2019-2020学年高中物理 第2章 圆周运动 第3节 离心现象及其应用课件 粤教版必修2

第三节离心现象及其应用1．(多选)关于向心力的说法中正确的是()A．物体由于做圆周运动而产生向心力B．向心力不改变做圆周运动的物体的速度大小C．做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的D．做匀速圆周运动的物体所受各力的合力一定是向心力【答案】BD2．关于质点做匀速圆周运动，下列说法正确的是()A．由a＝v2r知a与r成反比B．由a＝ω2r知a与r成正比C．由ω＝vr知ω与r成反比D．由ω＝2πn知ω与转速n成正比【答案】D【解析】由关系式y＝kx知，y与x成正比的前提条件是k为定值．只有当v一定时，才有a与r成反比；只有当ω一定时，才有a与r成正比．3．用材料和粗细相同、长短不同的两段绳子，各拴一个质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动，那么()A．两个球以相同的线速度运动时，长绳易断B．两个球以相同的角速度运动时，长绳易断C．两个球以相同的角速度运动时，短绳易断D．不管怎样，都是短绳易断【答案】B【解析】绳子对物体的拉力T充当向心力．由T＝mv2r＝mω2r分析，得知B项正确．一、离心现象1．定义：做圆周运动的物体，逐渐____________的现象．2．条件：物体所受合外力____________或不足以提供圆周运动所需的________．远离圆心突然消失向心力做离心运动的物体是因为受到“离心力”作用吗？【答案】不是，物体做离心运动是由于合外力突然消失或不足以提供向心力，并不是受到“离心力”作用．二、离心现象的应用1．应用：离心________、离心分离器、脱水桶、投掷链球．2．危害与防止：车辆转弯时易出现交通事故，拐弯时应减小________．干燥器速度在工厂里，为什么要在砂轮的外侧加一个防护罩？【答案】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，离心运动会使它们破裂，甚至酿成事故．1．离心运动的本质：由于物体具有惯性，物体做圆周运动时总有沿切线方向飞出的趋势．2．离心运动的受力特点：物体做离心运动并非受到离心力作用，而是外力不能提供足够的向心力．对离心运动的理解3．合外力与向心力的大小关系对圆周运动的影响(如右图所示)：(1)若F合＝mrω2或F合＝mv2r，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”．(2)若F合＞mrω2或F合＞mv2r，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”．特别提醒：(1)离心运动不是物体沿半径方向飞出，而是物体沿切线或沿圆与切线之间的某一曲线运动．(2)离心运动的本质是惯性，而不是物体受到了“离心力”的作用．(3)若F合＜mrω2或F合＜mv2r，则外力不足以将物体拉回到原轨道上，而做离心运动，即“需要”大于“提供”或“提供不足”．(4)若F合＝0，则物体沿切线方向做直线运动．例1下列关于离心现象的说法中正确的是()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，它将做曲线运动题眼直击：离心现象是物体惯性的表现．解题流程：答案：D题后反思：1.当做圆周运动的物体所受的合外力不足以提供向心力时，物体将做离心运动．2．做离心运动的物体并非沿半径方向飞出，离心运动中“远离最快”的方向是沿切线方向飞出．1．(2017广东学业考)如图所示，在高速转动的洗衣机脱水桶内壁上，有一件湿衣服随桶一起转动，在保证衣服不滑动的情况下()A．桶转速增大时，衣服对桶壁的压力不变B．桶转速增大时，衣服对桶壁的压力减小C．桶转速足够大时，衣服上的水滴将做离心运动D．桶转速足够大时，衣服上的水滴将做向心运动【答案】C【解析】衣服随桶一起转动，所需向心力由桶壁的支持力提供，转速越大，支持力越大，压力也越大，故A、B错误；当水滴的附着力不足以提供向心力时，水滴做离心运动，故C正确，D错误．故选C．1．常见几种离心运动对比图示离心运动的应用项目实物图原理图现象及结论洗衣机脱水筒当水滴跟物体的附着力F不足以提供向心力时，即F＜mω2r，水滴做离心运动项目实物图原理图现象及结论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时，即fmax＜mv2r，汽车做离心运动项目实物图原理图现象及结论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时，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2．离心运动问题的分析思路(1)对物体进行受力分析，确定提供给物体向心力的合外力F.(2)根据物体的运动，计算物体做圆周运动所需的向心力F向＝mω2r＝mv2r.(3)比较F与F向的关系，确定物体运动的情况．例2如图所示，A、B两个物体放在水平的旋转圆台上，动摩擦因数均为μ，A的质量为2m，B的质量为m，A、B距转轴的距离分别为R和2R，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当圆台旋转并且转速增大时，哪个物体先开始滑动？求A、B将要滑动时圆台的角速度ωA和ωB分别为多少？解析：物体随圆台做圆周运动，由静摩擦力提供向心力，则μmg＝mω2r，其最大角速度ω＝μgr，由于rA＜rB，故最大角速度ωAmax＞ωBmax，所以B先滑动．由前面分析：物体将要滑动时，物体的角速度已达到最大值，则ωA＝μgR，ωB＝μg2R.答案：B先滑动μgRμg2R题后反思：物体刚开始滑动时，向心力刚好达到最大静摩擦力，A、B两物体谁先滑动，不是取决于谁的最大静摩擦力大，而是取决于谁先达到最大静摩擦力．2．(2018广西来宾期中)下列哪些措施是为了防止物体产生离心现象的()①汽车转弯时要限制速度②转速很高的砂轮半径不能做得太大③在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨④离心水泵的运用⑤通过离心机铸造水泥管道和水泥电线杆A．①②③B．②④⑤C．①②④D．①④⑤【答案】A【解析】因为F向＝mv2r，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①正确．因为F向＝mω2r，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，发生事故，所以砂轮要做得小一些，故②正确．在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨，可以让支持力提供更多的向心力，防止火车产生离心运动，故③正确．离心水泵的工作应用了水的离心运动，故④错误，通过离心机铸造就是应用了水的离心运动，⑤错误．故选A.例3如下图所示，水平长杆AB绕过B端的竖直轴OO′匀速转动，在杆上套有一个质量为m＝1kg的圆环，若圆环与水平杆的动摩擦因数μ＝0.5，且假设最大静摩擦力大小与滑动摩擦力大小相等，(g取10m/s2)则(1)当水平长杆的转动角速度ω＝2rad/s时，圆环的最大转动半径多大？综合拓展提高(2)如果水平长杆的转动角速度降为ω′＝1.5rad/s时，圆环能否相对于杆静止在(1)中的最大半径位置，此时它所受的摩擦力是多大？(3)若圆环到B端的距离为1.5m，水平长杆的转动角速度仍为ω，圆环如何运动？(g取10m/s2)解析：(1)设圆环的最大转动半径为r1，圆环所受的最大静摩擦力为f＝μN＝μmg＝0.5×1×10N＝5N.圆环所受的静摩擦力提供圆环做匀速圆周运动的向心力，则有μmg＝mr1ω2，解得r1＝μgω2＝0.5×1022m＝1.25m.(2)圆环所受的向心力大小为F1＝mr1ω′2＝1×1.25×1.52N＝2.81N＜f＝5N.圆环随水平长杆一起做匀速圆周运动，圆环受到的静摩擦力等于向心力，此时圆环所受的摩擦力大小为f′＝F1＝2.81N.(3)圆环做圆周运动所需的向心力大小为F2＝mr2ω2＝1×1.5×22N＝6N＞f＝5N.最大静摩擦力不足以提供圆环做匀速圆周运动的向心力，圆环做离心运动．答案：(1)1.25m(2)2.81N(3)圆环做离心运动