2.3离心现象及其应用 学案（含答案）

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1、第三节离心现象及其应用知识目标核心素养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.一、离心现象1离心现象：做圆周运动的物体，在所受合力突然消失或不足以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：由于物体具有惯性，物体做圆周运动时，总有沿切线方向飞出的趋势二、离心现象的应用和防止1离心机械：利用离心现象工作的机械2离心现象的应用：离心干燥器、洗衣机的脱水筒、离心分离器3

2、离心现象的防止：转弯限速、砂轮加防护罩等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()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m2r，试分析在以下状态下，球的运动情况(1)当绳子突然断裂时(2)当绳子提供的向心力小于m2r时答案(1)绳子突然断裂，绳子的拉力为零，球沿切线方向飞出(2)绳子提供的向心力小于m2r时，球将逐渐远离圆心，做离心运动1对

3、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2合外力与向心力的关系(如图1所示)图1(1)若F合mr2或F合，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”(2)若F合mr2或F合，物体做半径变小的近心运动，即“提供过度”，也就是“提供”大于“需要”(3)若0F合mr2或0F合，则合外

4、力不足以将物体拉回到原轨道上，而做离心运动，即“需要”大于“提供”或“提供不足”(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()图2A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B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

5、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【考点】离心运动问题【题点】生活中的离心运动合力与向心力的关系对圆周运动的影响若F合m2r，物体做匀速圆周运动若F合m2r，物体做近心运动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C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正确二、离心现象的应用和防止1请简述洗衣机脱水的原理答案洗衣机脱水时，由于高速转

6、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？图3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1几种常见离心运动的对比图示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Fm2r，水滴做离心运动汽车在水平路面上转弯

7、当最大静摩擦力不足以提供向心力时，即fmaxm，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fmax，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

8、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答案D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正确三、圆周运动的临界问题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

9、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)(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/s2)(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？(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(1)不会发生侧滑(2)24 m/s解析(1)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Fm400 N0，所以绳子的拉力F和最大静摩擦力共同提供向心力，此时，Fmgm2r即Fmgmr，得Fmg.【考点】水平面内的圆周运动的动力学分析【题点】水平面内的圆周运动的动力学分析