2019-2020年粵教版必修二2.3《離心現(xiàn)象及其應(yīng)用》WORD教案03.doc

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2019-2020年粵教版必修二2.3《離心現(xiàn)象及其應(yīng)用》WORD教案03 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 【知識(shí)和技能】 (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，知道離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和危害及其防止 【過程和方法】 (1)通過觀察實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)在什么條件下物體做離心運(yùn)動(dòng)， (2)通過列舉生活中離心現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)離心現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用和危害 【情感、態(tài)度和價(jià)值觀】 (1)通過應(yīng)用所學(xué)知識(shí)與方法認(rèn)識(shí)自然，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣． (2)感悟科學(xué)是人類創(chuàng)造發(fā)明的基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情． 【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】 物體做離心運(yùn)動(dòng)所滿足的條件。 【知識(shí)要點(diǎn)】 離心現(xiàn)象 一、定義 當(dāng)物體所受的合外力突然消失或者不足以提供它所需要的向心力時(shí)，物體將沿切線方向飛出或者做離圓心越來越遠(yuǎn)的曲線運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng)，即為離心現(xiàn)象. 二、產(chǎn)生的原因 向心力的作用效果是改變物體運(yùn)動(dòng)的方向，如果向心力突然消失時(shí)（例如用繩系住小球轉(zhuǎn)，繩突然斷裂），則物體的速度方向不再變化，由于慣性，物體將沿此時(shí)的速度方向（即切線方向）按此時(shí)速度的大小飛出，如果提供的外力小于物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，雖然物體的速度方向還要變化，但速度方向變化較慢，因此物體偏離原來的圓周做離心運(yùn)動(dòng)，其軌跡為圓周和切線間的某條曲線，見圖2－3－1所示. 圖2－3－1 同學(xué)們都有這樣的體會(huì)：當(dāng)你所乘的汽車急轉(zhuǎn)彎時(shí)，你會(huì)不由自主地向外傾斜或向外滑去，這種情況的產(chǎn)生并不是受到了“離心力”的作用，而是慣性的一種表現(xiàn)，即發(fā)生了離心現(xiàn)象. 三、產(chǎn)生條件 當(dāng)外界提供的向心力突然消失（比如系繩斷裂）或小于做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需要的向心力時(shí)，才會(huì)發(fā)生離心現(xiàn)象. 離心現(xiàn)象的應(yīng)用 在日常生活中，離心現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的，離心現(xiàn)象對(duì)人類來說既有有利的一面，又有危害的一面，對(duì)有利的一面應(yīng)加以利用，對(duì)有害的一面應(yīng)設(shè)法防止. 離心運(yùn)動(dòng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都有廣泛的應(yīng)用，離心沉淀器就是一種利用離心現(xiàn)象的機(jī)械，它可以使混濁液體中密度較大的物質(zhì)加速沉淀，譬如，醫(yī)療上就是利用此離心沉淀器來分離血漿的.[來源:Z_xx_k] 如果人騎自行車騎得很快，在轉(zhuǎn)彎的地方又沒有掌握傾斜的技巧，那么，就可能由于離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故，因此，現(xiàn)代化的自行車賽車場(chǎng)，環(huán)形跑道是朝里傾斜的. 【問題探究】 離心現(xiàn)象在生產(chǎn)和生活中有什好處和害處？我們?cè)撛鯓永闷浜锰帲乐蛊鋷淼暮μ?？?qǐng)結(jié)合實(shí)例進(jìn)行討論. 我的思路：離心現(xiàn)象是由于物體做曲線運(yùn)動(dòng)造成的，而曲線運(yùn)動(dòng)在生產(chǎn)和生活中經(jīng)常可見.同學(xué)們盡可能展開豐富想象，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行討論.