第2章 第4节 离心现象及其应用（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第四节　离心现象及其应用 课程内容要求 核心素养提炼 1.观察生活中的离心现象． 2．知道离心运动产生的原因． 3．了解离心现象在生活中的应用，并知道离心运动所带来的危害． 1.物理观念：从力与运动的角度分析，结合轨迹和圆心的位置关系得出离心运动的物理概念． 2．科学思维：会用向心力公式分析生产生活中离心运动的实例． 3．科学探究：物体做离心运动、近心运动的条件． [对应学生用书P36] 1．定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动． 2．原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需的向心力． [思考] 雨天，当你旋转雨伞时，会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出(如图所示)，你能说出其中的原因吗？ 提示　旋转雨伞时，水滴也随着运动起来，但伞面上的水滴受到的合力不足以提供其做圆周运动的向心力，水滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出． 1．应用：离心干燥器，洗衣机的脱水筒；离心制管技术． 2．防止：汽车在公路转弯处必须限速行驶；转动的砂轮、飞轮的转速不能太高． [判断] (1)物体做离心运动是因为物体受到了离心力的作用．(×) (2)当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象．(×) [对应学生用书P36] 探究点　离心运动及其应用 水银体温计是我们日常生活中常用的体温测量工具，它的操作简单，测量准确．那你知道水银体温计使用之前为什么要甩一下吗？ 提示　在体温计的玻璃泡上方有一段很细的缩口，水银收缩时，水银从缩口处断开，管内水银面不能下降，指示的仍然是上次测量的温度．因此需要使劲甩一下，让水银做离心运动，退回到玻璃泡中． 1．离心运动的本质：离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现．做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出去的趋向，之所以没有飞出去，是因为受到指向圆心的力． 2．离心运动的条件：做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力． 3．离心运动、近心运动的判断：物体做圆周运动是离心运动还是近心运动，由实际提供的向心力F向与所需向心力(m或mrω2)的大小关系决定． (1)若F向＝mrω2(或m)，即“供”满足“需”，物体做圆周运动． (2)若F向＞mrω2(或m)，即“供”大于“需”，物体做半径变小的近心运动． (3)若F向＜mrω2(或m)，即“供”不足，物体做离心运动． (4)若F向＝0，物体做离心运动，并沿切线方向飞出． 如图所示，光滑的水平面上，小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动，若小球到达P点时F突然发生变化，下列关于小球运动的说法正确的是(　　) A．F突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动 B．F突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动 C．F突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动 D．F突然变小，小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心 A　[若F突然消失，小球所受合力突变为零，将沿切线方向匀速飞出，故A项正确；若F突然变小，不足以提供所需向心力，小球将做逐渐远离圆心的离心运动，故B、D错误，若F突然变大，超过了所需向心力，小球将做逐渐靠近圆心的运动，故C项错误．] [训练1]　(多选)在人们经常见到的以下现象中，属于离心现象的是(　　) A．舞蹈演员在表演旋转动作时，裙子会张开 B．在雨中转动一下伞柄，伞面上的雨水会很快地沿伞面运动，到达边缘后雨水将沿切线方向飞出 C．满载黄沙或石子的卡车，在急转弯时，部分黄沙或石子会被甩出 D．守门员把足球踢出后，球在空中沿着弧线运动 ABC　[裙子张开属于离心现象，故A项正确；伞上的雨水受到的力由于不够提供向心力导致水滴做离心运动，故B项正确 ；黄沙或石子也是因为受到的力不够提供向心力而做离心运动，故C项正确；守门员踢出足球，球在空中沿着弧线运动是因为足球在力的作用下运动，不是离心现象，故D项错误．] [训练2]　如图所示，底部均有4个轮子的行李箱a竖立、b平卧放置在公交车上，箱子四周有一定空间．当公交车(　　) A．缓慢起动时，两只行李箱一定相对车子向后运动 B．急刹车时，行李箱a一定相对车子向前运动 C．缓慢转弯时，两只行李箱一定相对车子向外侧运动 D．