2019-2020高中物理 第二章 圆周运动 3 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一、离心现象1.定义:做圆周运动的物体在所受合力突然消失或________提供做圆周运动所需的向心力的情况下,物体做逐渐_________的运动的现象。2.条件:合力突然_____或合力不足以提供向心力。不足以远离圆心消失【思考辨析】(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)×。没有离心力这种说法。(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。(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。二、离心运动的应用和防止1.应用:离心分离器、___________、洗衣机的脱水筒。2.防止:如车辆转弯时要_____。离心干燥器限速【生活链接】雨天,当你旋转自己的雨伞时,会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出,你能说出其中的原因吗?提示:旋转雨伞时,雨滴也随着运动起来,但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力,雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出。一离心运动的分析【典例】(多选)(2018·清远高一检测)如图甲所示,在光滑水平转台上放一木块A,用细绳的一端系住木块A,另一端穿过转台中心的光滑小孔O悬挂另一木块B。当转台以角速度ω匀速转动时,A恰能随转台一起做匀速圆周运动,图乙为其俯视图。则世纪金榜导学号86326035()A.当转台的角速度变为1.5ω时,木块A将沿图乙中的a方向运动B.当转台的角速度变为1.5ω时,木块A将沿图乙中的b方向运动C.当转台的角速度变为0.5ω时,木块A将沿图乙中的b方向运动D.当转台的角速度变为0.5ω时,木块A将沿图乙中的c方向运动【解析】选B、D。木块A以角速度ω做匀速圆周运动时的向心力由木块B提供,大小等于木块B的重力,而木块B的重力不变,所以转台角速度增大时,木块A需要的向心力大于B的重力,A做离心运动,故B正确;转台角速度减小时,木块A需要的向心力小于木块B所受的重力,故D正确。【核心归纳】1.对离心运动的理解:(1)离心运动并非沿半径飞出的运动,而是运动半径越来越大的运动或沿切线方向飞出的运动。(2)离心运动的本质是物体惯性的表现,并不是受到了“离心力”的作用。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”。2mvFr合2mvFr合(3)若F合mrω2或,则外力不足以将物体拉回到原轨道上,物体做离心运动,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。2mvFr合【特别提醒】(1)在离心现象中并不存在离心力,是外力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力而引起的,是惯性的一种表现形式。(2)做离心运动的物体,并不是沿半径方向向外远离圆心。(3)物体的质量越大,速度越大,半径越小时,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。【过关训练】1.如图所示,在匀速转动的水平盘上,沿半径方向放着用细线相连的质量相等的两个物体A和B,它们与盘间的动摩擦因数相同,当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时,烧断细线,则两个物体的运动情况是()A.两物体均沿切线方向滑动B.两物体均沿半径方向滑动,离圆盘圆心越来越远C.两物体仍随圆盘一起做匀速圆周运动,不会发生滑动D.物体B仍随圆盘一起做匀速圆周运动,物体A发生滑动,离圆盘圆心越来越远【解析】选D。A、B两物体刚好还未发生滑动时,物体A需要的向心力FA=fmax+T=mω2rA,物体B需要的向心力FB=fmax-T=mω2rB,因此FAFB,烧断细线后,细线上拉力T消失,对A有fmaxmω2rA,物体A做离心运动;对B有fmaxmω2rB,物体B随盘一起转动,选项D正确。其他选项均错。2.(多选)如图所示,光滑水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时,拉力F发生变化,关于小球运动情况的说法正确的是()A.若拉力突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动B.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pb做离心运动C.若拉力突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动D.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pc做离心运动【解析】选A、B。