比如洗衣機(jī)的脫水桶、離心分離器、煉鋼或制作水泥管道技術(shù)等；不利方面如汽車和火車等交通工具在轉(zhuǎn)彎時(shí)容易發(fā)生事故，運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器假如重心偏離軸心容易損壞機(jī)器等. 【典型例題】 例題1、從在高速公路的拐彎處，路面造得外高內(nèi)低，即當(dāng)車向右拐彎時(shí)，司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)要高一些，路面與水平面間的夾角為，設(shè)拐彎段是半徑為R的圓弧，要使車速為v時(shí)車輪與路面之間的橫向（即垂直于前進(jìn)方向）摩擦力等于零，應(yīng)等于---------（ ） A． B． C． D． 答案：B 圖2-13 精析：為使車速為v時(shí)車輪與路面之間的橫向（即垂直于前進(jìn)方向）摩擦力等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力完全由汽車的重力G和路面對(duì)它的支持力合力來提供N（如圖2—13）, 即 F=Gtan -------------------(1) 由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：F=mv2/R--------(2) 由（1）、（2）兩式可得tan=v2/Rg 所以=，選B。 綠色通道：同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)中要多注意學(xué)以致用，善于將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理模型，將知識(shí)學(xué)活、學(xué)透。[來源:] 例題2、同學(xué)們可能都體驗(yàn)過坐過山車的驚險(xiǎn)而刺激的感受，或者親目睹過那驚心動(dòng)魄的場(chǎng)面。大家知道過山車可以底朝上在圓軌道上運(yùn)行，游客卻不會(huì)掉下來，如果已知圓軌道的半徑為R，不考慮摩擦等阻力。 （1）當(dāng)車通過圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)，如果車對(duì)軌道無任何相互作用。求此時(shí)過山車的速度。 （2）討論當(dāng)過山車通過圓軌道最高點(diǎn)時(shí)速度超過或低于（1）問所求得的速度時(shí)，過山車對(duì)軌道作用力的情況（包括討論人的適應(yīng)性和安全性等方面）。 R 圖2-14 精析：我們把過山車在圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的情況抽象為如圖2-14所示的模型，把過山車當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)，小球從弧形軌道上端滾下，小球進(jìn)入圓軌道下端后沿圓軌道向上運(yùn)動(dòng)，直至最高處。 解析：（1）當(dāng)小球（過山車）通過圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)， 如果車對(duì)軌道無任何相互作用，則此時(shí)過山車作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力完全由其自身的重力來提供，即F=G，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有：F=mg=mv2/R 得：V=（這個(gè)速度我們俗稱臨界速度） （2）如果過山車通過最高點(diǎn)時(shí)的速度大于或小于，則過山車對(duì)軌道就會(huì)有擠壓或拉力的作用。若V1大于，則由F=mv2/R可知，向心力大于重力G，即此時(shí)需要軌道對(duì)過山車以推力的作用；同理，若V2小于，此時(shí)的向心力小于重力G，需要軌道對(duì)過山車以拉力的作用。所以，我們把（1）問中的速度叫臨界速度。若從人的適應(yīng)性和安全性等方面來考慮，若速度等于臨界速度，人處于完全失重狀態(tài)，人會(huì)感到很難受；若速度小于臨界速度，雖然人的失重沒有那么嚴(yán)重，但是由于車對(duì)軌道有拉力作用，這不夠安全；若速度大于臨界速度，人可能會(huì)處于超重或失重狀態(tài)，但是會(huì)比較安全。所以在設(shè)計(jì)過山車時(shí)，這些都是設(shè)計(jì)者要考慮到的問題。 綠色通道：本題從生活情景立意，能幫助學(xué)生學(xué)會(huì)將實(shí)際問題抽象出物理模型，既考查了學(xué)生對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的掌握，也能引導(dǎo)學(xué)生善于觀察注意生活中的物理知識(shí)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)會(huì)用理論來解釋現(xiàn)象，提高應(yīng)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的能力。激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等。 【規(guī)律總結(jié)】 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向. 