急转弯时，行李箱b一定相对车子向内侧运动 B　[缓慢起动时，两只箱子都应该处于受力平衡状态，箱子的运动状态不会改变，即两只行李箱会与车子保持相对静止，选项A错误；急刹车时，箱子由于惯性保持原有运动状态，因此行李箱a会相对车子向前运动，选项B正确；根据F向＝m可知，缓慢转弯时，所需要的向心力会很小，因此静摩擦力足够提供两只行李箱转弯的向心力，所以两只行李箱会与车子保持相对静止，选项C错误；根据F向＝m可知，急转弯时，行李箱b需要的向心力较大，如果行李箱b所受最大静摩擦力不足以提供向心力，则会发生离心运动，即可能会相对车子向外侧运动，选项D错误．] [对应学生用书P37] 1．(离心现象)(多选)如图所示，洗衣机的脱水筒采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中正确的是(　　) A．脱水过程中，衣物是紧贴筒壁的 B．水会从筒中甩出是因为水滴受到的向心力很大 C．增大脱水筒转动角速度，脱水效果会更好 D．靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好 ACD　[脱水过程中衣物做离心运动而被甩向筒壁．根据F＝mrω2可知，ω增大会使向心力F增大，而水滴的附着力一定，当附着力不能提供向心力时，水滴就会被甩出去，增大角速度，会使更多水滴被甩出去．靠近中心的衣物，r比较小，角速度ω一样，所以向心力小，脱水效果差，A、C、D正确，B错误．] 2. (离心现象的应用)无缝钢管的制作原理如图所示，竖直平面内，管状模型置于两个支撑轮上，支撑轮转动时通过摩擦力带动管状模型转动，铁水注入管状模型后，由于离心作用，铁水紧紧地覆盖在模型的内壁上，冷却后就得到无缝钢管．已知管状模型内壁半径为R，则下列说法正确的是(　　) A．铁水是由于受到离心力的作用才覆盖在模型内壁上的 B．模型各个方向上受到的铁水的作用力相同 C．若最上部的铁水恰好不离开模型内壁，此时仅重力提供向心力 D．管状模型转动的角速度ω最大为 C　[铁水是由于离心作用覆盖在模型内壁上的，模型对它的弹力和重力的合力提供向心力，故A项错误；模型最下部受到的铁水的作用力最大，最上部受到的作用力最小，故B项错误；最上部的铁水如果恰好不离开模型内壁，则重力提供向心力，由mg＝mRω2，可得ω＝，故管状模型转动的角速度ω至少为，故C项正确，D项错误．] 3．(离心现象)(多选)如图所示，都江堰水利工程主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工程构成，科学地解决了江水自动分流(鱼嘴分水堤四六分水)、自动排沙(鱼嘴分水堤二八分沙)、控制进水流量(宝瓶口与飞沙堰)等问题，消除了水患.1998年灌溉面积达到66.87万公顷，灌溉区域已达40余县．其排沙主要原理是(　　) A．沙子更重，水的冲力有限 B．弯道离心现象，沙石更容易被分离 C．沙石越重，越难被分离 D．沙石越重，越易被分离 BD　[排沙的原理是当水流流过弯道时，由于水运动的速度比沙石大，所以水更容易向凹岸做离心运动，在弯道处沙石与水更容易被分离，A错误，B正确；沙石越重，运动的速度越小，则越容易与水分离，C错误，D正确．] 4．(圆周运动)2019年春节期间电影《流浪地球》的热播使人们关注到影视中“领航员号”空间站通过让圆形空间站旋转的方法获得人工重力的情形，即刘培强中校到达空间站时电脑“MOSS”所讲的台词“离心重力启动”，空间模型如图所示，已知空间站半径为1 000米，为了使宇航员感觉跟在地球表面上的时候一样“重”，g取10 m/s2，空间站转动的角速度为(　　) A．10 rad/s　　　　　　 B．1 rad/s C．0.1 rad/s D．0.01 rad/s C　[空间站中宇航员做匀速圆周运动，使宇航员感受到与在地球表面上时一样的“重力”是向心力所造成的，则根据g＝ω2r得ω＝＝0.1 rad/s，选项C正确．] 5．(离心现象)离心现象是指做圆周运动的物体，在所受向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，产生的逐渐远离圆心的运动现象．离心现象在人们的生产、生活中有广泛的应用，例如，在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上，有一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动． (1)衣服随脱水筒做圆周运动的向心力由谁提供？ (2)怎样使脱水效果更好？ 解析　(1)衣服受到竖直向下的重力、竖直向上的静摩擦力、指向圆心的支持力，重力和静摩擦力是一对平衡力，大小相等，故向心力是由支持力提供的． (2)衣服对水滴的附着力提供其做圆周运动的向心力，随着圆筒转速的增加，需要的向心力增加，当附着力不足以提供需要的向心力时，衣服上的水滴将做离心运动被甩出，故圆筒转动角速度越大，脱水效果会越好． 答案　见解析 6．(离心现象)如图所示是科技馆里一个挑战智力的玩具：一根两端封口、中央位置上下各开一个小口的透明长圆管，里面装有两个小球．如何使两个小球分别处于圆管的两端？ 解析　如答图所示，取一根细棒，将它穿过圆管中部的小孔把小球隔开，转动圆管使之绕细棒旋转，随着转速增大，两个小球受到的静摩擦力不足以提供它们做圆周运动所需的向心力，发生离心现象，两个小球很快就分别滚向圆管的两端． 答案　见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$