第03节离心现象及其应用.ppt

,第三节离心现象及其应用,第二章,圆周运动,知识目标,核心素养,1.,知道离心现象及物体做离心运动的条件,.,2.,学会判断近心、离心运动,.,3.,了解离心运动的应用与防止,.,1.,通过实例认识离心现象，初步了解离心现象在生产、生活中的应用，以及如何有效防止离心现象的发生,.,2.,感受物理知识在生产、生活中的应用,.,内容索引,达标检测,检测评价 达标过关,自主预习,预习新知 夯实基础,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,1.,离心现象：做圆周运动的物体，在所受合力,突然,或,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.,离心运动的本质：由于物体,具有,，,物体做圆周运动时，总有,沿,_,方向,飞出的趋势,.,一、离心现象,消失,不足以,惯性,切线,1.,离心机械：,利用,工作,的机械,.,2.,离心现象的应用,：,、,洗衣机,的,、,离心分离器,.,3.,离心现象的防止：转弯限速、砂轮加防护罩等,.,二、离心现象的应用和防止,离心现象,离心干燥器,脱水筒,即学即用,判断下列说法的正误,.,(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),离心运动是物体具有惯性的表现,.(,),(4),离心运动的轨迹一定是曲线,.(,),(5),脱水筒转速加快，附着力小于所需的向心力时，水滴做离心运动,.(,),答案,重点探究,一、离心现象的理解,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,m,2,r,，试分析在以下状态下，球的运动情况,.,(1),当绳子突然断裂时,.,导学探究,(2),当绳子提供的向心力小于,m,2,r,时,.,答案,绳子提供的向心力小于,m,2,r,时，球将逐渐远离圆心，做离心运动,.,答案,答案,绳子,突然断裂，绳子的拉力为零，球沿切线方向飞出,.,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具有惯性的表现，并不是受到了,“,离心力,”,的作用,.,(3),物体做离心运动的原因：提供向心力的合外力突然消失，或者合外力不能提供足够的向心力,.,注意：物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于合外力不能提供足够的向心力,.,所谓,“,离心力,”,实际上并不存在,.,知识深化,2.,合外力与向心力的关系,(,如图,1,所示,).,图,1,(4),若,F,合,0,，则物体做匀速直线运动,.,例,1,如图,2,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,A.,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,答案,解析,图,2,解析,摩托车受重力、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，说明合力小于需要的向心力，,B,项正确；,摩托车将在线速度方向与沿半径向外的方向之间做离心曲线运动，,C,、,D,项错误,.,合力与向心力的关系对圆周运动的影响,若,F,合,m,2,r,，物体做匀速圆周运动,.,若,F,合,m,2,r,，物体做近心运动,.,总结提升,针对训练,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,答案,解析,当绳子断了以后，小球在光滑水平面上受力平衡，由于惯性，小球沿切线方向做匀速直线运动，选项,A,、,B,、,D,错误，选项,C,正确,.,解析,1.,请简述洗衣机脱水的原理,.,二、离心现象的应用和防止,导学探究,答案,答案,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.,如图,3,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,答案,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,.,图,3,1.,几种常见离心运动的对比图示,知识深化,项目,实物图,原理图,现象及结论,洗衣机脱水筒,当水滴受到的物体附着力,F,不足以提供向心力时，即,F,m,2,r,，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,f,max,m,，,汽车做离心运动,用离心机把体温计的水银甩回玻璃泡中,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,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,.,(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,.,例,2,下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是,A.,水滴受离心力作用，而沿背离圆心的方向甩出,B.,水滴受到向心力，由于惯性沿切线方向甩出,C.,水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线方向甩出,D.,水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力，于是沿切线方向甩出,解析,物体做离心运动是因为实际所受合力小于向心力，物体沿切线方向飞出，故,D,正确,.,答案,解析,1.,临界状态：当物体从某种特性变化为另一种特性时发生质的飞跃的转折状态，通常叫做临界状态，