开始向边缘滑去，因为，所以离转动中心越远的人，这种滑动的趋势越厉害.
［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空:
做圆周运动的物体由于____________,总有沿着切线方向运动的趋势.它之所以没有远离圆心,是因为________持续地把物体拉到圆周轨道上,使物体与圆心的距离保持不变.
做圆周运动的物体，在所受向心力__________或合力________提供维持圆周运动所需向心力的情况下,会做逐渐远离圆心的运动,这种现象叫作离心现象.
自身的惯性
向心力
突然消失
不足以
例1 [2024·执信中学月考] 关于离心运动,下列说法中正确的是( )
D
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
[解析] 离心运动是指原来在做圆周运动的物体后来远离圆心,离心运动发生的条件是实际的合力小于物体做圆周运动所需要的向心力,选项A、B、C错误,D正确.
变式1 世界一级方程式锦标赛新加坡大奖赛赛道单圈长，共有23个弯道，如图所示，赛车在水平路面上转弯时，常常在弯道上冲出跑道，则以下说法正确的是( )
C
A.赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘才造成赛车冲出跑道的
B.赛车行驶到弯道时，运动员没有及时加速才造成赛车冲出跑道的
C.赛车行驶到弯道时，运动员没有及时减速才造成赛车冲出跑道的
D.由公式可知，弯道半径越大，越容易冲出跑道
[解析] 赛车在水平路面上转弯时，常常在弯道上冲出跑道，因为速度较大，静摩擦力不足以提供向心力，而发生离心运动，故A、B错误，C正确；由知，一定速度时弯道半径越小，需要的向心力越大，越容易冲出跑道，弯道半径越大，需要的向心力越小，越不容易发生侧滑，故D错误.
【要点总结】
1.对离心现象的理解
(1)离心运动的本质是物体具有惯性，并不是受到了“离心力”的作用，所谓“离心力”实际上并不存在.
(2)物体做离心运动的原因：提供向心力的合外力突然消失，或者合外力不能提供足够的向心力.
2.向心力与物体的运动情况：
(1)当时,物体做匀速圆周运动.
(2)当时,物体沿切线方向飞出.
(3)当时,物体逐渐远离圆心,做离心运动.
(4)当时,物体逐渐靠近圆心,做近心运动.
学习任务二 离心现象的应用
［科学思维］ 1.离心现象的应用
生活和生产中利用离心现象的例子
(1)下雨天旋转雨伞甩掉雨伞上的水滴.
(2)运动员在链球高速旋转时松手，链球沿圆周轨迹切线方向飞出.
(3)离心机械
①定义：利用离心现象工作的机械.如洗衣机的脱水筒和离心分离器.
②原理：
洗衣机的脱水筒：脱水筒加速旋转，附着力不足以提供水滴运动所需的向心力，水滴做离心运动.
离心分离器：因为固体微粒密度较大，所以较难在液体中获得足够大的向心力而做离心运动，快速地沉淀到试管底部.
2.离心现象的防止
(1)汽车在公路转弯处限速：在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需要的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的.如果转弯时速度过大，所需向心力大于最大静摩擦力，汽车将做离心运动而造成车体侧滑，因此在公路转弯处汽车必须限速.
(2)转动的砂轮、飞轮限速：高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速，如果转速过高，砂轮、飞轮内部分子间的作用力不足以提供所需的向心力时，离心运动会使它们破裂，甚至酿成事故.
例2 [2024·执信中学期中] 如图所示，在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上，有一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动，则 ( )
D
A.衣服随脱水筒做圆周运动的向心力由衣服受到的摩擦力提供
B.水会从脱水筒甩出是因为水滴受到的向心力很大
C.加快脱水筒转动角速度，衣服受到的摩擦力增大
D.加快脱水筒转动角速度，衣服对筒壁的压力增大
[解析] 衣服受到竖直向下的重力、竖直向上的静摩擦力、指向圆心的支持力，重力和静摩擦力是一对平衡力，大小相等，故向心力是由支持力提供的，A错误；对于水而言，衣服对水滴的附着力提供其做圆周运动的向心力，当水滴因做圆周运动所需的向心力大于该附着力时，水滴被甩掉，错误；根据可知，脱水筒转动角速度增大以后，支持力增大，故衣服对筒壁的压力也增大，而此时在竖直方向衣服的重力与静摩擦力平衡，静摩擦力不会增大，故C错误，D正确.
