(讲义)第3章 第3节 离心现象-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(鲁科版2019)

第3节　离心现象 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)知道什么是离心运动及其产生的条件，学会通过实例分析离心运动。 (2)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的原因。 科学思维 学会通过车辆转弯问题及凹凸桥和过山车问题分析水平面内和竖直面内的圆周运动。 科学探究 探究铁路弯道处外轨比内轨高的原因。 科学态度与责任 学会运用圆周运动知识分析生活中的实际问题。 知识点一　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 　火车静止在转弯处，合力为零，若火车按规定的速度转弯时，其合力也是零吗？ 提示：不是。此时火车具有向心加速度，合力方向沿水平方向指向内侧。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)火车减速转弯时的向心力是火车受到的合外力。 (×) (2)火车以恒定速率转弯时，合外力提供向心力。 (√) (3)做匀速圆周运动的汽车，其向心力保持不变。 (×) 知识点二　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.过山车(在最高点和最低点) (1)向心力来源：受力如图所示，重力和支持力的合力提供向心力。 (2)向心力方程 提醒：过山车要安全通过最高点，通过最高点的速度不能小于。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)汽车过拱形桥时，对桥面的压力一定大于汽车自身的重力。 (×) (2)汽车在水平路面上行驶时，汽车对地面的压力大小等于自身的重力大小。 (√) (3)过山车以速度v＝通过最高点时，对轨道没有压力。 (√) 知识点三　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的情况下，将远离圆心运动，我们把这种运动称为离心运动。 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．离心现象的应用：利用离心现象工作的机械称为离心机械。离心干燥器、洗衣机脱水筒都是这样的机械。 4．离心运动的防止 (1)减小物体运动的速度，使物体做圆周运动时所需的向心力减小。 (2)增大合外力，使其达到物体做圆周运动时所需的向心力。 　雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出，你能说出其中的原因吗？ 提示：旋转雨伞时，雨滴也随着运动起来，但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力，雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出。 3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)做离心运动的物体沿半径方向远离圆心。 (×) (2)做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动。 (×) (3)当半径方向的合外力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力时，物体沿圆周与切线之间的曲线做离心运动。 (√) 考点1　车辆转弯时所需的向心力 火车在铁轨上转弯时可以看成是匀速圆周运动，如图所示。 试问：(1)火车转弯处的铁轨有什么特点？向心力的方向如何？ (2)火车以规定的速度转弯时，什么力提供向心力？ 提示：(1)外高内低，向心力沿水平方向指向圆心。 (2)重力与支持力的合力提供向心力。 1．轨道分析 火车在转弯过程中，运动轨迹是一圆弧，由于火车转弯过程中重心高度不变，故火车轨迹所在的平面是水平面，而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。 2．向心力的来源分析(如图所示) 火车受重力和支持力作用，火车速度合适时，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mg tan θ。 3．规定速度分析 若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道压力。则mg tan θ＝m，可得v0＝。(R为弯道半径，θ为轨道所在平面与水平面的夹角，v0为转弯处的规定速度)。 4．轨道压力分析 【典例1】　质量为m的火车，以恒定的速率在水平面内沿一段半径为R的圆形轨道转弯，如图所示，已知路面有一定的倾角。当火车以速率v0在此弯道上转弯时，车轮对轨道的侧压力恰好为零。如果火车以实际速率v(v＞v0)在此弯道上转弯时，车轮将施于铁轨一个与枕木平行的压力F，试求侧压力F的大小。 思路点拨：第一步：抓关键点 关键点 获取信息 车轮对轨道的侧压力恰好为零 重力和支持力的合力提供向心力 实际速率v＞v0 平行于枕木向下的弹力、重力、支持力的合力提供向心力 第二步：找突破口 以火车为研究对象，火车做圆周运动的平面是水平的，故合力(向心力)沿水平方