2019届二轮复习研究离心现象及其应用课件（32张） 32页

　研究离心现象及其应用 [ 考纲下载 ] 1. 了解生活中的离心现象 . 2. 理解离心现象产生的原因 . 3. 知道离心现象的危害和应用 . 内容索引 重点探究 启迪思维 探究重点 达标检测 检测评价 达标过关 自主预习 预习新知 夯实基础 一、离心现象 1. 离心现象：做圆周运动的物体，在某种情况下会脱离圆周 做 圆心 的运动，这种现象称为离心现象 . 2. 产生离心现象的原因：所受向心力突然消失，或所受到的指向圆心的合 外力 所 需向心力 . 3. 离心运动的本质：做圆周运动的物体，由于本身 的 ， 总有沿着圆周 的 方向 飞离的倾向 . 离开 小于 惯性 切线 二、离心现象的应用和防止 1. 离心现象的应用和防止：水泥涵管的制作、离心式水泵、离心式真空泵、离心分离器 . 2. 离心现象的防止 ： 、 砂轮加防护罩等 . 转弯限速 [ 即学即用 ] 1. 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) 离心运动是物体惯性的表现 .( ) (4) 离心运动的运动轨迹一定是直线 .( ) 答案 × × √ × 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所需向心力，物体沿切线方向飞出，故 D 正确 . 解析 √ 答案 重点探究 [ 导学探究 ] 　 设质量为 m 的物体，沿半径为 R 的圆周做匀速圆周运动，线速度为 v ，运动中受到指向圆心的外力的合力为 F ，如图 1 所示 . (1) 如果合外力 F 恰好等于向心力，即 F ＝ F 向心 ，物体将怎样运动 ？ 一、离心现象的理解 图 1 答案　 物体 做匀速圆周运动 . 答案 (2) 如果运动中合外力 F 突然消失，即 F ＝ 0 ，物体将怎样运动？ 答案　 物体沿切线方向做匀速直线运动 . (3) 假设运动中合外力 F 减小了，即 F < F 向心 ，以致它不足以提供做线速度为 v 、半径为 R 的圆周运动所需的向心力，你能推测出物体的运动轨迹吗？ 答案　 物体做曲线运动，离圆心的距离越来越远 . 答案 [ 知识深化 ] 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 . 2. 合外力与向心力的关系： 做离心运动的物体并非受到离心力的作用 ， 而是 合 外力 不足以提供向心力的结果 . 具体来看合外力 与 向心力 的关系如图 2 所示： 图 2 (4) 若 F 合 ＝ 0 ，则物体沿切线方向做直线运动 . 例 1 　如图 3 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 图 3 解析 解析　 摩托车只受重力、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，所受的合外力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的向心力即合外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曲线运动， C 、 D 项错误 . 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 解析　 当绳子断了以后，向心力消失，小球做离心运动，由于惯性，小球沿切线方向做直线运动，选项 A 、 B 、 D 错误， C 正确 . [ 导学探究 ] 　 (1) 请简述洗衣机脱水的原理 . 二、离心现象的应用和防止 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 . 答案 (2) 如图 4 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　 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 . 因此，在公路弯道处汽车不允许超过规定的速度 . 图 4 答案 [ 知识深化 ] 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     当水滴受到衣服的附着 力 F 不足以提供向心力时 ， 即 F < mω 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 　市内公共汽车在到达路口转弯前，车内广播中就要播放录音： “ 乘客们请注意，前面车辆转弯，请拉好扶手 ” 这样可以 A. 提醒包括坐着和站着的全体乘客均拉好扶手，以免车辆转弯时可能 向前 倾倒 B. 提醒包括坐着和站着的全体乘客均拉好扶手，以免车辆转弯时可能 向后 倾倒 C. 主要是提醒站着的乘客拉好扶手，以免车辆转弯时可能向转弯的外侧倾倒 D. 主要是提醒站着的乘客拉好扶手，以免车辆转弯时可能向转弯的内侧倾倒 解析 √ 答案 解析　 汽车转弯时，车内乘客随车做圆周运动，需要向心力，不拉好扶手，站着的乘客可能无法提供足够的向心力而做离心运动，向外侧倾倒 . 例 3 　某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为 100 m ，一赛车和车手的总质量为 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？ 解析 答案 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 N<600 N ， 所以 赛车在运动过程中不会发生侧滑 . 答案　 不会侧滑 (2) 若将场地建成外高内低的圆形，且倾角为 30° ，赛车的速度多大时，车手感觉不到自己有相对车的侧向的运动趋势？ 解析 答案 解析　 由题意得车手不受座椅侧向的摩擦力，于是车手只受支持力和重力， 答案　 24 m/s 离心运动问题的分析思路 1. 对物体进行受力分析，确定提供给物体向心力的合力 F 合 . 2. 根据物体的运动，计算物体做圆周运动所需的向心力 F ＝ mω 2 r ＝ m . 3. 比较 F 合 与 F 的关系，确定物体运动的情况 . 归纳总结 达标检测 1. ( 离心运动的理解 ) 如图 5 所示，当外界提供的 向心力 F ＝ mrω 2 时，小球恰好在 Ⅲ 轨道上做匀速圆周运动 . 下 列 关于小球运动的说法中正确的是 A. 当外界提供的向心力突然消失时，小球将沿 Ⅰ 轨道 运动 ，这种运动不叫离心运动 B. 当外界提供的向心力 F > mrω 2 时，小球可能沿 Ⅱ 轨道做离心运动 C. 当外界提供的向心力 F < mrω 2 时，小球可能沿 Ⅱ 轨道做离心运动 D. 只要外界提供的向心力 F 不等于 mrω 2 时，小球就将沿 Ⅱ 轨道做离心 运动 √ 答案 解析 1 2 3 4 图 5 解析　 当外界提供的向心力突然消失时，小球将沿 Ⅰ 轨道运动做离心运动， A 错误； 当外界提供的向心力 F < mrω 2 时，小球可能沿 Ⅱ 轨道做离心运动， B 、 D 错误， C 正确 . 1 2 3 4 2. ( 离心现象的分析和应用 ) ( 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动机等自制的脱水实验原理图，但实验中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 √ 1 2 3 4 图 6 √ 3. ( 离心现象的分析 ) ( 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 物体受到的摩擦力最大 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 图 7 √ 答案 解析 1 2 3 4 √ 解析　 三物体都未滑动时，角速度相同，设角速度为 ω ，根据向心加速度公式 a ＝ ω 2 r ，知 C 的向心加速度最大，选项 A 正确； 三物体均未滑动时，三个物体受到的静摩擦力分别为： f A ＝ (2 m ) ω 2 R ， f B ＝ mω 2 R ， f C ＝ mω 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 4. ( 离心现象的分析和防止 ) 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 μ ＝ 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 ) 所许可的最大速率 v m 为多大？ 答案　 54 km/h 解析　 在水平路面上转弯，向心力只能由静摩擦力提供，设汽车质量为 m ，最大静摩擦力可近似看做与滑动摩擦力相等，则 f m ＝ μmg ， 代入数据可得： v m ＝ 15 m/s ＝ 54 km/h. 解析 答案 1 2 3 4 (2) 当超过 v m 时，将会出现什么现象？ 答案　 汽车将做离心运动，严重时将出现翻车事故 解析　 当汽车的速度超过 54 km/h 时，需要的向心力 m 增大 ，大于 提供的 向心力，也就是说提供的向心力不足以维持汽车做圆周运动的向心力，汽车将做离心运动，严重时将会出现翻车事故 . 解析 答案 1 2 3 4