变式2 (多选)[2024·河源龙川一中期中] 如图所示的四种情形中，利用离心现象的是( )
BCD
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
[解析] 火车转弯时，要按规定速度行驶，不得超速通过，这是为了防止火车做离心运动，故A错误；制作“棉花糖”的过程中，糖熔化后被甩出，做离心运动，是利用了离心现象，故B正确；通过高速旋转分离血液成分，是利用了离心现象，故C正确；洗衣机脱水利用了水在高速旋转，附着力小于所需向心力时做离心运动，是利用了离心现象，故D正确.
1.有关圆周运动的基本模型如图所示，下列说法正确的是( )
C
A.如图甲，“水流星”在竖直面内做匀速圆周运动的过程中，在最高点处水对瓶底压力大于其在最低处水对瓶底的压力
B.如图乙，小球通过竖直光滑圆形管道(半径为)最高点的最小速度为(为重力加速度)
C.如图丙所示两个圆锥摆摆线与竖直方向夹角 不同，但圆锥高相同，则两圆锥摆的角速度相同
D.如图丁，链球由于受到离心力的作用而飞出去
[解析] 如图甲，“水流星”匀速转动过程中，在最高点处水对瓶底压力,在最低处水对瓶底的压力,则在最高点处水对瓶底压力小于其在最低处水对瓶底的压力，选项A错误；小球在竖直光滑圆形管道里做圆周运动，在最高点速度可以约等于0，选项B错误；对小球进行受力分析，由牛顿第二定律有 ,得,可见只要圆锥高相同，则两圆锥摆的角速度相同，选项C正确；链球飞出去是因为链球所需要的向心力大于它所受到的合力，做离心运动，并不存在“离心力”这种力，选项D错误．
2.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，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.某一阶段，如果认为湿衣服在竖直平面内做匀速圆周运动，已知滚筒半径为，重力加速度为，那么下列说法正确的是( )
C
A.衣物通过最高点和最低点时线速度和加速度均相同
B.衣物从最高点运动到最低点过程中一直处于失重状态
C.脱水过程中滚筒对衣物的作用力不始终指向圆心
D.增大滚筒转动的周期，水更容易被甩出
[解析] 衣物在竖直平面内做匀速圆周运动，在最高点与最低点线速度大小相同，方向不同，加速度大小相同，方向不同，故A错误；衣物运动到最低点时加速度方向竖直向上，处于超重状态，故B错误；滚筒对衣物作用力有垂直于接触面的支持力和相切于接触面的摩擦力，该作用力与重力的合力大小不变且始终指向圆心，故脱水过程中滚筒对衣物作用力不一定指向圆心，故C正确；当衣物做匀速圆周运动时，衣物上的水由于所受合外力不足以提供向心力而做离心运动，因此向心力越大，脱水效果越好，，因此周期越小，水越容易被甩出，故D错误.
1.(离心现象)下列关于离心现象的说法正确的是 ( )
C
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] 向心力是以效果命名的，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，物体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，故A错误；物体在做匀速圆周运动时，若它所受到的力都突然消失，根据牛顿第一定律，可知它从这时起做匀速直线运动，故C正确，B、D错误.
2.(离心现象)[2024·广州广雅中学月考] 如图所示，在光滑的水平面上，小球在拉力作用下做匀速圆周运动.若小球到达点时突然发生变化，则下列关于小球运动的说法中正确的是( )
A
A.突然消失时，小球将沿轨迹做离心运动
B.突然变小时，小球将沿轨迹做离心运动
C.突然变大时，小球将沿轨迹做离心运动
D.突然变小时，小球将沿轨迹逐渐靠近圆心
[解析] 若突然消失，则没有力提供向心力，小球将沿轨迹的方向即圆的切线方向飞出，故A正确；若突然变小，则小球受到的合力小于需要的向心力，小球将做离心运动，但由于力仍然存在，故小球将沿轨迹运动，故B、D错误；若突然变大，则小球受到的合力大于需要的向心力，小球将沿轨迹运动，故C错误.
