2.4 研究离心现象及其应用
[学习目标] 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.
一、离心现象
1.离心现象:做圆周运动的物体,在所受合力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下,就会做逐渐远离圆心的运动,这种现象称为离心现象.
2.离心运动的原因:合力突然消失或不足以提供所需的向心力,而不是物体又受到了什么“离心力”.
3.离心运动的本质:由于物体具有惯性,物体做圆周运动时,总有沿圆周的切线方向飞出的趋势.
二、离心现象的应用和防止
1.离心现象的应用:离心干燥器、洗衣机的脱水筒、离心分离器、水泥涵管的制作、离心式水泵.
2.离心现象的防止:转弯限速、砂轮加防护罩等.
[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
现.(√)
(4)离心运动的运动轨迹一定是直线.(×)
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
D
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.
一、离心现象的理解
[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.
图1
(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?
(2)如果运动中合外力F突然消失,即F=0,物体将怎样运动?
(3)假设运动中合外力F减小了,即F
题,下列论述正确的是( )
图3
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 B
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,所受的合力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即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.
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 C
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,选项C正确.
二、离心现象的应用和防止
[导学探究] (1)请简述洗衣机脱水的原理.
(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?
图4
答案 (1)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.
(2)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.
[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
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=m
3.比较F合与F的关系,确定物体运动的情况.
1.(离心运动的理解)如图5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( )
图5
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>mrω2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