第3节　离心现象

离心现象(赋能课—精细培优科学思维)第三节课标要求层级达标了解生产生活中的离心现象及其产生的原因。学考层级1.会分析做圆周运动物体的向心力的来源。2.了解离心现象和物体做离心运动的条件。3.能够用道德和规范评价物理研究和应用。选考层级建构车辆转弯模型、汽车过凸凹路面模型，掌握物体在竖直平面内做圆周运动的临界条件，理解其动力学本质。0102目录课前预知教材落实主干基础课堂精析重难深度发掘知能课前预知教材落实主干基础

一、车辆转弯时所需的向心力1．汽车转弯问题(1)汽车在水平路面上转弯时，有向外侧滑的趋势，地面会对汽车产生指向______的静摩擦力。内侧外2．火车转弯问题(1)弯道通常设计成__________。外高内低小于大于N′－mg三、生活中的离心运动1．离心运动的定义：做圆周运动的物体，在受到的合外力突然____或者不足以提供做圆周运动________________的情况下，物体将______圆心运动。2．离心运动的应用和防止(1)应用：离心分离器、离心干燥器、洗衣机的________。(2)防止：飞机翻飞旋转时，造成人体出现过荷现象，需要训练人体的抗荷能力；汽车在公路转弯处必须_______行车速度。消失所需要的向心力远离脱水桶放慢1．火车转弯时外轨与内轨的高度一样吗？火车的车轮设计有什么特点？[微情境·大道理]提示：火车转弯时外轨与内轨高度不一样，外轨高、内轨低。火车的车轮设计有突出的轮缘，车轮的轮缘卡在铁轨之间。2．某次演习中，一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进。请对以下结论作出判断：(1)战车在B点和C点时，向心加速度方向都是竖直向上的。

()(2)战车在B点时对路面的压力大于战车的重力。

()(3)战车在C点时对路面的压力小于战车的重力。

()(4)战车在C点时对路面的压力可能为零。

()(5)战车在D处路面加速行驶时，对路面的压力大于战车的重力。

()×√√×√3．如图所示，是一款滚筒洗衣机及其滚筒，请思考洗衣机是如何将衣服甩干的？

提示：当滚筒高速旋转时，衣服紧贴着筒壁随圆筒高速转动，衣服上的水滴的附着力不足以提供随圆筒转动的向心力时，水滴会做离心运动从圆筒的小孔中被甩出。课堂精析重难深度发掘知能强化点(一)车辆转弯时所需的向心力任务驱动如图火车转弯时的运动是圆周运动。(1)如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用？转弯需要的向心力由什么力来提供？(2)如果火车在水平轨道转弯会产生哪些危害？如何改进？提示：(1)火车受重力、支持力、牵引力、摩擦力和外轨对火车的弹力作用；外轨对火车的弹力提供火车转弯所需的向心力。(2)对水平的弯道，火车转弯时速度越大，需要的向心力越大，容易造成对外轨的损坏，甚至造成火车脱轨；可以把弯道处建成外高内低的斜面，由重力和支持力的合力提供向心力。[要点释解明]2．火车转弯问题(1)火车车轮的特点：火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面。这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。(2)圆周平面的特点：弯道处外轨高于内轨，但火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。(3)向心力的来源分析：火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mgtanθ。[典例]某铁路转弯处的圆弧半径是300m，铁轨的轨距是1435mm，火车通过这里的规定速度是72km/h。(1)求内外轨的高度差。(2)保持内外轨的这个高度差，如果列车通过转弯处的速度大于或小于72km/h，分别会发生什么现象？说明理由。[拓展]对应[典例]中的情境，如果该弯道的内外轨一样高，火车质量为100t，仍以规定速度72km/h通过该弯道，其向心力来源是什么？向心力的大小是多少？会产生什么后果？答案：外轨对轮缘的水平向内的侧向弹力1.33×105N火车脱轨或翻车事故/方法技巧/火车转弯问题的解题策略(1)对火车转弯问题一定要搞清合力的方向，指向圆心方向的合外力提供火车做圆周运动的向心力，方向指向水平面内的圆心。(2)弯道两轨在同一水平面上时，向心力由外轨对轮缘的挤压力提供。(3)当外轨高于内轨时，向心力由火车的重力和铁轨的支持力以及内、外轨对轮缘的挤压力的合力提供，这还与火车的速度大小有关。

1．(2023·济南高一检测)(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图，某公路急转弯处是一段圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处(

)A．路面外侧高内侧低B．车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动C．车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小[题点全练清]答案：AC