3.(离心现象的应用)[2024·汕头金山中学月考] 下列现象中，与离心现象无关的是( )
B
A.用洗衣机脱去湿衣服中的水 B.汽车紧急刹车时，乘客身体向前倾斜
C.旋转伞柄，伞边缘的水滴被甩出 D.运动员将链球旋转起来后掷出
[解析] 洗衣机脱水桶是利用离心原理工作的，紧急刹车时，乘客身体向前倾斜，是惯性现象；旋转雨伞上的水滴，是离心运动；运动员将链球旋转起来后掷出，利用离心现象，故选B.
4.(离心现象的应用)[2024·佛山期末] 利用离心机的旋转可使混合液中的悬浮微粒快速沉淀.如图为某离心机工作时的局部图，分离过程中，下列说法正确的是( )
C
A.混合液不同部分做离心运动是由于受到离心力的作用
B.混合液不同部分的线速度相同
C.混合液不同部分的角速度相同
D.混合液底层1部分的向心加速度大小比上层2部分的小
[解析] 混合液不同部分做离心运动是因为受到的合力不足以提供所需的向心力，故A错误.混合液不同部分的角速度相同，根据，可知混合液不同部分的线速度不相同；根据，可知混合液底层1部分的向心加速度大小比上层2部分的大，故C正确，B、D错误.
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知识点一 对离心运动现象的理解和应用
1.(多选)[2024·广州中学月考] 关于离心现象下列说法错误的是( )
AC
A.当物体受离心力时，产生离心现象
B.离心运动是由于合力突然消失或合力不足以提供向心力而引起的
C.做匀速圆周运动的物体，当提供的向心力突然增大时做离心运动
D.做匀速圆周运动的物体，当提供的向心力突然消失，物体将沿着圆周切线方向运动
[解析] 离心运动是由于合力突然消失或合力不足以提供向心力而引起的，并不存在离心力，故A错误，B正确；做匀速圆周运动的物体，提供的向心力突然变大时，物体就做近心运动，故C错误；做匀速圆周运动的物体，提供的向心力突然消失时，物体就沿着圆周切线方向运动，故D正确.
2.[2024·浙江杭州期中] 质量为的物块放在绕竖直轴匀速转动的水平圆盘上，两者保持相对静止一起做匀速圆周运动(如图所示).若已知物块与圆盘之间的动摩擦因数为 ，重力加速度为，则下列说法正确的是( )
D
A.物块受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用
B.物块随圆盘一起运动时受到的摩擦力大小为，方向指向圆心
C.因为物块和圆盘一起做匀速圆周运动，所以物块所受的合力为0
D.当转速足够大时，物块将发生离心运动
[解析] 向心力是由摩擦力提供的，所以物块随圆盘一起运动时只受到重力、支持力、摩擦力作用，故A错误；物块随圆盘一起运动时，与圆盘保持相对静止，受到的摩擦力是静摩擦力，大小不一定等于，方向指向圆心，故B错误；物块做匀速圆周运动，不是平衡状态，所受的合力始终指向圆心，不为零，故C错误.根据可知，当转速越大，所需的向心力越大，当所需的向心力大于物块的最大静摩擦力时，物块将做离心运动，故D正确.
知识点二 离心现象的应用
3.(多选)[2024·北京四中月考] 滚筒洗衣机里衣物随着滚筒做高速匀速圆周运动，以达到脱水的效果.滚筒截面如图所示，下列说法正确的是( )
AD
A.衣物运动到最低点点时处于超重状态 B.衣物和水都做离心运动
C.衣物运动到最高点点时脱水效果更好 D.衣物运动到最低点点时脱水效果更好
[解析] 衣物运动到最低点B点时，加速度指向圆心，方向竖直向上，处于超重状态，故A正确；衣物做匀速圆周运动，只有水所受合力不足以提供向心力，做离心运动，故B错误；根据牛顿第二定律，可知在最低点有，在最高点有，则，衣物运动到最低点B点时脱水效果更好，故C错误，D正确.