出现临界状态时，既可理解为,“,恰好出现,”,，也可理解为,“,恰好不出现,”,.,2.,对于匀速圆周运动的临界问题，要特别注意分析物体做圆周运动的向心力来源，考虑达到临界条件时物体所处的状态，即临界速度、临界角速度，然后分析该状态下物体的受力特点，结合圆周运动的知识，列方程求解,.,通常碰到的是涉及如下三种力的作用：,(1),与绳的弹力有关的临界问题,此类问题要分析绳恰好无弹力这一临界状态下的角速度,(,或线速度,).,三、圆周运动的临界问题,(2),与支持面弹力有关的临界问题,此类问题要分析恰好无支持力这一临界状态下的角速度,(,或线速度,).,(3),因静摩擦力而产生的临界问题,此类问题要分析静摩擦力达到最大时这一临界状态下的角速度,(,或线速度,).,例,3,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/s,2,),(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？,答案,答案,不会发生侧滑,解析,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,m,400 N600 N,，所以赛车在运动过程中不会发生侧滑,.,解析,(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？,答案,答案,24 m/s,解析,例,4,如图,4,所示，水平转盘的中心有一个光滑的竖直小圆孔，质量为,m,的物体,A,放在转盘上，物体,A,到圆孔的距离为,r,，物体,A,通过轻绳与物体,B,相连，物体,B,的质量也为,m,.,若物体,A,与转盘间的动摩,擦因数为,，则转盘转动的角速度,在什么范围内，,才能使物体,A,随转盘转动而不滑动？,(,已知最大静摩,擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为,g,),答案,解析,图,4,解析,当,A,将要沿转盘背离圆心滑动时，,A,所受的摩擦力为最大静摩擦力，方向指向圆心，此时,A,做圆周运动所需的向心力为绳的拉力与最大静摩擦力的合力，,即,F,f,max,mr,1,2,由于,B,静止，故有,F,mg,又,f,max,F,N,mg,当,A,将要沿转盘向圆心滑动时，,A,所受的摩擦力为最大静摩擦力，方向背离圆心，,此时,A,做圆周运动所需的向心力为,F,f,max,mr,2,2,故要使,A,随转盘一起转动而不滑动，其角速度,的范围为,2,1,，,达标检测,1,2,3,1.,(,离心运动,),在水平公路上行驶的汽车，当汽车以速度,v,运动时，车轮与路面的静摩擦力恰好等于汽车转弯所需要的向心力，汽车沿如图,5,所示的圆形路径,(,虚线,),运动,.,如果汽车转弯速度大于,v,，则汽车最有可能沿哪条路径运动？,A.,B.,C.,D.,4,5,答案,图,5,1,2,3,4,5,2.,(,离心运动的应用及分析,),(,多选,),洗衣机脱水的原理是利用了离心运动把附着在衣服上的水分甩干,.,如图,6,是某同学用塑料瓶和电机等自制的脱水实验原理图，但实验发现瓶内湿毛巾甩干效果不理想，为了能甩得更干，请为该同学设计改进建议,A.,增加转速,B,.,减小转速,C.,增大塑料瓶半径,D,.,减小塑料瓶,半径,答案,解析,图,6,1,2,3,4,5,解析,塑料瓶内湿毛巾需要的向心力,F,m,m,2,r,4,m,2,n,2,r,，故要增强甩干效果，就要提高运动速度，即要提高需要的向心力，由以上表达式可知，可以提高转速或半径，故,A,、,C,正确，,B,、,D,错误,.,3.,(,离心运动的分析,),(,多选,),如图,7,所示，水平转台上放着,A,、,B,、,C,三个物体，质量分别为,2,m,、,m,、,m,，离转轴的距离分别为,R,、,R,、,2,R,，与转台间的动摩擦因数相同,.,当转台旋转时，下列说法中正确的是,A.,若三个物体均未滑动，则,C,物体的向心加速度最大,B.,若三个物体均未滑动，则,B,物体受的摩擦力最大,C.,若转速增加，则,A,物体比,B,物体先滑动,D.,若转速增加，则,C,物体最先,滑动,1,2,3,4,图,7,5,答案,解析,解析,三物体都未滑动时，角速度相同，设角速度为,，根据向心加速度公式,a,2,r,，知,C,的向心加速度最大，选项,A,正确；,三个物体受到的静摩擦力分别为：,f,A,(2,m,),2,R,，,f,B,m,2,R,，,f,C,m,2,(2,R,),，所以物体,B,受到的摩擦力最小，选项,B,错误；,增加转速，可知,C,最先达到最大静摩擦力，所以,C,最先滑动，,A,、,B,的临界角速度相等，可知,A,、,B,一起滑动，选项,C,错误，,D,正确,.,1,2,3,4,5,4.,(,汽车在水平路面上的转弯,),高速公路转弯处弯道圆半径,R,100 m,，汽车轮胎与路面间的动摩擦因数,0.225.,若路面是水平的,(,假设最大静摩擦力可近似看做与滑动摩擦力相等，,g,取,10 m/s,2,).,问：,(1),汽车转弯时不发生径向滑动,(,离心现象,),所允许的最大速度,v,m,为多大？,解析,1,2,3,4,5,答案,答案,15 m/s,(2),当速度超过,v,m,时，将会出现什么现象？,解析,1,2,3,4,5,答案,答案,汽车将做离心运动，严重时将出现翻车事故,5.,(,圆周运动的临界问题,),如图,8,所示，水平转盘上放有一质量为,m,的物体,(,可视为质点,),，连接物体和转轴的绳子长为,r,，物体与转盘间的最大静摩擦力是其压力的,倍，转盘的角速度由零逐渐增大，求：,(,重力加速度为,g,),(1),绳子对物体的拉力为零时的最大角速度,.,1,2,3,4,5,图,8,解析,答案,1,2,3,4,解析,当恰由最大静摩擦力提供向心力时，绳子拉力为零时转速达到最大，设此时转盘转动的角速度为,0,，,5,1,2,3,4,5,解析,答案,