2[1]4《研究離心現(xiàn)象及其應(yīng)用》學(xué)案1（滬科版物理必修2）

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1、【課 題】 2.4研究離心現(xiàn)象及其應(yīng)用 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】(1)知道什么是離心現(xiàn)象，知道物體做離心運動的條件， (2)結(jié)合生活中的實例，知道離心現(xiàn)象的應(yīng)用和危害及其防止 【學(xué)習(xí)重點】提供探究物體做圓周運動的條件，理解離心現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件。 【學(xué)習(xí)難點】離心現(xiàn)象的具體分析 【自主學(xué)習(xí)指導(dǎo)】 一、 生活中的離心現(xiàn)象： 認(rèn)真閱讀和思考課本上列舉的案例，思考?xì)w納這些物體運動的共同特點是什么？理解“離心現(xiàn)象”的定義。 案例1、公交車上的一段對話 案例2、洗衣機是怎樣甩干衣物的？ 案例3、汽車一級方程式大賽 做圓周運動的物體，在某種情況下會脫離圓周做離開圓心的運動，

2、這種現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象。 二、 為什么會產(chǎn)生離心現(xiàn)象 實驗探究： 同學(xué)們試做實驗，按課本上的步驟進行研究，把你得到的結(jié)論寫在課本右側(cè)的空白處。（如果沒有條件做實驗，你也可根據(jù)我們前面所學(xué)的知識以及自己的生活經(jīng)驗，思考、回答相關(guān)問題） 分析論證： 思考的思路：首先要理解物體做圓周運動的條件，也就是物體為什么會做圓周運動，弄清了這個問題，理解物體做離心運動的條件就順理成章了。即就是理解物體為什么不做圓周運動而做遠離圓心的運動。 課本上分析討論時，突出了“慣性”對物體運動所起得作用，說明了即使物體做圓周運動，物體也存在沿圓周切線飛離 的傾向（趨勢）；同樣課本也突出了向心力對

3、物體做圓周運動所起的作用——改變物體的運動方向，使物體保持在圓周上運動。請同學(xué)們在學(xué)習(xí)理解圓周運動、離心運動時注意從“慣性”和“力”兩方面的作用去分析去理解。 知道了物體做離心運動的條件后，再返回去解釋課本前面所列出的三個案例中的物體為什么做離心運動。 三、 離心現(xiàn)象的應(yīng)用和防止 理解課本所列應(yīng)用：水泥涵管的制作、離心是水泵、離心式真空泵、離心式分離器，如果感到十分生疏，可以在上網(wǎng)查一些相關(guān)資源。 了解離心現(xiàn)象給人們帶來的不利的方面的實例及防止離心現(xiàn)象發(fā)生的措施。 【基本知識精講】 物體做圓周運動的條件和產(chǎn)生離心現(xiàn)象的條件 設(shè)質(zhì)量為m的物體，沿半徑為R的圓周做勻速圓周運動

4、，其線速度為v，運動中受到指向圓心的外力的合力F 物體做勻速圓周運動時，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向，它之所以沒有飛去，是因為有向心力作用，使它保持在圓周運動。向心力的作用就是改變物體速度的方向，即產(chǎn)生向心加速度。 物體做勻速圓周運動需要的向心力Fn需= m ，如果外界的作用力的合力F恰好等于Fn，那么這個物體就做勻速圓周運動。即滿足合力 如果物體做變速圓周運動，速度大小是變化的，所需向心力的大小也是變化的，可以推想，在任何時刻都要滿足外界給物體提供的向心力等于物體做圓周運動所需要的向心力。但是，這種情況下，物體所受合力F并不是外界提供的向心力，因為外力除了改變物速度的

5、方向，還要改變物體的速度大小，也就是說合力F并不指向圓心。 實質(zhì)上，如果我們把合力F分解在沿半徑方向（即法線方向）和切線方向，那么沿半徑方向的分力Fn外，便是外界提供的向心力，沿切線方向的分力Ft稱為切向分力其，作用效果是改變速度的大小。合力F與二分力的大小關(guān)系為。 綜上所述，可以看出：物體做圓周運動的條件是：外界給物體提供向心力，等于物體做圓周運動所需要的向心力。即 一旦外界提供的向心力突然消失，由于慣性物體就沿切線方向飛去，離圓心越來越遠．如，用細(xì)繩拉著在光滑水平面做勻速圓周運動的小球，如果細(xì)繩突然斷了，我們會看到小球沿切線方向飛去，這就屬于“離心現(xiàn)象”。 假設(shè)外界提供的向心力

