離心現象及其應用

一、教學目標 1.       知道什么是離心現象，知道物體做離心運動的條件。 2.       能結合課本所分析的實際問題，知道離心運動的應用和防止。二、教學重點物體做離心運動所滿足的條件。三、教學難點對離心運動的理解及其實例的分析 教學過程做勻速圓周運動的物體，它所受的合力恰提供了它所需要的向心力，如果提供它的外力消失或不足，則由于物體本身的慣性，物體將沿圓周的切線方向飛出或逐漸遠離圓心，出現了物體遠離圓心的運動。     （一）離心運動      1. 離心運動：做勻速圓周運動的物體，在所受的合力突然消失或者不足以提供圓周運動所需要的向心力的情況下，物體所做的逐漸遠離圓心的運動叫做離心運動。 ⑴ 離心運動是物體逐漸遠離圓心的一種物理現象。 ⑵ 離心現象的本質是物體慣性的表現 ⑶ 離心的條件：做勻速圓周運動的物體合外力消失或不足以提供所需的向心力。【演示】在離心機的水平轉臺上放一個物體，當轉臺的轉速較小時，物體隨轉臺一起做圓周運動，隨著轉臺轉速增加，當轉速增加到某一值時，物體所受的最大靜摩擦力已不足以提供所需的向心力，物塊做離心運動。 2. 對離心運動的進一步理解 ⑴ 做圓周運動的質點，當合外力消失時，它就以這一時刻的線速度沿切線方向飛去。 ⑵ 做離心運動的質點是做半徑越來越大的運動或沿切線方向飛出的運動，它不是沿半徑方向飛出。 ⑶ 做離心運動的質點不存在所謂的“離心力”作用，因為沒有任何物體提供這種力（不管是以是什么方式命名的力，只要是真實存在的，一定有施力物體）。 ⑷ 離心運動的運動學特征是逐漸遠離圓心運動，動力學特征是合外力消失或不足以提供所需要的向心力。（二）離心運動的應用和防止  1. 離心運動的應用實例 ⑴ 離心干燥器 ⑵ 洗衣機的脫水筒 ⑶ 用離心機把體溫計的水銀柱甩回玻璃泡內 2. 離心運動的防止實例 ⑴ 汽車拐彎時的限速 ⑵ 高速旋轉的飛輪、砂輪的限速【例1】汽車沿半徑為r的圓跑道勻速行駛，設跑道的路面是水平的，路面作用于車的最大靜摩擦力是車重的0.10倍，要使汽車不至于沖出圓跑道，車速最大不能超過多少？【解析】如果不考慮汽車行駛時所受的阻力，那么汽車在圓跑道勻速行駛時，輪胎所受的靜摩擦力f（方向指向圓心）提供向心力。車速越大，所需向心力也越大，則靜摩擦力f也越大，但本題中的向心力不可能超過路面作用于車的最大靜摩擦力fm，車重的0.10。設車速的最大值為vm，則得：     圖5-7-1甲  乙汽車沿半徑為r的圓跑道勻速行駛時的速率不能超過 ，不然會沖出圓跑道，因為這時最大靜摩擦力不足以提供汽車做圓周運動所需的向心力，汽車就脫離原來的圓跑道做離心運動了。【例2】如圖5-7-1所示，把兩個完全相同的甲、乙兩物體放在水平轉盤上，甲離轉盤中心近些，當逐漸增大轉盤的轉速時，哪個先滑離原來的位置？為什么？【解析】物體能否發生相對滑動，在于物體所需要的向心力是否達到了轉臺和物體之間的最大靜摩擦力，超過了就會發生相對滑動。乙先滑離原來的位置。放在水平轉動盤上的物體隨轉盤旋轉時有沿半徑滑離轉動軸的趨勢，它沒有滑離而繞轉軸做勻速圓周運動，是因為物體與轉盤間的靜摩擦力f靜提供物體繞軸做勻速圓周運動所需向心力，使它產生向心加速度。根據fm=μ0fn，由于甲乙兩物體重量相等，兩處接觸面情況相同（即μ0相同），因此兩個物體與盤間最大靜摩擦力相等。由根據向心力公式，fn=mω2r，向心力fn跟角速度ω2成正比，所以隨著轉盤轉速增大時，物體所需向心力也逐漸增大，當物體所需要的向心力超過最大靜摩擦力fn時，物體就會滑動，由于甲乙處在同一轉盤上，角速度相同。但乙的半徑大，它所需要的向心力比甲大，所以當轉盤轉速增大時，乙先滑離原先位置。從本題可以看出這樣一個結論，在同一轉臺上離轉軸越遠的物體越容易滑動，與物體的質量沒有關系。僅由物體的軌道半徑決定。【小結】圓周運動的物體，所受的合外力f突然消失或不足以提供所需的向心力時，物體就會做離心運動。【作業】略