高中物理 2.3 离心现象及其应用课件 粤教版必修2.ppt

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 2r 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 2r 的缘故 3 当提供向心力的合力大于需要的向心力 f合 m 2r 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 f r 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 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 2r 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 2r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 fa 2m 2r fb m 2r fc 2m 2r 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 2 mg 2m 2r 对b mg m 2r 对c mg 2m 2r 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100m 一赛车和乘客的总质量为100kg 轮胎与地面间的最大静摩擦力为600n 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 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 400n 600n 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 24m s答案 1 不会侧滑 2 24m 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 2r 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 2rf乙 2ma乙 2m 2 2r 4m 2rf丙 3ma丙 3m 2 3r 9m 2r即 f甲 f乙 f丙 1 4 9 再比较三个物体的最大静摩擦力的关系 f甲0 kmgf乙0 k 2mgf丙0 k 3mg则ff甲0 ff乙0 ff丙0 1 2 3 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