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第二章圆周运动第三节离心现象及其应用学习目标知识脉络1.知道什么是离心现象．2．理解物体做离心运动的条件．(重点)3．会用所学知识解决生产、生活中的离心运动问题．(重点、难点)4．知道离心运动在实际中的应用、危害与防止.自主探新知预习一、离心现象及应用1．离心现象的概念做圆周运动的物体，在所受合力或提供圆周运动所需要的向心力的情况下，就会做逐渐的运动，这种现象称为离心现象．远离圆心突然消失不足以2．离心现象的条件做圆周运动的物体所受外力提供的向心力它做圆周运动所需要的向心力或向心力突然消失，物体做离心运动．3．离心现象的应用利用现象工作的机械叫做离心机械．离心干燥器、洗衣机脱水筒都是这样的机械．离心小于4．离心干燥器的原理将湿物体放在离心干燥器的金属网笼里，当网笼转得较快时，水滴的附着力提供所需的，水滴就做离心运动，穿过网孔，飞离物体，因而使物体甩去多余的水分．向心力不足以5．离心分离器使试管内的浑浊液体随试管快速转动，其内所含的不溶于液体的_________快速沉淀下来，如图所示．固体微粒二、离心运动的危害及防止1．离心运动的危害(1)由于离心现象，车辆转弯时易出现交通事故，因此在弯道处，都要对车辆进行限速．(2)高速旋转的砂轮或飞轮破裂，会因碎片飞出造成事故，所以对转动的物体要限定转速．(3)飞机攀高或时，离心运动造成飞行员过荷．(4)汽车在(尤其在下雨天)时冲出车道而发生事故．转弯翻飞旋转2．离心运动的防止(1)减小物体运动的，使物体做圆周运动时所需的向心力减少．(2)增大，使其达到物体做圆周运动时所需的向心力．合外力速度1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)做离心运动的物体一定受到离心力的作用．()(2)离心运动的轨迹可能是直线也可能是曲线．()(3)离心运动是物体惯性的体现．()(4)物体突然受到离心力的作用，将做离心运动．()(5)做匀速圆周运动的物体，当提供向心力的合外力突然变大时将做离心运动．()(6)做匀速圆周运动的物体，当提供向心力的合力突然消失或变小时将做离心运动．()【提示】(1)×离心力不是实际的力．(2)√(3)√(4)×物体所受的外力小于做圆周运动所需的向心力或外力突然消失，物体将做离心运动．(5)×当提供向心力的合外力突然变大，物体将做近心运动．(6)√2．如图所示，光滑的水平面上，小球在拉力F作用下做匀速圆周运动，若小球到达P点时F突然发生变化，下列关于小球运动的说法正确的是()A．F突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动B．F突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动C．F突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动D．F突然变小，小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心A[F突然消失时，小球将沿该时刻线速度方向，即沿轨迹Pa做离心运动，选项A正确；F突然变小时，小球将会沿轨迹Pb做离心运动，选项B、D均错误；F突然变大时，小球将沿轨迹Pc做近心运动，选项C错误．]3．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D[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，选项D正确．]合作攻重难探究离心现象的理解1.离心运动的实质：离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现．做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出去的趋向，之所以没有飞出去，是因为受到指向圆心的力．2．离心运动的受力特点物体做离心运动并非受到“离心力”的作用，而是外力不足以提供向心力的结果，“离心力”不存在．3．合外力与向心力的关系(如图)(1)若F合＝mrω2或F合＝mv2r，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”．(2)若F合mrω2或F合mv2r，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”．【例1】如图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思路点拨：①由离心运动的条件分析．②摩托车将做离心曲线运动．B[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作匀速圆周运动，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＝mω2r，物体做匀速圆周运动．若F合mω2r，物体做离心运动．若F合＝0时，物体沿切线飞出．若F合mω2r，物体做近心运动．1．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C[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，选项C正确．]离心现象的应用与防止1.离心现象的防止(1)防止方法①减小物体运动的速度，使物体做圆周运动时所需的向心力减小．②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．2．常见的两种离心运动项目实物图原理图现象及结论洗衣机脱水筒当水滴受到物体的附着力F不足以提供向心力时，即Fmω2r，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fmaxmv2r，汽车做离心运动【例2】某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为100m，一赛车与车手的总质量为100kg，轮胎与地面间的最大静摩擦力为600N．(g取10m/s2)(1)若赛车的速度达到72km/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？思路点拨：①判断所需的向心力与最大静摩擦力的关系．②重力与支持力的合力提供向心力．[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F＝mv2r＝400N600N，所以赛车在运动过程中不会发生侧滑．(2)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，由牛顿第二定律知mgtanθ＝mv2r，解得v＝grtanθ≈24m/s[答案](1)不会发生侧滑(2)24m/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＝mω2r＝mv2r.3．比较F合与F的关系，确定物体运动的情况．2．汽车在水平地面上转弯，地面对车的摩擦力已达到最大值．当汽车的速率增大到原来的二倍时，若使车在地面转弯时仍不打滑，汽车的转弯半径应()A．增大到原来的二倍B．减小到原来的一半C．增大到原来的四倍D．减小到原来的四分之一C[汽车在水平路面上转弯，向心力由静摩擦力提供．设汽车质量为m，汽车与路面的动摩擦因数为μ，汽车的转弯半径为r，则μmg＝mv2r，由此得r∝v2，速率增大到原来的二倍，故转弯半径应增大到原来的四倍，C项正确．]当堂固双基达标1．(多选)下述现象中属于离心现象的是()A．洗衣机把湿衣服甩干B．刹车时，乘客前倾C．用手把体温计中的水银柱甩回玻璃泡内D．铅球运动员将铅球抛出AC[脱水桶高速转动时，需要的向心力的大小大于水和衣服之间的附着力，水做离心运动从衣服上被甩掉，属于离心现象，A正确；刹车时，乘客都向前倾倒，这是由于惯性的作用，不是离心现象，B错误；用手甩温度计时水银柱受到的力小于圆周运动所需的向心力，做离心运动而甩回玻璃泡里，C正确；铅球运动员将铅球抛出后铅球做斜抛运动，不是离心现象，D错误．]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C[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．]3．如图所示，当外界提供的向心力F＝mrω2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Fmrω2时，小球可能沿Ⅱ轨道做离心运动C．当外界提供的向心力Fmrω2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mrω2时，小球就将沿Ⅱ轨道做离心运动C[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Fmrω2时，小球可能沿Ⅱ轨道做离心运动，B、D错误，C正确．]