(粤教版必修2)2.3《离心现象及其应用》.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,一、对离心运动的理解,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向，之所以没有飞出去，是因为受到向心力作用的缘故,.,2.,合外力与向心力的关系,(,如图,),(1),若,F,合,=mr,2,或,F,合,=,，物体做匀速圆周运动，即,“,提供,”,满足,“,需要,”,.,(2),若,F,合,mr,2,或,F,合,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,”,.,(3),若,F,合,mr,2,或,F,合,，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,.,(1),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,.,(2),离心运动不是沿半径方向向外远离圆心的运动,.,【,典例,1】(2011,许昌高一检测,),下列关于离心现象的说法中，正确的是,(),A.,当物体所受到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突然消失时，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，它将沿切线飞出,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,【,解题指导,】,解答本题应把握以下两点：,【,标准解答,】,选,C.,做圆周运动的物体产生离心现象的原因是,F,合,m,2,r,，或者,F,合,突然消失，而非物体所受到的离心力大于向心力，故,A,错误；当,F,合,突然消失时，物体由于惯性沿切线飞出，做匀速直线运动，故,C,正确，,B,、,D,错误,.,【,规律方法,】,离心运动的分析技巧,(1),物体所受的合外力是否满足物体做圆周运动所需要的向心力，即,“,提供,”,是否满足,“,需求,”,.,物体做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,.,(2),离心现象是做圆周运动的物体所受合力减小，或合力突然消失所致的现象，而不是离心力大于向心力,(F,合,m,2,r),的缘故,.,(3),当提供向心力的合力大于需要的向心力,(F,合,m,2,r),时，物体将做,“,向心运动,”,.,【,变式训练,】(,双选,),如图，绳子的一端,固定在,O,点，另一端拴一重物在水平面,上做匀速圆周运动，则下列说法正确的,是,(),A.,转速相同时，绳长的容易断,B.,周期相同时，绳短的容易断,C.,线速度大小相等时，绳短的容易断,D.,线速度大小相等时，绳长的容易断,【,解析,】,选,A,、,C.,绳子的拉力提供向心力，根据向心力公式,可知，当转速相同，即角速度,(,周期,),相同时，,Fr,，当线速度大小相同时，,F,，故,A,、,C,正确，,B,、,D,错误,.,二、离心现象的应用与防止,1.,几种常见离心运动的对比,2.,离心现象的防止,(1),减小物体运动的速度，使物体做圆周运动时所需的向心力减小,.,(2),增大合外力，使其达到物体做圆周运动时所需的向心力,.,(3),常见实例,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,f,max,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,.,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,.,在分析实际的离心现象时，关键是找出提供物体做圆周运动的向心力，把实际运动抽象成一个理想化的圆周运动来处理,.,【,典例,2】(2011,石家庄高一检测,)(,双,选,),如图所示，水平转台上放着,A,、,B,、,C,三个物体，质量分别为,2m,、,m,、,m,，离,转轴的距离分别为,R,、,R,、,2R,，与转台,间的摩擦因数相同，转台旋转时，下列说法中正确的,是,(),A,若三个物体均未滑动，,C,物体的向心加速度最大,B,若三个物体均未滑动，,B,物体受的摩擦力最大,C,转速增加，,A,物体比,B,物体先滑动,D,转速增加，,C,物体先滑动,【,解题指导,】,三个物体均未滑动时，转动的角速度相同，,a=,2,r,，静摩擦力等于向心力；转速增加，静摩擦力不足以提供向心力的先滑动,.,【,标准解答,】,选,A,、,D.,三个物体均未滑动时，做圆周运动的角速度相同，均为,，根据,a=,2,r,知，半径最大的向心加速度最大，,A,正确；三个物体均未滑动时，静摩擦力提供向心力，,f,A,=2m,2,R,，,f,B,=m,2,R,f,C,=2m,2,R,，,B,物体受的摩擦力最小，,B,错误；转速增加时，角速度增加，当三个物体都刚要滑动时，对,A,：,2mg=2m,2,R,，对,B,：,mg=m,2,R,，对,C,：,mg=2m,2,R,，所以当转速增加时，,C,的静摩擦力提供向心力首先达到不足，,C,物体先滑动，,D,正确；,A,与,B,要么不动，要么一起滑动，,C,错误,.,【,变式训练,】(2011,杭州高一检测,),如,图所示是一种娱乐设施,“,魔盘,”,，而且,画面反映的是魔盘旋转转速较大时盘中,人的情景,.,甲、乙、丙三位同学看了图后发生争论，甲说：,“,图画错了，做圆周运动的物体受到向心力的作用，魔盘上的人应该向中心靠拢,.,”,乙说：,“,图画得对，因为旋转的魔盘给人离心力，所以人向盘边缘靠拢,.,”,丙说：,“,图画得对，当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时，人会逐渐远离圆心,.,”,该三位同学的说法应是,(),A.,甲正确,B.,乙正确,C.,丙正确,D.,无法判断,【,解析,】,选,C.,向心力是按照效果命名的力，在此题的情境中，都是指人受到的摩擦力,.,当魔盘转速较小时，人做圆周运动，此时摩擦力提供向心力；当魔盘转速较大时，摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力，人做离心运动，此时人并未受到离心力的作用,.,故,C,正确,.,【,变式备选,】,某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为,100 