4.[2024·珠海实验中学月考] 雨天在野外骑车时，在自行车的后轮轮胎上常会粘附一些泥巴.若将自行车后轮撑起，使后轮悬空，然后用手匀速摇脚踏板，使后轮飞速转动，泥巴就会被甩下来.图中、、、为后轮轮胎边缘上的四个特殊位置，泥巴最容易甩下来的位置是( )
C
A. B. C. D.
[解析] 泥巴做匀速圆周运动，指向圆心的合力提供向心力，根据向心力表达式知，泥巴在车轮上每一个位置的向心力相等，当提供指向圆心的合力小于向心力时做离心运动，所以能提供的合力越小越容易飞出去，
最低点，重力向下，附着力向上，合力等于附着力减重力，最高点，重力向下，附着力向下，合力为重力加附着力，在、两点，指向圆心的合力等于附着力，所以在最低点所需要的附着力最大，点泥巴最容易甩出去.故选C.
5.[2024·湖南长沙期中] 如图所示为高速动车经过一转弯处的照片.车厢内甲、乙两名乘客并排坐着，其中甲乘客的座位靠近一侧的车窗.转弯时，下列说法正确的是( )
B
A.两名乘客的线速度大小相等
B.两名乘客的角速度大小相等
C.两名乘客的向心力大小一定不等
D.高速动车速度超过设计速度时会受到离心力的作用
[解析] 车厢内甲、乙两名乘客并排坐着，其中甲乘客的座位靠近一侧的车窗，可知两名乘客的角速度大小相等，两名乘客做圆周运动的半径不同，根据，,可知两名乘客的线速度大小不相等，由于不清楚两名乘客的质量关系，所以不能确定向心力大小的关系，故B正确，A、C错误；高速动车速度超过设计速度时，会有离心现象，但不是受到离心力的作用，是实际受到的力不足以提供圆周运动所需的向心力，故D错误.
6.(多选)[2024·深圳中学月考] 如图所示，物块置于水平转盘上随转盘一起运动，图中方向沿半径指向圆心，方向与方向垂直.现转盘逆时针转动，下列说法正确的是( )
AD
A.当转盘匀速转动时，所受摩擦力方向为
B.当转盘匀速转动时，不受转盘的摩擦力
C.当转盘加速转动时，所受摩擦力方向可能为
D.当转盘减速转动时，所受摩擦力方向可能为
[解析] 转盘匀速转动时，物块所受的重力和支持力平衡，摩擦力提供其做匀速圆周运动的向心力，故摩擦力方向指向圆心点，A正确，B错误；当转盘加速转动时，物块做加速圆周运动，不仅有沿方向指向圆心的向心力，还有指向方向的切向力，使线速度增大，两方向的合力即摩擦力可能沿方向，C错误；当转盘减速转动时，物块做减速圆周运动，不仅有沿方向指向圆心的向心力，还有与方向相反的切向力，使线速度减小，两方向的合力即摩擦力可能沿方向，D正确.
7.如图所示为一种叫作“魔盘”的娱乐设施,当转盘转动很慢时,人会随着“魔盘”一起转动,当“魔盘”转动到一定速度时,人会“贴”在“魔盘”竖直壁上,而不会滑下.若魔盘半径为,人与魔盘竖直壁间的
D
A.人随“魔盘”转动过程中受重力、弹力、摩擦力和向心力作用
B.若转速变大,则人与竖直壁之间的摩擦力变大
C.若转速变大,则人与竖直壁之间的弹力不变
D.“魔盘”的转速一定不小于
动摩擦因数为 ,重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则人“贴”在“魔盘”竖直壁上随“魔盘”一起运动过程中,下列说法正确的是( )
[解析] 人随“魔盘”转动过程中受到重力、弹力、摩擦力,向心力由弹力提供,故A错误;人在竖直方向上受到重力和摩擦力,二力平衡,则转速变大时,人与竖直壁之间的摩擦力不变,故B错误;如果转速变大,由知,人与竖直壁之间的弹力变大,故C错误;人“贴”在“魔盘”上时,有,,又,解得转速,故“魔盘”的转速一定不小于
,故D正确.