當(dāng)F=mω2r時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)F= 0時(shí)，物體沿切線方向飛出 當(dāng)F＜mω2r時(shí)，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心 當(dāng)F＞mω2r時(shí)，物體逐漸靠近圓心 【當(dāng)堂反饋】 1.下列哪些現(xiàn)象是為了防止物體產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)（　　） A.汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)要限制速度[來源:學(xué),科,網(wǎng)] B.轉(zhuǎn)速很高的砂輪半徑不能做得太大 C.在修筑鐵路時(shí)，轉(zhuǎn)彎處內(nèi)軌要低于外軌 D.離心水泵工作時(shí) 2.一個(gè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)F向＜mω2r時(shí)（　?。? A.將沿切線方向勻速直線飛出 B.將做靠近圓心的曲線運(yùn)動(dòng) C.將做遠(yuǎn)離圓心的曲線運(yùn)動(dòng) D.將做平拋運(yùn)動(dòng) 3.盛有質(zhì)量為m的水的水桶以手臂為半徑使之在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，水隨桶轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)需要的向心力為mω2R，則（　?。? A.當(dāng)mω2R＞mg時(shí)水就灑出來 B.當(dāng)mω2R＜mg時(shí)水就不灑出來 C.只有當(dāng)mω2R=mg時(shí)水才不灑出來 D.以上結(jié)論都不對(duì) 4.下列關(guān)于離心現(xiàn)象說法正確的是（　　） A.當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象 B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí)它將做背離圓心的圓周運(yùn)動(dòng) C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí)它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng)[來源:學(xué)。科。網(wǎng)][來源:] D.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí)它將做曲線運(yùn)動(dòng) 圖2－3－8 5.半徑為R的光滑半圓球固定在水平面上，頂部有一小物體m，如圖 2－3－5所示.今給小物體一個(gè)水平初速度v0=，則物體將（　?。? A.沿球面滑至M點(diǎn) B.先沿球面滑至某點(diǎn)N，再離開球面做斜下拋運(yùn)動(dòng) C.按半徑大于R的新圓弧軌道運(yùn)動(dòng) D.立即離開半圓球做平拋運(yùn)動(dòng) 圖2－3－5 6.一圓盤可以繞其豎直軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤半徑為R，甲、乙物體質(zhì)量分別為M和m（M＞m），它們之間的最大靜摩擦力均為正壓力的μ倍，兩物體用一根長為L（L＜R）的輕繩連在一起，如圖2－3－6所示.若將甲物體放在轉(zhuǎn)軸的位置上，甲、乙之間連線剛好沿半徑方向被拉直，要使兩物體與轉(zhuǎn)盤間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角速度的最大值為（　?。? A. B. C. D. 圖2－3－6 7.如圖2－3－7所示，細(xì)繩一端系著質(zhì)量M=0.6 kg的物體，靜止于水平面上，另一端通過光滑小孔吊著質(zhì)量m=0.3 kg的物體，M的中心與圓心距離為0.2 m，并知M和水平面的最大靜摩擦力為2 N.現(xiàn)使此平面繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，問ω在什么范圍內(nèi)m會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)？ 圖2－3－7 【參考答案】 1、答案：ABC　汽車轉(zhuǎn)彎靠靜摩擦力提供向心力，由F向=m，當(dāng)v過大時(shí)，靜摩擦力不足以提供向心力，產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)，故A正確，B、C兩個(gè)答案與A分析方法相同，而離心水泵工作時(shí)是離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用. 2、答案：C　此題中F向＜mω2r，物體將做離心運(yùn)動(dòng)，C正確. 3、答案：D　當(dāng)mω2R＞mg時(shí)，桶底會(huì)對(duì)水產(chǎn)生壓力，將向心力不足部分補(bǔ)齊，水不會(huì)流出，A錯(cuò)誤；當(dāng)mg=F向＞mω2R時(shí)物體將做近心運(yùn)動(dòng)，水會(huì)流出，B錯(cuò)誤；從上面分析可知流出的條件是mω2R≥mg，只有D正確. 