3.3 离心现象 学案-福建省莆田第二中学2020-2021学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修2

第3节　离心现象 学案 学习目标： 1.能用向心力及向心加速度等解释生产生活中的离心现象及其产生原因. 2.具有与匀速圆周运动相关的运动与相互作用的观念． 基础知识： 一、车辆转弯时所需的向心力 1．汽车在水平路面转弯 汽车 2．汽车、火车在内低外高的路面上的转弯 二、竖直平面内的圆周运动实例分析 1．汽车过拱形桥 项目 汽车过凸形桥 汽车过凹形桥 向心力 支持力与重力合力提供向心力 支持力与重力合力提供向心力 方程 mg－N＝m N－mg＝m 支持力 N＝mg－m 支持力<重力， 当v＝时N＝0 N＝mg＋m 支持力>重力 2．游乐场的过山车 当小球沿圆环内侧轨道经过最高点时，向心力F＝mg＋N，根据向心力公式可得mg＋N＝m. (1)当N＝0时，mg＝m，小球恰好能通过最高点，此时，小球的速度v＝，所需的向心力完全由重力提供． (2)小球能通过最高点的条件是在最高点的速度大小v≥． 三、生活中的离心运动 1．概念：做圆周运动的物体，在受到的合外力突然消失或不足以提供做圆周运动所需的向心力时，物体将远离圆心运动，这种运动叫离心运动． 2．物体做离心运动的条件：合外力消失或者合外力提供的向心力小于所需的向心力． 3．离心运动的应用和防止 (1)应用：离心分离器；离心干燥器；洗衣机的脱水筒． (2)防止：飞机翻飞旋转，造成过荷现象；汽车在公路转弯处必须放慢行车速度． 重难点理解： 一、车辆转弯时所需的向心力 1．火车在弯道上的运动特点 火车在弯道上运动时实际上是在水平面内做圆周运动，由于其质量巨大，需要很大的向心力． 2．转弯轨道受力与火车速度的关系 (1)若火车转弯时，火车所受支持力与重力的合力提供向心力，如图所示，有mgtan θ＝m，则v0＝，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面的夹角(tan θ≈)，v0为转弯处的规定速度．此时，内外轨道对火车均无侧向挤压作用． (2)若火车行驶速度v0＞，外轨对轮缘有侧压力． (3)若火车行驶速度v0＜，内轨对轮缘有侧压力． 二、竖直平面内的圆周运动分析 1.汽车过桥问题的分析 (1)汽车过凸形桥 汽车在桥上运动，经过最高点时，汽车的重力与桥对汽车支持力的合力提供向心力．如图甲所示． 由牛顿第二定律得：G－N＝m，则N＝G－m. 汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力是一对相互作用力，即N′＝N