6、雖然沒有消失，但卻減小了，從而使外界提供的向心力小于物體做圓周運動所需要的向心力，即，那么這種情況下，外界提供的向心力不足以使物體保持在圓周上運動，由于慣性物體也將做離心運動，這種情況也屬于離心現(xiàn)象。 因此我們說，做圓周運動的物體發(fā)生離心現(xiàn)象的條件是：外界提供的向心力消失或不足維持物體沿圓周運動。即 。 ***做圓周運動的物體，若所受的合外力F大于所需的向心力時，物體將怎樣用的呢？顯然，物體就會做越來越靠近圓心的運動，我們不妨稱這種運動為“近心”運動。 【思考與討論】 1、物體做離心運動時，運動軌跡是 （

7、 ） A．一定是直線。 B．一定是曲線。 Ω A O C B C．可能是直線，也可能是曲線。 D．可能是圓。 2、如圖所示，已知mA＝2mB＝3mC，它們距軸的關(guān)系是，三物體與轉(zhuǎn)盤表面的動摩擦因數(shù)相同，當(dāng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速逐漸增加時（　?。? 　 A．A先開始滑動　　　　 B．B先開始滑動 　 C．C先開始滑動　　　　 D．B和C同時開始滑動 3、雨傘半徑為R，高出地面h，雨傘以角速度ω旋轉(zhuǎn)時，雨滴從傘邊緣飛出 （ ） 　　 A

8、．沿飛出點半徑方向飛出，做平拋運動。 　　 B．沿飛出點切線方向飛出，做平拋運動。 　　 C．雨滴落在地面上后形成一個和傘半徑相同的圓圈。 D．雨滴落在地面上后形成一個半徑 的圓圈。 同步軌道Ⅲ 轉(zhuǎn)換軌道Ⅱ 地球 P 近地軌道Ⅰ Q 同步衛(wèi)星發(fā)射與回收過程 4、同步衛(wèi)星的發(fā)射、回收與“離心運動”、“近心運動” 如右圖所示。同步衛(wèi)星的發(fā)射是通過“變軌”實現(xiàn)的，先是將同步衛(wèi)星送至近地軌道Ⅰ運行，運行狀態(tài)穩(wěn)定后在近地軌

9、道上適當(dāng)?shù)奈恢肞，通過自動裝置啟動衛(wèi)星上發(fā)動機使衛(wèi)星加速，并調(diào)整其方向，使衛(wèi)星做橢圓軌道運動。從P點開始脫離原來的園軌道，這就是“離心運動”。P點就是橢圓軌道Ⅱ的近地點，要設(shè)法控制橢圓軌道Ⅱ的遠地點距地心的距離恰好等于同步軌道半徑。 當(dāng)衛(wèi)星沿橢圓軌道運動到遠地點（到達同步軌道）后，再次加速和并方向的調(diào)整，并進行使衛(wèi)星進入同步軌道Ⅲ（園軌道Ⅲ）運行，這又進行了一次變軌。 請同學(xué)們想一想，在衛(wèi)星回收時，怎樣才能使衛(wèi)星從同步軌道Ⅲ又能回到近地軌道Ⅰ呢？ ……………（略） 【案例分析】 題目： 汽車沿半徑為R=81m的圓跑道勻速行駛，設(shè)跑道的路面是水平的，路面作用于車的最大靜摩擦力是車重的

10、0.10倍，要使汽車不至于沖出圓跑道，車速最大不能超過多少？ 解法： 如果不考慮汽車行駛時所受的阻力，那么汽車在圓跑道勻速行駛時，輪胎所受的靜摩擦力f（方向指向圓心）提供向心力。車速越大，所需向心力也越大，則靜摩擦力f也越大，但本題中的向心力不可能超過路面作用于車的最大靜摩擦力fm，而最大靜摩擦力fm為車重的0.10倍。設(shè)車速的最大值為vm，則 得： =9m/s 汽車沿半徑為R的圓跑道勻速行駛時的速率不能超過9m/s，不然會沖出圓跑道，因為這時最大靜摩擦力不足以提供汽車做圓周運動所需的向心力，汽車就脫離原來的圓跑道做離心運

