1、第 4 节离心运动 福建省南安第一中学 苏文清 教材分析 教材首先分析了离心现象发生的条件和离心运动的定义，接着从生产、生活的实际问 题中说明离心运动的应用和危害，充分体现了学以致用的思想 做匀速圆周运动的物体，在合外力突然消失或者合外力不足以提供所需的向心力时， 将做逐渐远离圆心的运动，此种运动叫“离心运动” 。在半径不变时物体做圆周运动所需的 向心力是与角速度的平方(或线速度的平方)成正比的若物体的角速度增加了，而向心力 没有相应地增大，物体到圆心的距离就不能维持不变，而要逐渐增大使物体沿螺线远离圆 心若物体所受的向心力突然消失，则将沿着切线方向远离圆心而去人们利用离心运动 原理制成的机械
2、，称为离心机械例如离心分液器、离心加速器、离心式水泵、离心球磨 机等都是利用离心运动的原理当然离心运动也是有害的，应设法防止。例如砂轮的转速 若超过规定的最大转速，砂轮的各部分将因离心运动而破碎又如火车转弯时，若速度太 大会因倾斜的路面和铁轨提供给它的向心力不足以维持它做圆周运动，就会因离心运动而 造成出轨事故 学习离心运动的概念时通过充分讨论让学生明确几点： 第一，做圆周运动的物体一旦失去向心力或向心力不足，都不能再满足把物体约束 在原来的圆周上运动的条件这时会出现物体远离圆心而去的现象 第二，可补充加上提供的向心力 F 大于物体所需的向心力 mr 2时，F mr 2，表现为 向心的趋势(离
3、圆心越来越近)这对学生全面理解“外力必须等于 mr 2时；物体才可做 匀速圆周运动”有好处 第三，离心运动是物体具有惯性的表现而不是物体受到“离心力”作用的结果有 些学生可能提出， “离心力”的问题教师可以说明那是在另一参考系(非惯性系)中引入的 概念，在中学阶段不予研究 关于离心运动的应用和防止可引导同学讨论完成 教学重点 ：物体做离心运动所满足的条件 教学难点：对离心运动的理解及其实例分析 教具准备：离心转台、离心干燥器等各类演示设备 课时安排：l 课时 三维目标 一、知识与技能 1知道什么是离心运动； 2知道物体做离心运动的条件； 3了解离心运动的应用和防止 二、过程与方法 、 1通过对
4、离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力； 2培养学生应用理论知识解决实际问题的能力 三、情感态度与价值观 1通过离心运动的应用和防止的实例分析，使学生明白事物都是一分为二的，要学会 用一分为二的观点来看待问题； 2培养学生用理论解释实际问题的能力与习惯 教学过程 导入新课 我们小时候大都喜欢吃棉花糖，而且当时一定非常奇怪为什么一颗一颗的白砂糖， 经过机器一转，就变成又松又软的“棉花”不断向外“飞出”? 做匀速圆周运动的物体。它所受的合外力恰好提供了它所需要的向心力，如果提供它 的外力消失或不足，物体将怎样运动呢?本节课专门研究这一问题 推进新课 一、离心运动 学生阅读教材，认识
5、离心运动 1离心现象 做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向，它之所以 没有飞去是因为向心力持续地把物体拉到圆周上来，使物体同圆心的距离保持不变 一旦向心力突然消失，物体就沿切线方向飞去，离圆心越来越远如用细绳拉着在光 滑水平面做匀速圆周运动的小球，如果细绳突然断了，小球就沿切线方向飞去；用旋转的 砂轮磨制刀具时，原来做匀速圆周的砂轮微粒，磨落后将沿切线飞去 多媒体课件展示 旋转的砂轮磨制刀具 除了向心力突然消失外，在合外力 F 不足以提供物体做圆周运动所 需的向心力时，物体将偏离原来运动的圆轨道当 F mr 2时，物体将 沿切线和圆周之间的某条曲线运动，离圆心越来越
6、远，如图所示，如在 旋转的平台上滴几滴墨水，平台转动较慢时，墨水能随转台做匀速圆周 运动，当平台达到一定的转速时，墨水滴将做逐渐远离圆心的运动 2离心运动 做匀速圆周运动的物体，在所受合外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，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动 (1)离心运动的条件： 当产生向心力的合外力突然消失，物体便沿所在位置的切线方向飞出 当产生向心力的合外力不完全消失，而只是小于所需要的向心力时，物体将沿切线和 圆周之间的一条曲线运动，远离圆心而去 (2)离心现象的本质物体惯性的表现 做匀速圆周运动的物体，由于本身有惯性，总是想沿着切线方向运动。只是由于向心