m,，一赛车和乘客的总质量为,100 kg,，轮胎与地面间的最大静摩擦力为,600 N.,(1),若赛车的速度达到,72 km/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，司机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,F=400 N,600 N,所以赛车在运动过程中不会发生侧滑,.,(2),由题意得司机不受座椅侧向的摩擦力，于是赛车只受支,持力和重力，由牛顿第二定律知,mgtan=,解得,v=24 m/s,答案：,(1),不会侧滑,(2)24 m/s,【,典例,】,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.,【,解题指导,】,电动机恰能离开地面的条件是重物对电动机,的作用力恰等于其重力，重物运动到最高点时电动机最易,离开地面,.,【,标准解答,】,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=m,2,r ,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,.,对离心运动的条件理解不清造成错误,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，当提供向心力的合外力突然变大时将做离心运动,C.,做匀速圆周运动的物体，只要提供向心力的合外力的数值发生变化，就将做离心运动,D.,做匀速圆周运动的物体，当提供向心力的合外力突然消失或变小时将做离心运动,【,正确解答,】,选,D.,物体做什么运动取决于物体所受合外力与物体所需向心力的关系，只有当提供的向心力小于所需要的向心力时，物体做离心运动，所以做离心运动的物体并没有受到所谓的离心力的作用，离心力没有施力物体，所以离心力不存在,.,由以上分析可知,D,正确,.,【,易错分析,】,本题易错选项及错误原因具体分析如下：,1.,公共汽车在到达路口转弯前，车内广播,“,乘客们请注意，前方车辆转弯，请拉好扶手,.,”,这样可以防止乘客,(),A.,突然向前倾倒,B.,突然向后倾倒,C.,因汽车转弯而向转弯的外侧倾倒,D.,因汽车转弯而向转弯的内侧倾倒,【,解析,】,选,C.,汽车转弯时乘客因做圆周运动而需要向心力，而合外力不足以提供乘客做圆周运动的向心力，做离心运动，乘客向转弯的外侧倾倒,.,属于离心现象，,C,正确,.,2.,如图所示，一质量为,m,的物块，在细线的拉力作用下，沿较大的光滑水平面做匀速圆周运动，当细线突然断裂时物块,(),A.,将沿切线方向做匀速直线运动,B.,将做靠近圆心的曲线运动,C.,将做远离圆心的曲线运动,D.,沿断裂时细线的方向向外匀速飞出,【,解析,】,选,A.,据题意，细线断裂后，物块所受合力为零，将沿速度的方向做匀速直线运动，故,A,正确，,B,、,C,、,D,错误,.,3.,在水平圆盘上分别放甲、乙、丙三个质量分别为,m,、,2m,、,3m,的物体，其轨道半径分别为,r,、,2r,、,3r(,如图所示,),，三个物体的最大静摩擦力皆为所受重力的,k,倍，当圆盘转动的角速度由小缓慢增大，相对圆盘首先滑动的是,(),A.,甲物体,B.,乙物体,C.,丙物体,D.,三个物体同时滑动,【,解析,】,选,C.,物体随圆盘转动做圆周运动，静摩擦力提供向心力,.,当角速度,增大时，需提供的向心力增加，静摩擦力增加；当需要的向心力增加到最大静摩擦力及超过最大静摩擦力时，静摩擦力将无法满足圆周运动所需的向心力，于是物体相对盘滑动，产生离心现象,.,首先注意到三个物体角速度相同，在未滑动前比较三者静摩擦力的大小关系,.,根据牛顿定律：,f,甲,ma,甲,=m,2,r,f,乙,2ma,乙,=2m,2,2r=4m,2,r,f,丙,=3ma,丙,3m,2,3r=9m,2,r,即：,f,甲,f,乙,f,丙,149 ,再比较三个物体的最大静摩擦力的关系：,f,甲,0,kmg f,乙,0,k,2mg f,丙,0,k,3mg,则,F,f,甲,0,F,f,乙,0,F,f,丙,0,123 ,比较、两式可知丙先达到最大静摩擦力，首先滑动，故,C,选项是正确的,.,4,(2011,厦门高一检测,),几个同学交流对一些生活中常见的离心现象的认识,.,甲说，,“,洗衣机甩干衣服的道理就是利用了水在高速旋转时会做离心运动,.,”,乙说，,“,铁轨在弯道处内侧铺得比外侧高，原来就是要防止火车做离心运动,.,”,丙说，,“,我们坐公共汽车在急速转弯时，要是受到的向心力不够时会挤压车厢,.,”,丁说，,“,我在游乐园里玩的,“,飞椅,”,转得越快，就会离转轴越远，这也是利用了离心现象,.,”,他们中间有一个同学说法有误，是,(),A.,甲,B.,乙,C.,丙,D.,丁,【,解析,】,选,B.,洗衣机甩干衣服是利用了水在高速旋转时会做离心运动，甲正确；铁轨在弯道处外侧铺得比内侧高，以防止火车做离心运动，乙错误；公共汽车在急速转弯时，要是受到的向心力不足而做离心运动，会挤压车厢，丙正确；游乐园里玩的,“,飞椅,”,转得越快，会离转轴越远，丁正确,.,5.,洗衣机的脱水筒采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中错误的是,(),A,脱水过程中，衣物是紧贴筒壁的,B,水会从桶中甩出是因为水滴受到向心力很大的缘故,C,加大脱水筒转动角速度，脱水效果会更好,D,靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好,【,解析,】,选,B.,洗衣机的脱水筒脱水时，筒内的衣物做离心运动，会紧贴在筒壁上，故,A,正确；衣物中的水也做离心运动，将会从筒壁上的小孔中甩出，但不是因为水滴受到的向心力很大，故,B,不正确；加快脱水筒的转动，离心现象会更加明显，衣物脱水效果会更好，故,C,正确；靠近中心的衣物由于做离心运动的现象没有四周的衣物现象明显，因此没有四周的衣物脱水效果好，故,D,正确,.,