11、動了。 【課后作業(yè)】 思考與討論：P.39 《家庭作業(yè)與活動》1、2、3、4 【課后檢測】見下頁 《2.4研究離心現(xiàn)象及其應(yīng)用》檢測題 1．關(guān)于離心運動。下列說法中正確的是 ( ) A．物體一直不受外力的作用時，可能做離心運動 B．做勻速圓周運動的物體。在外界提供的向心力突然變大時做離心運動 C．做勻速圓周運動的物體，只要向心力的數(shù)值發(fā)生變化就將做離心運動 D．做勻速圓周運動的物體。當(dāng)外界提供的向心力突然消失或數(shù)值變小時將做離 心運動 2．下列說法中，正確的是 ( ) A．物體做離心運動時

12、，物體離圓心越來越遠 B．物體做離心運動時，其運動軌跡一定是直線 C．做離心運動的物體，一定不受到外力的作用 D．做勻速圓周運動的物體，因所受合力大小改變而不能沿圓周運動時，一定做離心運動 3．汽車行駛中和離心運動有關(guān)的是 ( ) A．汽車開進泥坑里輪胎打滑 B．汽車通過圓形拱橋 C．汽車直線行駛時與其他車輛發(fā)生碰撞 D，汽車在轉(zhuǎn)彎時由于速度太快導(dǎo)致翻車 4．關(guān)于洗衣機脫水桶的有關(guān)問題，下列說法中正確的是 ( ) A．如果衣服上的水太多脫水桶就不能進行脫水 B．脫水桶工作時衣

13、服上的水做離心運動，衣服并不做離心運動 C．脫水桶工作時桶內(nèi)的衣服也會做離心運動。所以脫水桶停止工作時衣服緊貼 在桶壁上 D． 白色衣服染上紅墨水時，也可以通過脫水桶將紅墨水去掉使衣服恢復(fù)白色 5．下列關(guān)于騎自行車的有關(guān)說法中，正確的是 ( ) A．騎自行車運動時，不會發(fā)生離心運動 B．自行車輪胎的破裂是離心運動產(chǎn)生的結(jié)果 C．騎自行車拐彎時摔倒一定都是離心運動產(chǎn)生的 D．騎自行車拐彎時速率不能太快，否則會產(chǎn)生離心運動向圓心的外側(cè)跌倒 6．坐在行駛中的公共汽車內(nèi)的乘客發(fā)生與離心運動有關(guān)的現(xiàn)象是 (

14、 ) A．乘客突然向前傾倒 B．乘客突然向后傾倒 C．乘客上下振動 D．乘客因汽車向左轉(zhuǎn)彎時而向右傾倒 7．在醫(yī)院里使用離心機將用過的體溫計中的水銀柱甩回玻璃泡里，將體溫計放人離心機時，應(yīng)將體溫計的 (填“玻璃泡一端”或“溫度刻度一端”)靠近離心機的轉(zhuǎn)軸．同樣醫(yī)生也可根據(jù) 原理，用手拿著體溫計甩動將水銀柱甩回玻璃泡． 8．如果表演“水流星”節(jié)目時拴杯子的繩較細(xì)，其最大承受力是杯子和杯內(nèi)水重的8倍，要使杯子運動到最高點時細(xì)繩不斷裂。則杯子通過最高點的速度v的取值范圍是多少? 9．直徑為0．49m的洗衣機

15、脫水桶以40rad／s的角速度轉(zhuǎn)動，衣服對圓桶壁的壓力是衣服重力的 倍． 10．質(zhì)量為M=1000kg的汽車，在半徑為R＝25m的水平圓形路面轉(zhuǎn)彎，汽車所受的靜摩擦力提供轉(zhuǎn)彎時的向心力，靜摩擦力的最大值為重力的0．3倍．為避免汽車發(fā)生離心運動釀成事故，試求汽車安全行駛的速度范圍．(g取l0m/s2) 11．如圖所示，轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤上有一個質(zhì)量為M＝5kg的物體隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動，物體所受的最大靜摩擦力為20N，物體到轉(zhuǎn)軸的距離為0．2m．試求保證物體隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動而不發(fā)生離心運動，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度的取值范圍． 【參考答案】 1．D 2．A 3．D 4．C 5．D 6．D 7．溫度刻度一端 離心運動 8． 9．40 10． 11．