8.[2024·山东济南期中] 在东北严寒的冬天，人们经常玩一项“泼水成冰”的游戏．图甲所示是某人玩“泼水成冰”游戏的瞬间，其示意图如图乙所示，为最高点，在最高点时杯口朝上．泼水过程中杯子的运动可看成圆周运动，人的手臂伸直，臂长约为．下列说法正确的是( )
A.泼水时杯子的旋转方向为顺时针方向
B.位置飞出的小水珠初速度沿1方向
C.若要将水从点泼出，杯子的速度不能小于
D.杯子内装的水越多，水的惯性越大，因此越容易被甩出
[解析] 由图中的虚线切线方向可知，泼水时杯子的旋转方向为逆时针方向，则位置飞出的小水珠初速度沿2方向，故A、B错误；水从点泼出时，设水的质量为，当水的重力刚好提供其所需的向心力时，有,解得,可知水被甩出与水的质量无关，要将水从点泼出，杯子的速度不能小于，故C正确，D错误.
√
9.(多选)气嘴灯对自行车的气嘴起到装饰作用，使夜间骑行时自行车拥有个性的灯光效果，是夜骑的一道风景线，深受青少年骑行爱好者喜爱，气嘴灯安装在自行车的气嘴上，骑行时会发光，一种气嘴灯的感应装置结构如图所示，一重物套在光滑杆上，重物上的触点与固定在端的触点接触后，灯就会发光，关于以上信息下列说法正确的是( )
A.正确安装使用时，装置端的线速度比端的大
B.感应装置的原理是利用离心现象
C.自行车匀速行驶时，装置运动到最下端时比最上端更容易发光
D.要在较低的转速时发光，可以更换劲度系数更小的弹簧
[解析] 由离心运动的原理，可知B端应在外侧，更靠近气嘴，A端应在内侧，由可知，装置A端的线速度比B端的小，A错误；感应装置的原理是利用离心现象，使两触点接触点亮灯，B正确；自行车匀速行驶时，装置运动到最下端时，由于重物超重，两触点更容易接触，因此比最上端更容易发光，C正确；当转速较低时，向心力较小，可以更换劲度系数更小的弹簧或增加重物的质量，从而使点更容易与点接触点亮灯，D正确.
√
√
√
10.如图所示，用极高的角速度旋转封闭的玻璃管一段时间后，管中的蛋白会按照不同的属性而相互分离、分层，且密度大的出现在远离转轴的管底部.已知玻璃管稳定地做匀速圆周运动，管中两种不同的蛋白、相对于转轴的距离分别为和，则 ( )
D
A.蛋白受到的合外力为零 B.蛋白受到的力有重力、浮力和向心力
C.蛋白和蛋白的向心力之比为 D.蛋白和蛋白的向心加速度之比为
[解析] 和做匀速圆周运动,角速度相同,运动半径之比为,由可知,向心加速度之比为,由于质量未知,所以向心力之比不确定，蛋白受到的合外力即向心力不为零,选项A、C错误,D正确;受力分析时不能额外加上一个向心力,选项B错误.
11.[2024·珠海一中月考] 物理老师正在课堂上演示螺旋甩球实验仪器，按图示甩动小球(质量为的小球用细绳系住，细绳穿过一空心笔筒，上方的手握住笔筒，下方的手拽住细绳)，请分析，当下方握绳的手增加施力和减小施力时，小球运动轨迹如何变化，为什么？
[答案] 见解析
[解析] 以小球为研究对象，绳子拉力与小球重力合力提供小球做圆周运动所需向心力.当增加施力下拉时，绳子拉力与重力的合力大于小球做圆周运动所需的向心力，将做近心运动，如图甲所示，螺旋状靠近圆心；当减小施力放手时，绳子拉力与重力的合力小于小球做圆周运动所需的向心力，将做离心运动，如图乙所示，螺旋状远离圆心.
