高考物理主题一曲线运动与万有引力定律1.2圆周运动1.2.3离心现象及其应用学案粤教版.docx

1.2.3离心现象及其应用学习目标核心提炼1.知道离心现象及物体做离心运动的条件。2个概念向心运动、离心运动1个条件物体做离心运动的条件2.学会判断向心、离心运动。3.了解离心运动的应用与防止。一、离心现象观图助学如图所示，链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出。汽车高速转弯时，若摩擦力不足，汽车会滑出路面。(1)链球飞出、汽车滑出是因为受到了离心力吗？(2)物体做离心运动的条件是什么？1.离心现象：做圆周运动的物体，在所受合力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动，这种现象称为离心现象。2.离心运动的原因：合力突然消失或不足以提供所需的向心力，而不是物体又受到了“离心力”。3.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。理解概念判断下列说法是否正确。(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。()(4)离心运动的运动轨迹一定是直线。()二、离心现象的应用和防止观图助学如图所示是公路旁限速的警示标志和转动的砂轮，请思考：(1)在公路转弯处，为什么有限速的警示标志？(2)转动的砂轮、飞轮是否需要限速？1.离心现象的应用：离心干燥器、洗衣机的脱水筒、离心分离器。2.离心现象的防止：转弯限速、砂轮加防护罩等。理解概念判断下列说法是否正确。(1)汽车转弯时要限定速度是为了防止离心现象。()(2)洗衣机转动给衣服脱水利用了离心现象。()(3)转速较高的砂轮半径不宜太大是为了防止离心现象。()(4)将砂糖熔化，在有孔的盒子中旋转制成“棉花糖”是为了防止离心现象。()离心现象的理解观察探究如图1所示，绳拉球在光滑的水平面上做匀速圆周运动，角速度大小为，质量为m。此时球所受合外力F合m2r，试分析在以下状态下，球的运动情况。图1(1)当绳子突然断裂时；(2)当绳子提供的向心力小于m2r时。答案(1)绳子突然断裂，绳子的拉力为零，球沿切线方向飞出。(2)绳子提供的向心力小于m2r时，球将逐渐远离圆心，做离心运动。探究归纳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2所示：图2(1)若F合mr2或F合，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”。(2)若F合mr2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mr2或F合，则合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。试题案例例1 如图3所示是摩托车比赛转弯时的情形，转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯有一个最大安全速度，若超过此速度，摩托车将发生滑动。关于摩托车滑动的问题，下列论述正确的是()图3A.摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用B.摩托车所受外力的合力小于所需的向心力C.摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去D.摩托车将沿其半径方向沿直线滑去解析摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，没有离心力，A项错误；摩托车正常转弯时可看做匀速圆周运动，所受的合力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的合力小于需要的向心力，B项正确；摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动，C、D项错误。答案B针对训练1 用绳子拴一个小球在光滑的水平面上做匀速圆周运动，当绳子突然断了以后，小球的运动情况是()A.沿半径方向接近圆心 B.沿半径方向远离圆心C.沿切线方向做直线运动 D.仍维持圆周运动解析当绳子断了以后，向心力消失，小球做离心运动，由于惯性，小球沿切线方向做直线运动，选项A、B、D错误，C正确。答案C离心现象的应用和防止观察探究图4(1)如图4甲是洗衣机脱水桶，请简述洗衣机脱水的原理。(2)如图乙所示，汽车在平直公路上行驶，转弯时由于速度过大，会偏离轨道，造成交通事故，这是什么原因呢？答案(1)洗衣机脱水时，由于高速转动，水滴需要较大的向心力才能与衣服一起做圆周运动。当转速足够大时，衣服已无法向水滴提供足够大的附着力(作为向心力)，水滴便做离心运动，离开衣服，于是衣服被脱水。(2)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，汽车转弯时如果速度过大，所需要的向心力就会很大，如果超过了车轮与路面间的最大静摩擦力，汽车将做离心运动脱离轨道，造成交通事故。探究归纳1.几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附着力F不足以提供向心力时，即Fm2r，水滴做离心运动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fmaxm，汽车做离心运动用离心机把体温计的水银甩回玻璃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。试题案例例2 (2018梅州高一检测)某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为100 m，一赛车与车手的总质量为100 kg，轮胎与地面间的最大静摩擦力为600 N。(g取10 m/s2)(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，赛车的速度为多大时，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Fm400 Nmr2时，小球可能沿轨道做离心运动C.当外界提供的向心力Fmr2时，小球可能沿轨道做离心运动D.只要外界提供的向心力F不等于mr2时，小球就将沿轨道做离心运动解析当外界提供的向心力突然消失时，小球将沿轨道运动做离心运动，A错误；当外界提供的向心力Fm)，它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为正压力的倍，两物体用一根长为L(LR)的轻绳连在一起。如图5所示，若将甲物体放在转轴的位置上，甲、乙之间连线刚好沿半径方向被拉直，要使两物体与圆盘不发生相对滑动，则转盘旋转的角速度最大不得超过(两物体均看做质点)()图5A. B.C. D.解析当m以最大角速度转动时，以M为研究对象，则FMg，以m为研究对象，则FmgmL2，可得，选项D正确。答案D等级性检测8.(2018开平高一检测)如图6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()图6A.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A、B两物体刚好还未发生滑动时，A、B所受摩擦力都达到最大摩擦力fmax，A、B受力情况如图。A、B两物体刚好还未发生滑动时，物体A需要的向心力FAfmaxTm2rA，物体B需要的向心力FBfmaxTm2rB，烧断细线后，细线上拉力T消失，对A有fmaxm2rB，物体B随盘一起转动，故选项D正确。答案D9.如图7所示，圆盘上叠放着两个物块A和B，当圆盘和物块绕竖直轴匀速转动时，物块与圆盘始终保持相对静止，则()图7A.物块A不受摩擦力作用B.物块B受5个力作用C.当转速增大时，A受摩擦力增大，B受摩擦力减小D.A对B的摩擦力方向沿半径指向转轴解析物块A受到的摩擦力充当其向心力，选项A错误；物块B受到重力、支持力、A对物块B的压力、A对物块B的沿半径向外的静摩擦力、圆盘对物块B的沿半径向里的静摩擦力，共5个力的作用，选项B正确；当转速增大时，A、B所受摩擦力都增大，选项C错误；A对B的摩擦力方向沿半径向外，选项D错误。答案B10.如图8所示，两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上，a与转轴OO的距离为l，b与转轴的距离为2l，木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是()图8A.b一定比a先开始滑动B.a、b所受的摩擦力始终相等C.是b开始滑动的临界角速度D.当时，a所受摩擦力的大小为kmg解析最大静摩擦力相等，而b需要的向心力较大，所以b先滑动，A项正确；在未滑动之前，a、b各自受到的摩擦力等于其向心力，因此b受到的摩擦力大于a受到的摩擦力，B项错误；b处于临界状态时，kmgm22l，C项正确；当a开始滑动时，由kmgml，得a，而，木块a未发生滑动，当时，对a：fml2mlkmg，D项错误。答案AC11.如图9所示为汽车在水平路面做半径为R的大转弯的后视图，悬吊在车顶的灯左偏了角，则：(重力加速度为g)图9(1)车正向左转弯还是向右转弯？(2)车速是多少？(3)若(2)中求出的速度正是汽车转弯时不打滑允许的最大速度，则车轮与地面间的动摩擦因数是多少？解析(1)向右转弯(2)对灯受力分析知mgtan m，解得v(3)车刚好不打滑，有MgM，解得tan 。答案(1)向右转弯(2)(3)tan 12.如图10所示，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径R0.5 m，离水平地面的高度