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(yùn)動(dòng)的條件， (2)結(jié)合生活中的實(shí)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(diǎn)】提供探究物體做圓周運(yùn)動(dòng)的條件，理解離心現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件。 【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】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(yùn)動(dòng)的共同特點(diǎn)是什么？理解“離心現(xiàn)象”的定義。 案例1、公交車上的一段對(duì)話 案例2、洗衣機(jī)是怎樣甩干衣物的？ 案例3、汽車一級(jí)方程式大賽 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在某種情況下會(huì)脫離圓周做離開圓心的運(yùn)動(dòng)，

2、這種現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象。 二、 為什么會(huì)產(chǎn)生離心現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)探究： 同學(xué)們?cè)囎鰧?shí)驗(yàn)，按課本上的步驟進(jìn)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(shí)驗(yàn)，你也可根據(jù)我們前面所學(xué)的知識(shí)以及自己的生活經(jīng)驗(yàn)，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(yùn)動(dòng)的條件，也就是物體為什么會(huì)做圓周運(yùn)動(dòng)，弄清了這個(gè)問題，理解物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件就順理成章了。即就是理解物體為什么不做圓周運(yùn)動(dòng)而做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。 課本上分析討論時(shí)，突出了“慣性”對(duì)物體運(yùn)動(dòng)所起得作用，說明了即使物體做圓周運(yùn)動(dòng)，物體也存在沿圓周切線飛離 的傾向（趨勢(shì)）；同樣課本也突出了向心力對(duì)

3、物體做圓周運(yùn)動(dòng)所起的作用——改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，使物體保持在圓周上運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)理解圓周運(yùn)動(dòng)、離心運(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng)的條件后，再返回去解釋課本前面所列出的三個(gè)案例中的物體為什么做離心運(yùn)動(dòng)。 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(shí)例及防止離心現(xiàn)象發(fā)生的措施。 【基本知識(shí)精講】 物體做圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)

4、，其線速度為v，運(yùn)動(dòng)中受到指向圓心的外力的合力F 物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，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?yàn)橛邢蛐牧ψ饔?，使它保持在圓周運(yùn)動(dòng)。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(yùn)動(dòng)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(gè)物體就做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。即滿足合力 如果物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)，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(shí)刻都要滿足外界給物體提供的向心力等于物體做圓周運(yùn)動(dòng)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?yàn)橥饬Τ烁淖兾锼俣鹊?/p>

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(shí)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(yùn)動(dòng)的條件是：外界給物體提供向心力，等于物體做圓周運(yùn)動(dòng)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(yuǎn)．如，用細(xì)繩拉著在光滑水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的小球，如果細(xì)繩突然斷了，我們會(huì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，由于慣性物體也將做離心運(yùn)動(dòng)，這種情況也屬于離心現(xiàn)象。 因此我們說，做圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。即 。 ***做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，若所受的合外力F大于所需的向心力時(shí)，物體將怎樣用的呢？顯然，物體就會(huì)做越來越靠近圓心的運(yùn)動(dòng)，我們不妨稱這種運(yùn)動(dòng)為“近心”運(yùn)動(dòng)。 【思考與討論】 1、物體做離心運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)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(dòng)摩擦因數(shù)相同，當(dāng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速逐漸增加時(shí)（　　） 　 A．A先開始滑動(dòng)　　　　 B．B先開始滑動(dòng) 　 C．C先開始滑動(dòng)　　　　 D．B和C同時(shí)開始滑動(dòng) 3、雨傘半徑為R，高出地面h，雨傘以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，雨滴從傘邊緣飛出 （ ） 　　 A