解析：车辆经过急转弯处的运动可看作圆周运动，需要指向内侧的向心力，当汽车以速率v0转弯时，恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明此处公路外侧高，内侧低，由重力和支持力的合力提供向心力，A正确；若车速小于v0，汽车有向内侧滑动的趋势，车轮受到向外的摩擦力，只要此摩擦力小于车轮与地面间的最大静摩擦力，车辆就不会向内侧滑动，B错误；同理，当车速高于v0，车轮受到的摩擦力指向内侧，只要摩擦力小于最大静摩擦力，车辆便不会向外侧滑动，C正确；v0是车轮刚好不受地面侧向摩擦力时的速度，与路面是否结冰无关，D错误。答案：C

强化点(二)竖直平面内的圆周运动分析[要点释解明]汽车过凸、凹路面问题比较

汽车过凸形路面汽车过凹形路面受力分析续表续表[典例]

(2023·厦门高一检测)如图所示是一座半径为40m的圆弧形拱形桥。一质量为1.0×103

kg的汽车，行驶到拱形桥顶端时，汽车运动速度为10m/s；则此时汽车运动的向心加速度为多大？向心力为多大？汽车对桥面的压力为多大？(g取10m/s2)在桥的最高点，汽车的向心力由重力和桥的支持力提供，如图所示，根据牛顿第二定律F＝mg－N＝ma，则N＝m(g－a)＝1.0×103×(10－2.5)N＝7.5×103N，根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力N′＝N＝7.5×103N。[答案]

2.5m/s2

2.5×103N

7.5×103N/方法技巧/分析竖直平面内圆周运动的方法(1)注意题目中的条件；(2)对做圆周运动的物体过最高点或最低点时向心力的来源进行分析；(3)受力方向不确定的情况下可用假设法，根据计算结果进行讨论，列式时要注意向心力一定指向圆心。

[题点全练清]答案：B

2．(2023·福清高一月考)(多选)胎压监测器可以实时监测汽车轮胎内部的气压，在汽车上安装胎压监测报警器，可以预防因汽车轮胎胎压异常而引发的事故。一辆装有胎压报警器的载重汽车在高低不平的路面上行驶，其中一段路面如图所示，图中虚线是水平线。下列说法正确的是(

)A．若汽车速率不变，经过图中A处最容易超压报警B．若汽车速率不变，经过图中B处最容易超压报警C．若要尽量使胎压报警器不超压报警，应增大汽车的速度D．若要尽量使胎压报警器不超压报警，应减小汽车的速度答案：AD

强化点(三)生活中的离心运动任务驱动水银体温计是我们生活中常用的体温测量工具，它的操作简单，测量准确。那你知道水银体温计使用之前为什么要甩一下吗？提示：在体温计的玻璃泡上方有一段很细的缩口，水银收缩时，水银从缩口处断开，管内水银面不能下降，指示的仍然是上次测量的温度。因此使用之前需要使劲甩一下，让管内水银做离心运动，退回到玻璃泡中。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。[要点释解明]2．四种运动情况的判断如图所示，根据物体所受合外力与所需向心力的关系，可做如下判断：1．(多选)在人们经常见到的以下现象中，属于离心现象的是(

)A．舞蹈演员在表演旋转动作时，裙子会张开B．在雨中转动一下伞柄，伞面上的雨水会很快地沿伞面运动，到达边缘后雨水将沿切线方向飞出C．满载黄沙或石子的卡车，在急转弯时，部分黄沙或石子会被甩出D．守门员把足球踢出后，足球在空中沿着弧线运动[题点全练清]答案：ABC

解析：裙子张开属于离心现象，故A正确；伞面上的雨水受到的力由于不够提供向心力导致水滴做离心运动，故B项正确；黄沙或石子也是因为受到的力不够提供向心力而做离心运动，故C项正确；守门员踢出足球，足球在空中沿着弧线运动是因为足球在力的作用下做曲线运动，不是离心现象，故D项错误。2．如图所示，光滑的水平面上，小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动，若小球到达P点时F突然发生变化，下列关于小球运动的说法正确的是(

)A．F突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动B．F突然变小，小球可能沿轨迹Pa做离心运动C．F突然变大，小球可能沿轨迹Pb做离心运动D．F突然变小，小球可能沿轨迹Pc做近心运动答案：A

解析：若F突然消失，小球所受合力突变为零，将沿切线方向匀速飞出，A正确；若F突然变小，不足以提供所需向心力，小球将做逐渐远离圆心的离心运动，B、D错误；若F突然变大，超过了所需向心力，小球将做近心运动，C错误。3.北京冬奥会上，中国选手高亭宇在国家速滑馆“冰丝