4、答案：C　向心力是從效果命名的，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需要的向心力是它所受的某個(gè)力或幾個(gè)力的合力提供的，因此，它并不受向心力和離心力的作用，它之所以產(chǎn)生離心現(xiàn)象是由于F合=F向＜mω2r，故A錯(cuò)；物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，若突然它所受到的力都消失，根據(jù)牛頓第一定律，它從這時(shí)起將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C正確，B、D錯(cuò). 5、答案：D　物體線速度v0=，此時(shí)對(duì)球面無壓力作用，將做平拋運(yùn)動(dòng)飛出. 6、答案：D　如圖2－3－8所示，M受力平衡，則：T=μMg，m做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則用T′+μmg=mω2L，由上述二式得出ω=. 7、答案：M受力情況有兩種可能，當(dāng)ω較小時(shí)如圖2－3－9甲所示；當(dāng)ω較小時(shí)如圖2－3－9乙所示. 圖2－3－9 則： ω1===rad/s ω2===rad/s 所以rad/s≤ω≤rad/s. 【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】[來源:] 圖A1 1．如圖A1所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒內(nèi)壁上緊靠著一個(gè)物體與圓筒一起運(yùn)動(dòng)，物體相對(duì)桶壁靜止．則（ ） A． 物體受到4個(gè)力的作用． B． 物體所受向心力是物體所受的重力提供的． C． 物體所受向心力是物體所受的彈力提供的． D．物體所受向心力是物體所受的靜摩擦力提供的． 2.在一段半徑為R的圓孤形水平彎道上,已知彎道路面對(duì)汽車輪胎的最大靜摩擦力等于車重的μ倍,則汽車拐彎時(shí)的安全速度是（ ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖A2 3．如圖A2所示，質(zhì)量為m的滑塊從半徑為R的光滑固定的圓弧形軌道的A點(diǎn)滑到B點(diǎn)，下列說法正確的是（ ） A、它所受的合外力的大小是恒定的 B、向心力大小逐漸增大[來源:學(xué)#科#網(wǎng)] C、向心力逐漸減小 D、向心力不變 4.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，其線速度大小為3m/s，角速度為6rad/s，則在0.1s內(nèi)物體通過的弧長為__________m，半徑轉(zhuǎn)過的角度為_________rad，半徑是_______m。 5.一個(gè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，如果軌道半徑不變，轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍，所需的向心力就比原來的向心力大40 N，物體原來的向心力大小為________ . 6．汽車通過拱橋頂點(diǎn)的速度為10m/s時(shí)，車對(duì)橋的壓力為車重的3/4，如果使汽車行駛至橋頂時(shí)橋恰無壓力，則汽車速度大小為_ m/s。 7．如圖A3所示,小球A質(zhì)量為m.固定在長為L的輕細(xì)直桿一端,并隨桿一起繞桿的另一端O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).如果小球經(jīng)過最高位置時(shí),桿對(duì)球的作用力為拉力,拉力大小等于球的重力.求(1)球的速度大小.⑵當(dāng)小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)速度為，桿對(duì)球的作用力的大小和球的向心加速度大小. 圖A3 8．如圖A4所示，在光滑的水平面上有兩個(gè)質(zhì)量相同的球A和球B，A、B之間以及Ｂ球與固定點(diǎn)Ｏ之間分別用兩段輕繩相連，以相同的角速度繞著O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)． 1） 畫出球A、B的受力圖． A B O 圖A4 2） 如果OB=2AB,,求出兩段繩子拉力之比TAB：TOB 【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練參考答案】 1 C,2 A,3 B 4. 0.3 0.6 0.5，5. 5N，6.?。? 7、解(1)最高點(diǎn)時(shí),桿對(duì)小球的拉力向下,設(shè)球的速度為, 由牛頓第二定律有 得 (2)當(dāng)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí) ,則向心加速度 又由牛頓第二定律有 [來源:Z|xx|k] 得 8.解(1)受力如圖答1、2所示: (2)對(duì)A有 對(duì)B有 又 【反思】 收[來源:] 獲 疑 問 [來源:]