8、．沿飛出點(diǎn)半徑方向飛出，做平拋運(yùn)動(dòng)。 　　 B．沿飛出點(diǎn)切線方向飛出，做平拋運(yùn)動(dòng)。 　　 C．雨滴落在地面上后形成一個(gè)和傘半徑相同的圓圈。 D．雨滴落在地面上后形成一個(gè)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(yùn)動(dòng)”、“近心運(yùn)動(dòng)” 如右圖所示。同步衛(wèi)星的發(fā)射是通過“變軌”實(shí)現(xiàn)的，先是將同步衛(wèi)星送至近地軌道Ⅰ運(yùn)行，運(yùn)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(dòng)裝置啟動(dòng)衛(wèi)星上發(fā)動(dòng)機(jī)使衛(wèi)星加速，并調(diào)整其方向，使衛(wèi)星做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。從P點(diǎn)開始脫離原來的園軌道，這就是“離心運(yùn)動(dòng)”。P點(diǎn)就是橢圓軌道Ⅱ的近地點(diǎn)，要設(shè)法控制橢圓軌道Ⅱ的遠(yuǎn)地點(diǎn)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(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)地點(diǎn)（到達(dá)同步軌道）后，再次加速和并方向的調(diào)整，并進(jìn)行使衛(wèi)星進(jìn)入同步軌道Ⅲ（園軌道Ⅲ）運(yùn)行，這又進(jìn)行了一次變軌。 請(qǐng)同學(xué)們想一想，在衛(wèi)星回收時(shí)，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(shí)所受的阻力，那么汽車在圓跑道勻速行駛時(shí)，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(shí)的速率不能超過9m/s，不然會(huì)沖出圓跑道，因?yàn)檫@時(shí)最大靜摩擦力不足以提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，汽車就脫離原來的圓跑道做離心運(yùn)

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

12、，物體離圓心越來越遠(yuǎn) B．物體做離心運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡一定是直線 C．做離心運(yùn)動(dòng)的物體，一定不受到外力的作用 D．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，因所受合力大小改變而不能沿圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定做離心運(yùn)動(dòng) 3．汽車行駛中和離心運(yùn)動(dòng)有關(guān)的是 ( ) A．汽車開進(jìn)泥坑里輪胎打滑 B．汽車通過圓形拱橋 C．汽車直線行駛時(shí)與其他車輛發(fā)生碰撞 D，汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)由于速度太快導(dǎo)致翻車 4．關(guān)于洗衣機(jī)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(jìn)行脫水 B．脫水桶工作時(shí)衣

13、服上的水做離心運(yùn)動(dòng)，衣服并不做離心運(yùn)動(dòng) C．脫水桶工作時(shí)桶內(nèi)的衣服也會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)。所以脫水桶停止工作時(shí)衣服緊貼 在桶壁上 D． 白色衣服染上紅墨水時(shí)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生離心運(yùn)動(dòng) B．自行車輪胎的破裂是離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果 C．騎自行車拐彎時(shí)摔倒一定都是離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 D．騎自行車拐彎時(shí)速率不能太快，否則會(huì)產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng) D．乘客因汽車向左轉(zhuǎn)彎時(shí)而向右傾倒 7．在醫(yī)院里使用離心機(jī)將用過的體溫計(jì)中的水銀柱甩回玻璃泡里，將體溫計(jì)放人離心機(jī)時(shí)，應(yīng)將體溫計(jì)的 (填“玻璃泡一端”或“溫度刻度一端”)靠近離心機(jī)的轉(zhuǎn)軸．同樣醫(yī)生也可根據(jù) 原理，用手拿著體溫計(jì)甩動(dòng)將水銀柱甩回玻璃泡． 8．如果表演“水流星”節(jié)目時(shí)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(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)細(xì)繩不斷裂。則杯子通過最高點(diǎn)的速度v的取值范圍是多少? 9．直徑為0．49m的洗衣機(jī)

15、脫水桶以40rad／s的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，衣服對(duì)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(shí)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(yùn)動(dòng)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(dòng)的轉(zhuǎn)盤上有一個(gè)質(zhì)量為M＝5kg的物體隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)而不發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)動(dòng) 8． 9．40 10． 11．