2020-2021学年粤教版（2019）必修第二册 2.4 离心现象及其应用 学案

2020-2021学年粤教版（2019）必修第二册
2.4 离心现象及其应用 学案
学习目标
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.（重点）
3.通过实例分析了解离心运动的应用与防止
知识点一　离心现象
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向心力的情况下，会做逐渐远离圆心的运动.
知识点二　离心现象的应用
1.利用离心现象工作的机械叫作离心机械，如洗衣机的脱水筒和离心分离器.
2.车辆转弯时要限速是防止发生离心现象.
3.工厂里，在砂轮的外侧加一个防护罩是防止离心现象发生时产生危害.
小试身手
1.下列现象中，与离心运动无关的是（　　）
A.汽车转弯时速度过大，乘客感觉往外甩
B.洗衣机脱水筒旋转，将衣服上的水甩掉
C.汽车急刹车时，乘客身体向前倾
D.运动员投掷链球时，在高速旋转的时候释放链球
解析：选项A、B是由于合外力不足以提供向心力，做离心运动，A、B正确；选项C是由于惯性，当汽车急刹车时，乘客的身体由于惯性将向前倾，C错误；选项D是由于合外力消失而做离心运动，D正确.
答案：C
2.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
解析：洗衣机脱水，是利用了离心现象，故A正确；汽车转弯时要减速，是防止离心现象，故B错误；用离心沉淀器分离物质，是利用了离心现象，故C正确；转动雨伞，可以去除雨伞上的一些水，是利用了离心现象.故D正确.故选B.
答案：B
学习小结
1.离心现象的定义.
2.离心现象的应用.
3.离心现象的防止
探究一　离心运动的动力学分析
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势，之所以没有飞出去，是因为受到指向圆心的力.
2.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.
3.离心运动、近心运动的判断：
物体做圆周运动是离心运动还是近心运动，由实际提供的向心力Fn与所需向心力的大小关系决定.
（1）若Fn＝mrω2，即“提供”满足“需要”，物体做圆周运动.
（2）若Fn>mrω2，即“提供”大于“需要”，物体做半径变小的近心运动.
（3）若Fn（4）若Fn＝0，物体做离心运动，沿切线方向飞出.
【典例1】　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，下列关于小球运动的说法正确的是（　　）
A.F突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动
B.F突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动
C.F突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动
D.F突然变小，小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心
解析：F突然消失时，小球将沿该时刻线速度方向，即沿轨迹Pa做离心运动，选项A正确；F突然变小时，小球将会沿轨迹Pb做离心运动，选项B、D均错误；F突然变大时，小球将沿轨迹Pc做近心运动，选项C错误.
答案：A
训练：
1.关于离心运动，下列说法中正确的是（　　）
A.物体突然受到离心力的作用，将做离心运动
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将做离心运动
C.做匀速圆周运动的物体，只要向心力的数值发生变化，就将做离心运动
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
解析：当物体受到的合力的大小不足以提供物体所需要的向心力的大小时，才做离心运动，离心力是不存在的，A错.向心力突然变大时，物体将做向心运动，B错.合力大于需要的向心力时，物体要做向心运动，合力小于所需要的向心力时，物体才做离心运动，C错.当物体受到的合力的大小不足以提供物体所需的向心力的大小时，物体就要远离圆心，做离心运动，D对.
答案：D
2.物体m用细绳通过光滑的水平板上的小孔与装有细沙的漏斗M相连，并且正在做匀速圆周运动，如图所示，如果缓慢减小M的质量，则物体的轨道半径r、角速度ω变化情况是（　　）
A.r不变，ω变小　　　　　　B.r增大，ω减小
C.r减小，ω增大 D.r减小，ω不变
解析：细绳拉力提供物体m做圆周运动需要的向心力，当缓慢减小M时，对m的拉力减小，拉力不足以提供向心力，物体m做离心运动，运动半径r增大，由牛顿第二定律得Mg＝T＝mω2r，因为细绳拉力T减小，半径r增大，因此ω减小，选项B正确.
答案：B
探究二　离心现象的应用与防止
1.应用.
离心干燥器、洗衣机的脱水筒、离心分离器等.
例如：洗衣机脱水筒在甩干衣物时，正是利用了水滴的离心运动.脱水筒转得比较慢时，水滴跟物体的附着力F足以提供所需的向心力，使水滴做圆周运动.当脱水筒转得比较快时，附着力F不足以提供所需的向心力，于是水滴做离心运动，穿过筒上的小孔，飞到孔外.
2.防止.
转弯限速、砂轮加防护罩等.
例如：汽车转弯时要防止离心运动的发生.在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力由车轮与路面间的静摩擦力提供.如果转弯时速度过大，所需向心力F向大于最大静摩擦力fmax时，汽车将做离心运动，容易造成交通事故.因此，在公路弯道处车辆行驶不允许超过规定的速度.
3.常见的几种离心运动.
离心运动
实验图
原理图
现象及结论
洗衣机
脱水筒
当水滴跟衣物的附着力F不足以提供向心力，即F汽车在水
平路面上
转弯
当最大静摩擦力不足以提供向心力，即fmax用离心机
把体温计
的水银甩
回玻璃
泡中
当离心机快速旋转，缩口处对水银柱的阻力不足以提供向心力时，水银柱做离心运动进入玻璃泡内
【典例2】　下列哪个现象是利用了物体产生离心运动（　　）
A.离心水泵工作时
B.车转弯时要限制速度
C.公路弯道的转弯半径设计得很大
D.转速很高的砂轮半径不能做得太大
解析：离心水泵工作就是应用了水的离心运动，故A正确；因为F向＝m，所以速度越快，所需的向心力就越大，汽车转弯时要限制速度，来减小汽车所需的向心力，防止离心运动，同时增大转弯半径也可以防止离心运动，故B、C错误；因为F向＝m，所以转速很高的砂轮所需的向心力就大，转速很高的砂轮半径做得太大，就会出现砂轮承受不了巨大的力而断裂，出现离心运动，所以砂轮要做得小一些，故D错误.
答案：A
3.下列事例利用了离心现象的是（　　）
A.自行车赛道倾斜 B.汽车减速转弯
C.汽车上坡前加速 D.利用旋转拖把脱水
解析：自行车赛道倾斜，就是应用了支持力与重力的合力提供向心力，防止产生离心运动，故A错误；因为F向心＝m，所以速度越快，所需的向心力就越大，汽车转弯时要限制速度，来减小汽车所需的向心力，防止离心运动，故B错误；汽车上坡前加速，与离心运动无关，故C错误；利用旋转拖把脱水，就是利用了离心运动，故D正确.
答案：D
4.在日常生活中有许多地方需要注意离心现象造成的危害，下列措施不是用于预防离心现象危害的是（　　）
A.在平直的校园路面上设置减速带
B.在砂轮的外侧加防护罩
C.在铁饼的投掷区域修建钢丝网
D.在道路的拐弯处竖立限速标示牌
解析：在平直的校园路面上设置减速带，是为了确保校园道路安全，故选项A符合题意；在砂轮的外侧加防护罩，是防止摩擦产生的碎屑做离心运动，对人有伤害，故选项B不符合题意；在铁饼的投掷区域修建钢丝网，用来防止比赛人员在投掷铁饼时由于离心现象误伤到边上的观众，故选项C不符合题意；在道路的拐弯处竖立限速标示牌，是为了防止由于离心现象而出现侧滑，故选项D不符合题意.
答案：A
课堂小结