高一物理离心现象及其应用知识精讲

1、高一物理离心现象及其应用【本讲主要内容】离心现象及其应用本讲主要内容是离心现象和在实际生活中的应用。【知识掌握】【知识点精析】(1)离心现象：对于做匀速圆周运动的物体，由于惯性总有沿着圆周切线方向飞出去的倾向，它们之所以没有飞出去，是因为向心力持续地把它拉到圆周上来，使它们同圆心的距离保持不变。但是，一旦向心力突然消失，或者所提供的外力不足以供给所需的向心力，那么，做匀速圆周运动的物体就会做一个逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫做离心运动。(2)物体做离心运动的条件是：第一：在向心力突然消失时，物体就沿切线方向飞去，发生离心运动。第二：在合外力不足以提供物体做圆周运动的向心力时，物体做半径越来越

2、大的、 远离圆心的离心运动。V2如图所示，若合外力 F能提供所需向心力，即 F=m v ,则物体做匀速圆周运动；若r则物体沿切线飞出，做离心运动。V 2 一/,心一、一 tFm ,则物体做半径逐渐增大的离心运动；若 F=0,r(3)离心的应用和防止：离心干燥器、离心沉淀器、离心脱水器、体温计甩水银、生 产棉花糖等都是利用了离心运动，但离心运动有时会产生危险，必须防止，如：汽车在公路 上转弯时必须限速，砂轮、飞轮在转动时也必须限速，其目的就是防止汽车、飞轮等发生离 心运动而翻侧、破裂。【解题方法指导】例1.如图所示，在一水平转台上，置有小物体 A、B、C,它们与转台的动摩擦因数均为 科，与转轴的

3、距离分别为 r, 2r, 3r,质量分别为 m 2m, 3m,则当转台转速增加时，哪一 个物体先做离心运动？解析：本题的关键是要分析出物体即将做离心运动时转台的转速与哪些因素有关。设转台对物体的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，令转台上有一物P,其质量为m它离转台轴心间距为 R,当它即将发生离心运动时转台的转速为 n,则此时有：mg=mR)2=mRt 2 n21g2二、R由式可知：物体即将在转台上发生离心运动时的转速n与物体质量无关，与 JR成反比，现A、B C三物，C的R最大，故其发生离心运动对应的转速最小，故在转速逐渐增 加时，C最先发生离心运动。例2.汽车轮胎与地面的动摩擦因数为0.25 ,若

4、水平公路转弯处半径为 27米，g=10m/s2,求汽车转弯时为了使车轮不打滑所允许的最大速度？解析：汽车转弯时是静摩擦力提供向心力，当静摩擦力达到最大值时，汽车转弯的速度最大即：fm = Nmg = mvm2 / r = vm = Jgr 代入数值得:vm=2.6m/s。如果汽车转弯的速度大于2.6m/s ,汽车将会沿速度的方向飞出，做离心运动容易发生交通事故。【考点突破】【考点指要】本节内容在高考中出现的几率比较小，如果在高考中出现，也不会是简单考离心知识点内容，而是与实际相联系或者在有关圆周运动的计算题中分析某物体的运动情况时用到该知 识点。【典型例题分析】例3.如图所示，半径为 R的球壳

5、，内壁光滑，当球壳绕竖直方向的中心轴转动时，一个 小物体恰好相对静止在球壳内的P点，OP连线与竖直轴夹角为 0 .试问：球壳转动的周期多大？解析：小物体受重力 mg和球壳支持力N的作用：重力竖直向下，支持力垂直于球壳的内壁指向球心 Q它们的合力沿水平方向指向竖直转轴，大小为 mgtan 0 ;小物体在水平面 中做圆周运动，圆半径为 r=Rsin 0 ,设球壳转动的角速度为 ,则小物体做圆周运动的运 动方程为mgtanO =mco 2RsinO 得=g/RcosO .由=2兀/T,可知球壳转动周期为T= 2兀Rcos9 /g点拨：（1）相对静止于球壳内 P处的小物体做匀速圆周运动的向心力来源于重

6、力mg和球壳对其支持力 N的合力.由力的平行四边形定则可确定其合力与分力间的关系。（2）小物体所受的合外力（即向心力）的方向与向心加速度方向相同，垂直于转轴指向轨道圆心O而不是指向王壳的球心 Q例4.如图所示，物体P用两根长度相等、不可伸长的细线系于竖直杆上，它们随杆转动,若转动角速度为3 ,则（）A. 3只有超过某一值时，绳子 AP才有拉力B.绳子BP的拉力随3的增大而增大C.绳子BP的张力一定大于绳子 AP的张力D.当3增大到一定程度时，绳 AP的张力大于BP的张力解析：（1）物体P的重力、绳子 BP的张力及绳子 AP中可能存在的张力的合力提供P做匀速圆周运动的向心力；（2）用正交分解法求

7、出物体 P分别在水平、竖直两个方向受到的2Fy=0分析讨论即可.静止在水平面，另一端通过光滑0.2m,并知M和水平面的最大静合力2 Fx、2 Fy,由牛顿运动定律列方程，2 Fx= mw 2r ,答案：ABC例5.如图所示，细绳一端系着质量 M= 0.6kg的物体, 的小孔吊着质量 m= 0.3kg的物体，M的中心与圆孔距离为摩擦力为2N。现使此平面绕中心轴线转动，问角速度在什么范围m会处于静止状态？ （ g一 .2=10m/ s）解析：要使m静止，M也应与平面相对静止。而 M与平面静止时有两个临界状态：当3为所求范围最小值时，M有向着圆心运动的趋势，水平面对M的静摩擦力的方向背离圆心，大小等

8、于最大静摩擦力2N。此时，对M运用牛顿第二定律。有 Tfm= Meo 12r且 T =mg解得 3 1=2.9 rad / s当3为所求范围最大值时，M有背离圆心运动的趋势，水平面对M的静摩擦力的方向向着圆心，大小还等于最大静摩擦力2N。再对M运用牛顿第二定律。有 T+fm= Meo 22r解得 3 2= 6.5 rad / s所以，题中所求 的范围是：2.9 rad /svcoV汽车将做圆心的运动。（取g=10m/s2）【综合测试】1.以下说法中正确的是（A.在绝对光滑的水平冰面上，汽车可以转弯B.火车转弯速率小于规定的数值时，外轨受的压力会增大C.飞机在空中沿半径为 R的水平圆周旋转时，飞

9、机的翅膀一定处于倾斜状态D.汽车转弯时需要的向心力是司机转动方向盘所提供的力2.如图所示，将一根光滑的细金属棒折成V形,一边套上一个金属 环（ ）P。当V形棒绕其对称轴以每秒顶角为2。，其对称轴竖直，在其中的 n转匀速转动时，小环离轴的距离为g tan 0 /g - ctg 0 /sin 0 /2 % n(2 n n)(2 n n)2 n n/g tan 03.如图所示, 对物块受力分析,物块m用两根长度相等的细绳系在铅直杆上，当杆旋转时，细绳不可伸长,正确的应是（A.受重力、绳子的拉力和向心力作用B.可能受重力、一根绳子的拉力共两个力作用C.可能受重力、两根绳的拉力共三个力作用D.上面一根绳的拉力总大于物体的重力达标测试答案1、C2、解析：物体恰能随转台一起转动，说明此时的充当向心