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1、2.4研究离心现象及其应用,自主阅读,自我检测,一、离心现象1.定义:做圆周运动的物体,在某种情况下会脱离圆周做离开圆心运动的现象。2.本质:离心运动的本质是由于物体具有惯性。物体做圆周运动时总有沿切线方向飞出的趋势。3.条件:所受的向心力突然消失,或所受到的指向圆心的合力小于所需向心力时。,自主阅读,自我检测,4.下雨天,当你旋转自己的雨伞时,将会发现雨滴沿着伞边缘的切线飞出,如图所示,你能说出其中的原因吗?(不考虑雨滴在空气中受到的阻力)提示:当转动雨伞时,雨滴随之转动,所需向心力不足,雨滴做离心运动,因水平方向不受力,由于惯性原因,雨滴沿着伞边缘的切线飞出,飞出后做平抛运动。,自主阅读,
2、自我检测,二、离心现象的应用1.应用:制造水泥涵管、离心式水泵、离心式真空泵等。2.防止:弯道处外高内低、砂轮限速等。3.刚洗完的衣服内含有很多的水,我们把它放入洗衣机的甩干筒中,开启电动机,衣服上的水很快被甩没了。甩干筒工作时,转速高时容易甩干衣服还是转速低时容易甩干衣服?提示:转速高时。,自主阅读,自我检测,1.正误辨析(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)公路转弯处路面外高内低是利用了离心现象。()(4)洗衣机的脱水筒里利用了离心运动。()(5)转动的砂轮要求限定转速是为了防止离心现象造成事故。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)
3、,自主阅读,自我检测,2.下列现象中,跟离心运动有关的是()A.人沿直线跑步时突然跌倒B.运动员将链球旋转后抛出C.圆柱上的细绳系一小球,小球绕圆柱转动使细绳缠绕在圆柱上D.运动员将铅球抛出解析:做圆周运动的物体,当外力突然消失或不足以提供物体所需要的向心力时,做离心运动。运动员将链球旋转后抛出,链球做离心运动,故本题选B。答案:B,自主阅读,自我检测,3.一辆质量m=2103 kg的汽车在水平公路上行驶,经过半径r=50 m的弯路时,如果车速v=72 km/h,这辆汽车会不会发生侧滑?已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fmax=1.4104 N。,解析:汽车的速度v=72 km/h=20 m/s
4、,由于Ffmax,所以汽车做离心运动,即发生侧滑。,答案:会,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,对离心现象的理解用光滑的白色厚纸做成圆板,并将铁钉插在中心,做成如图所示的陀螺,然后滴几滴墨水在圆板上。在墨水未干之前,轻轻旋转陀螺。当陀螺停止时,墨水痕迹会变成旋风似的弯曲状。怎样解释上面的实验现象呢?要点提示:墨水做离心运动,沿切线方向飞出。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,1.离心运动的实质离心现象的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体,由于惯性,总是有沿着圆周切线飞出去的趋向,之所以没有飞出去,是因为受到向心力的作用。从某种意义上说,向心力的作用是不断地把
5、物体从圆周运动的切向方向拉回到圆周上来。2.离心运动的条件做圆周运动的物体,提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,3.离心运动、近心运动的判断物体做圆周运动是离心运动还是近心运动,由实际提供的向心力F与所需向心力(m 或mR2)的大小关系决定。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,【例1】下列关于离心现象的说法正确的是()A.当物体所受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,它将沿切线做匀
6、速直线运动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,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,解析:向心力是按效果命名的,做匀速圆周运动的物体所需要的向心力是它所受的某个力或几个力的合力提供的,因此,它并不受向心力和离心力的作用,它之所以产生离心现象是由于F合m2R,故A错误;做匀速圆周运动的物体,当它所受的一切力都突然消失时,根据牛顿第一定律,它将沿切线做匀速直线运动,故C正确,B、D错误。答案:C,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,规律方法离心现象的分析技巧(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“
