离心现象及其应用教案.doc

第三节 离心现象及其应用
教学目标
1.知识目标
（1） 知道什么是离心现象，知道物体做离心运动的条件。
（2） 结合生活中的实例，知道离心运动的应用和危害及其防止。
2.能力目标
培养结合实际分析物理问题的能力。
3.德育目标
培养学生用理论解释实际问题的能力与习惯．
教学重点
离心运动及其产生条件。
教学难点
离心运动的具体分析。
教学方法
讲授法，实验法
教具准备
玻璃球，大塑料杯，圆盘，离心干燥器，雨伞，易拉罐，棉花糖机等
课时安排
1课时
教学过程
[导入新课]
同学们，前面我们学过了匀速圆周运动的有关知识，下面请大家看这样一段录像，这是一个链球运动员甩链球的过程，请大家观察链球的运动，这是一种什么样的运动现象？（放运动员抛链球的两个录像）

同学们面前有一套实验器材，一个玻璃球和一个塑料杯，将塑料杯倒过来扣住小球，然后摇动杯子，快速摇动过后，暂停一下，然后,竖直的将杯子提起来，大家观察此时玻璃球做什么运动？

你们来亲自动手做一下，看和你们猜测的结果吻合吗？[学生动手做实验]
提问：小球继续作圆周运动吗？当小球在被子里转动时，是什么力提供小球做匀速圆周运动的向心力？当这个向心力突然消失时，小球将“飞出”。这种现象是什么物理现象呢？它和我们刚才看的录像又有什么关联呢？这就是我们这堂课所要研究的问题：离心现象及其应用。（板书标题）
[新课教学]
1．离心现象
我请一位同学上来做实验，桌面上有一个转盘，转盘上有一个半径方向的凹槽，凹槽里放一个乒乓球，请上来的同学慢慢转动转盘，观察乒乓球做什么运动？然后加快转速，再观察乒乓球做什么运动？（请一位学生上来做实验）
问：当转盘转动很慢时，是什么力提供乒乓球做圆周运动的向心力？
对乒乓球进行受力分析，受到支持力，重力和指向圆心的摩擦力，这个摩擦力就提供了乒乓球作圆周运动的向心力。当转盘转动变快时，此时需要的向心力变大了，提供的向心力即摩擦力不足以提供乒乓球做圆周运动所需的向心力时，乒乓球就会远离圆心做运动。所以大家看到乒乓球掉下来。

问：如果向心力突然消失（Ｆ＝０），会出现什么情况？下面是一个实验，请同学们上来做一下，在竖直平面内旋转易拉罐，然后突然放手。看易拉罐做什么运动？

易拉罐将作何种运动？（沿切线方向飞出去）为什么？（易拉罐由于惯性要保持原来沿切线方向的运动状态）那它在做圆周运动时有无惯性？（有）那为什么没有沿切线方向飞出去？（因为受到向心力作用，向心力总是持续将它拉到圆周上来，使物体同圆心的距离保持不变）。
若现在力Ｆ＜mω2r，物体将怎样运动？[观察与思考]（做实验）（转盘）叫学生上去做实验。
问：小球做圆周运动的向心力由谁来提供？若现在力Ｆ＜mω2r，小球将怎样运动？（ 提示：会不会沿切线？为什么？会不会沿圆周？为什么？在什么范围内飞出去？）(沿圆周和切线之间某一曲线飞出)。（展示转盘课件）
刚才我们一起分析了，不同力作用下球的运动情况，大家注意观察３状态，球作圆周运动，球离圆心距离不变，但１、２状态的球呢？（离圆心距离越来越远）我们就把这种现象叫离心现象，有哪位同学能给离心现象下个定义：做匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动，这种现象就称为离心现象。（板书）（文字课件）
演示片．（离心实验课件）
1.离心现象的本质——物体惯性的表现