若拉力突然消失,小球将沿切线运动,A正确;若拉力变小,小球将沿Pb做离心运动,B正确、D错误。若拉力变大,小球将沿Pc做近心运动,C错误。【补偿训练】(多选)为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“打滑”的现象,可以()A.增大汽车转弯时的速度B.减小汽车转弯时的速度C.增大汽车与路面间的摩擦D.减小汽车与路面间的摩擦【解析】选B、C。汽车在水平路面上转弯时,其向心力由静摩擦力提供,即,如要防止“打滑”现象,应采取的措施是:增大汽车与路面间的摩擦或减小汽车转弯时的速度。2vmgmR二离心现象的应用考查角度1常见的离心现象的应用【典例1】(多选)洗衣机脱水的原理是利用了离心运动把附着在衣服上的水分甩干。如图是某同学用塑料瓶和电动机等自制的脱水实验原理图,但实验中发现瓶内湿毛巾甩干效果不理想,为了能甩得更干,请为该同学设计改进建议()世纪金榜导学号86326036A.增加转速B.减小转速C.增大塑料瓶半径D.减小塑料瓶半径【解析】选A、C。转筒中物体需要的向心力为:F=mω2r=m4π2n2r,故要增加甩干效果,就要提高离心运动速度,即要提高需要的向心力,由以上表达式可知,可以提高转速或半径,故A、C正确,B、D错误。【核心归纳】三种常见离心运动的对比图示项目实物图原理图现象及结论洗衣机脱水筒当水滴受到物体的附着力F不足以提供向心力时,即Fmω2r,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,汽车做离心运动2maxvfmr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,水银柱做离心运动进入玻璃泡内考查角度2离心运动的分析技巧【典例2】(2018·韶关高一检测)航天员在进入宇宙飞船进行航天活动之前要进行多种训练,如图所示是离心实验器的原理图。可以用此实验研究过荷对人体的影响,测定人体的抗荷能力。离心实验器转动时,被测者做匀速圆周运动。现观察到图中的直线AB(线AB与舱底垂直)与水平杆成30°角,则:世纪金榜导学号86326037(1)被测者对座位的压力是他所受重力的多少倍?(2)如被测者可看成质点,AB长度为L1,B到转动轴的距离BO=L2,求这时离心器的角速度。【解题探究】(1)被测者做匀速圆周运动的向心力由什么力提供?提示:被测者受到的重力和座位的支持力的合力提供向心力。(2)被测者做匀速圆周运动的半径怎样确定?提示:由几何关系,R=L1cos30°+L2。【解析】(1)被测者受重力和座位的支持力的作用,两个力的合力提供向心力。受力分析如图所示被测者受座位的支持力FN==2mg,由牛顿第三定律知,被测者对座位的压力是其重力的2倍。mgsin30(2)由牛顿第二定律有mgcot30°=mω2R,其中R=L1cos30°+L2,解得ω=答案:(1)2倍(2)1223g3L2L。1223g3L2L。【核心归纳】离心运动问题的分析技巧:(1)做圆周运动的质点,当F合=0时,它就以这一时刻的线速度沿切线方向飞出去。(2)当F合F向时做半径越来越大的运动,它不是沿圆周切线方向飞出。(3)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。(4)离心运动的本质是由于惯性。【过关训练】1.(2018·揭阳高一检测)如图所示,在注满水的玻璃管中放一个乒乓球,然后再用软木塞封住管口,将此玻璃管放在水平面内旋转的转盘上,且保持与转盘相对静止,则乒乓球会()A.向外侧运动B.向内侧运动C.保持不动D.条件不足,无法判断【解析】选B。若把乒乓球换成等体积的水球,则此水球将会做圆周运动,能够使水球做圆周运动的是两侧的水的合压力,而且这两侧压力不论是对乒乓球还是水球都是一样的。但由于乒乓球的质量小于相同体积的水球的质量,所以此合压力大于乒乓球在相同轨道相同角速度下做圆周运动所需的向心力,所以乒乓球将会做近心运动。故B正确。2.某游乐场里的赛车场地为圆形,半径为100m,一赛车和车手的总质量为100kg,轮胎与地面间的最大静摩擦力为600N。(g取10m/s2)世纪金榜导学号86326038(1)若赛车的速度达到72km/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,车手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,所以赛车在运动过程中不会发生侧滑。2vFm400N600Nr＜(2)由题意得车手不受座椅侧向的摩擦力,于是车手只受支持力和重力,由牛顿第二定律知,解得答案:(1)不会侧滑(2)24m/s2vmgtanmrvgrtan24m/s【补偿训练】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。【拓展例题】考查内容:离心运动的应用【典例示范】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.MmgmrMmgmrMmgmrMgmr【正确解答】选A。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。Mmgmr