7、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的缘故。(3)当提供向心力的合力大于需要的向心力(F合m2r)时,物体将做“近心运动”。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,变式训练1下面关于离心运动的说法,正确的是()A.物体做离心运动时将离圆心越来越远B.物体做离心运动时其运动轨迹一定是直线C.做离心运动的物体一定不受外力作用D.做匀速圆周运动的物体所受合力大小改变时将做离心运动解析:物体远离圆心的运动就是离心运动,故A对;物体做离心运动时其运动轨迹可能是曲线,故
8、B错;当做圆周运动的物体所受合外力提供的向心力不足时就做离心运动,合外力等于零仅是物体做离心运动的一种情况,故C错;当物体所受合力增大时,将做近心运动,故D错。答案:A,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,离心现象的应用与防止汽车转弯时行驶不能太快,否则容易发生交通事故,那么,汽车在转弯时为什么要限速?要点提示:车速太快,地面给汽车的最大静摩擦力不足以提供汽车转弯的向心力,汽车就会做离心运动,导致交通事故发生。,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,1.几种常见离心运动的对比图示,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,2.离心现象的防止(1)防止方法:减小
9、物体运动的速度,使物体做圆周运动时所需的向心力减小。增大合外力,使其达到物体做圆周运动时所需的向心力。(2)常见实例:汽车、火车在弯道要限速,转动砂轮、飞轮要限速。,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,【例2】(多选)洗衣机的甩干筒在转动时有衣服附在筒壁上,则此时()A.衣服受重力、筒壁的弹力和摩擦力B.衣服随筒壁做圆周运动的向心力是摩擦力C.筒壁的弹力随筒的转速的增大而增大D.筒壁对衣服的摩擦力随转速的增大而增大解析:衣服受到重力、筒壁的弹力和摩擦力的作用,故A正确;衣服随筒壁在水平面内做圆周运动,筒壁的弹力提供向心力,故B错误;因FN=mr2,所以筒壁的弹力随筒的转速的增大而
10、增大,故C正确;衣服在竖直方向的合外力等于零,所以筒壁对衣服的摩擦力始终等于重力,不随转速变化,故D错误。答案:AC,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,规律方法离心现象的三点注意(1)在离心现象中并不存在离心力,是外力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力而引起的,是惯性的一种表现形式。(2)做离心运动的物体,并不是沿半径方向向外远离圆心。(3)物体的质量越大,速度越大(或角速度越大),半径越小时,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。,知识点一,知识点二,问题导引,知识归纳,典例剖析,变式训练2下列哪个现象利用了物体的离心运动()A.车转弯时要限制速度B.转速很
11、高的砂轮半径不能做得太大C.在修筑铁路时,转弯处轨道的内轨要低于外轨D.离心水泵工作时解析:车辆转弯时限速、修筑铁路时弯道处内轨低于外轨都是为了防止因为离心运动而发生侧翻事故;转速很高的砂轮半径不能做得太大也是为了防止因离心运动而将砂轮转坏;离心水泵工作是运用了水的离心运动规律。答案:D,1,2,3,4,1.物体做离心运动时,运动轨迹()A.一定是直线B.一定是曲线C.可能是直线,也可能是曲线D.可能是圆解析:如果向心力突然消失,物体由于惯性,会沿切线方向飞出去,此时物体的运动轨迹是直线;如果物体受的合力不足以提供向心力,物体虽不能沿切线方向飞出去,但会逐渐远离圆心,物体做曲线运动。答案:C,
12、1,2,3,4,2.右图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。对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,1,2,3,4,解析:摩托车只受重力、地面支持力和地面摩擦力的作用,没有离心力,A项错误;摩托车正常转弯时可看作是做匀速圆周运动,所受的合力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即合力小于需要的向心力,B项正确;摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心
13、曲线运动,C、D项错误。答案:B,1,2,3,4,3.盛有质量为m的水的水桶以手臂为半径使之在竖直平面内做圆周运动,水随桶转到最高点需要的向心力为m2R,则()A.当m2Rmg时水会洒出来B.当m2Rmg时,桶底会对水产生支持力,水不会流出;当mgm2R时水将做近心运动,水会流出;从上面的分析可知水不流出的条件是m2Rmg。答案:D,1,2,3,4,4.如图所示,水平杆AB可以绕竖直轴OO匀速转动,在离杆的B端0.3 m处套着一个质量为0.2 kg的小环,当杆以20 r/min的转速匀速转动时,小环受到的摩擦力多大?如环与杆之间的最大静摩擦力等于压力的0.4,当杆以40 r/min的转速匀速转动时,小环最远可以放到什么位置上而不至于滑动?(g取10 m/s2),1,2,3,4,答案:0.26 N距B端0.23 m处,