问：离心运动是背心运动吗？
［学生讨论］
对比分析可得，离心运动不是沿着半径背离圆心的运动，而是沿着切线或曲线离心的运动．
做匀速圆周运动的物体，由于本身有惯性，总是想沿着切线方向运动，只是由于向心力作用，使它不能沿切线方向飞出，而被限制着沿圆周运动。如果提供向心力的合外力突然消失，物体由于本身的惯性，将沿着切线方向运动，这也是牛顿第一定律的必然结果。如果提供向心力的合外力减小，使它不足以将物体限制在圆周上，物体将做半径变大的圆周运动。此时，物体逐渐远离圆心，但“远离”不能理解为“背离”。做离心运动的物体并非沿半径方向飞出，而是运动半径越来越大 。
一旦向心力突然消失，物体就沿切线方向飞去，离圆心越来越远。例如用细绳拉着在竖直平面做匀速圆周运动的易拉罐，如果细绳突然断了，小球就沿切线方向飞去；用旋转的砂轮磨制刀具时，原来做匀速圆周运动的砂轮微粒，磨落后将沿切线飞去。
除了向心力突然消失外，在合外力F不足以提供物体做圆周运动所需的向心力，即供需双方不能满足需要时，物体将偏离原来运动的轨道。当F<mrw2时，物体将沿切线和圆周之间的某条曲线运动，离圆心越来越远。如刚才转盘实验。
通过分析，起初做什么运动的物体才会做离心运动？（做圆周运动的物体）为什么物体会做离心运动呢？（合外力不足以提供向心力即F供＜F需---这才是根本的原因。所以物体做离心运动的条件是：合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力。那么解决这类问题时就一定要找到Ｆ供和Ｆ需 ，分析供需关系，那怎么知道Ｆ供大小（受力分析），又怎样知道Ｆ需大小（分析运动形式）。
好，下面我们就一起看几个利用离心运动的例子。（伞甩水）
那位同学来说一下，水滴为什么会被甩出。
师：当然对一个现象，首先你要提出你研究的问题(水滴为什么会甩出)，然后再确定你的研究对象(小水滴)，小水滴作何种运动?(圆周运动)。作圆周运动的物体一定要有力指向圆心提供向心力，这里是什么力提供?(伞与水滴的附着力提供)。物体作圆周运动所需向心力F需=mω2r。满足什么条件时才会将水甩出(当ω较小时，F足够提供所需向心力，所以水不会被甩出而做圆周运动，而当ω较大时，F已不足以提供水滴所需向心力，(F供＜F需＝，这时水滴将作离心运动而被甩出。利用这种现象制成的还有离心干燥器，它是一种离心机械。大家看和我们家里什么家用电器相似(洗衣机脱水桶)。原理已经清楚了，假如说我要提高它的脱水效果，你认为可以作何种改进？（可以增大ω和r）为什么？（这样可以增大Ｆ需使供需相差更大），很好！现在洗衣机就是根据这种思想作了改进，提高了转速，并让洗衣和干衣共用一个较大的桶。我们来看看脱水筒是怎么工作的（看课件洗衣机）请一位同学来说说脱水筒工作时的原理，
离心脱水器的圆筒器上开有很多小孔，把湿的物体放在圆筒里，当圆筒转动得相当快时水滴跟物体的附着力小于做圆周运动需要的向心力，水滴就离开物体，穿过小孔而沿切线与圆周之间的曲线飞出，这样就把湿物体上的水甩掉了。
另外，在医院里也常用到离心机械，我们生病了到医院总免不了量体温，我们知道体温计与普通温度计不同，有一个缩口，当量好体温后，由于缩口阻力，升到上段的水银柱受到缩口阻力不能自动缩回玻璃泡，玻璃泡中水银收缩，这样就形成了一个真空区，为让水银柱缩回玻璃泡，医生怎么做？（用力甩），显然若每天用几百个温度计都一个个甩，是很费时费力的，你能否给他设计一个简单机械成批处理呢?生：让温度计玻璃泡朝外做圆周运动，增加转速，让水银柱做离心运动而流回玻璃泡。
师：为什么会做离心运动呢？
生：缩口的阻力所提供的向心力小于水银柱做圆周运动所需要的向心力。
师：还是因为Ｆ供＜Ｆ需
师：医院还经常用到离心沉淀机，它可以快速沉淀实现固液分离。这里是CuSO4和Ba(OH)2混合反应生成了沉淀，其中一个试管在自然条件下沉淀，而另两个用离心机，让转速在３０００转／分，大家比较一下。从它的外部形状你们想出它的内部结构吗？为什么会沉淀呢？大家来看课件（离心沉淀器）
师：当然，离心运动在日常生活中有着许多应用。如小朋友爱吃的“棉花糖”，它的制作方法也应用了离心运动的原理，请两位同学上来做实验。
师：通过刚才的事例的分析大家能否归纳一下我们怎样来更好利用离心运动？（可以增大Ｆ需或减小Ｆ供；提示：离心运动的成因）
三．离心现象的危害
师：离心运动是否就是百利而无一害呢？实际上，有些离心运动我们应该去防止。如：赛车离心运动。（看课件电影汽车）要防止当然要分析现象产生的原因和本质。下面我们就一起来分析，我们研究谁？（汽车），起初车做何种运动？（圆周运动）向心力由什么力提供？（静摩擦力），车所需向心力为多大？（Ｆ需=mv2/r）车为什么会做离心运动？（Ｆ供<Ｆ需，Ｆ供最大＝Ｆ静最大，而v过大，使Ｆ需过大），问题本质是找到了，现在就应来解决了，大家看如何解决呢？
生：限制v（为什么？） 以减小Ｆ需
    增大r(为什么？)以减小F需
师：刚才同学是从减小Ｆ需入手，还可从哪里入手？
生：增大Ｆ供，即增大静摩擦因素或将路面倾斜让支持力和重力合力提供Ｆ向
（演示）
师：当然，除了这种沿圆周运动的物体要预防离心现象，对于一些本身转动的物体也要预防离心现象，如一些电动工具使用的高速旋转的飞轮、砂轮的限速，就不能超过一定的转动速度，否则将因内部作用力不足以提供所需的向心力而破碎作离心运动，从而酿成事故。
四．小结：离心运动的原理及应用，离心现象的危害与防止
五．作业