7、 力作用，使它不能沿切线方向飞出，而被限制着沿圆周运动如果提供向心力的合外力突 然消失，物体由于本身的惯性，将沿着切线方向运动，这也是牛顿第一定律的必然结 果如果提供向心力的合外力减小，使它不足以将物体限制在圆周上，物体将做半径变大 的圆周运动此时，物体逐渐远离圆心，但“远离”不能理解为“背离” 做离心运动的物 体并非沿半径方向飞出，而是运动半径越来越大 二、离心运动的应用和防止 1离心运动的应用 离心干燥器 演示：把一块湿布放在离心干燥器的金属网笼里，网笼转得比较慢时，水滴跟物体的 附着力 F 足以提供所需的向心力，使水滴做圆周运动当网笼转得比较快时，附着力 F 不 足以提供所需的向心力，水
8、滴就做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面 离心沉淀器 试管里的悬浊液沉淀较慢，为了加速沉淀，也可把试管装入离心机，利用离心运动的 原理使其中的不溶微粒加速沉淀小朋友都爱吃的“棉花糖” ，它的制作方法也应用了离心 运动的原理 洗衣机的脱水筒 用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内 体温计盛水银的玻璃泡上方有一段非常细的缩口，测定体温后，升到缩口上方的水银 柱因受缩口的阻力不能自动缩回玻璃泡内，在医院里将许多用过的体温计装入水袋内放在 离心机上，转动离心机，可把水银柱甩回到玻璃泡内当离心机转得比较慢时，缩口的阻 力 F 足以提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动；当离心机转得很快时，阻力 F 不
9、足以挺供所需的向心力，水银柱做离心运动而回到玻璃泡内在日常生活中我们通常 是用手将体温计中的水银柱甩回玻璃泡内的 2离心运动的防止 车辆转弯时要限速 在水平路面上行驶的汽车，转弯时所需的向心力来源于静摩擦力。如果转弯时速度过 大，所需的向心力 F 大于最大静摩擦力 Fmax，汽车将做离心运动而造成交通事故因此， 在转弯处，车辆行驶不允许超过规定的速率 转动的砂轮和飞轮要限速 高速转动的砂轮和飞轮等，都不得超过允许的最大转速，如果转速过高，砂轮和飞轮 内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力时，离心运动会使它们破裂，甚至酿成 事故。 离心现象有时会造成危害，需要防止例如汽车、火车在转弯时若速
10、度超过允许范围， 就会因离心现象而造成严重交通事故高速转动的砂轮，若转速过大，使构成砂轮的砂粒 间的作用力不足以提供其所需的向心力，就会引起砂轮某些组成部分的离心现象而造成事 故。 【知识拓展】 在日常生活中，有不少人用“离心力 来解释离心现象其实， “离心力”这个概念 不够严密物体发生离心现象并不是因为有什么“离心力”作用在物体上，而是因为向心 力减小或消失此外，向心力本身也是一个以效果来命名的力，它可以是一个作用力，也 可以是几个作用力的合力，也可以是合力在半径方向的分力在一般情况下，也不能认为 向心力和离心力是一对作用力和反作用力 1飞机俯冲拉起时，飞行员处于超重状态，即飞行员对座位的压
11、 力大于他所受的重力，这种现象也叫过荷过荷会造成飞行员大 脑缺血，四肢沉重过荷过大时，飞行员还会暂时失明，甚至晕厥飞行员可以通过加强 训练来提高自己的抗荷能力如图所示是训练飞行员用的一种离心试验器当试验器转动 时，被训练人员根据测试要求，在试验舱内可取坐、卧等不同姿势，以测试离心作用对飞 行员产生的影响离心试验器转动时，被测验者做匀速圆周运动现观察到图中的直线 AB(即垂直于座位的直线)与水平杆成 300角被测验者对座位的压力是他所受重力的多少 倍? 2有一种大型游戏器械，它是一个圆筒形的大容器，游 客进入容器后靠筒壁坐着(见图)当圆筒开始转动，转速逐渐 增大时，游客会感到自己被紧紧地压在筒壁
12、上不能动弹当转 速增大到一定程度时，突然地板与座椅一起向下坍落，游客们大吃一惊，但他们都惊奇地 发现自己是安全的请回答这时人们做圆周运动所需的向心力是由什么力提供的? 人们自 身所受重力又是被什么力所平衡的? 三、巩固练习 1物体做离心运动时,运动轨迹( ) A一定是直线 B一定是曲线 C可能是直线，也可能是曲线 D可能是圆 2物体 m 用线通过光滑的水平板上的小孔与砝码 M 相连，并且正在做 匀速圆周运动，如图所示如果减小 M 的质量，则物体的轨道半径 r，角 速度 线速度 v 的大小变化情况是( ) Ar 不变，v 变小， 变小 Br 增大， 减小，v 不变 Cr 减小，v 不变， 增大
13、Dr 减小， 不变，v 变小 3如果汽车的质量为 m，水平弯道是一个半径为 50 m 的圆弧，汽车与地面间的最大 静摩擦力为车重的 O2 倍，欲使汽车转弯时不打滑，汽车在弯道处行驶的最大速度是多少? (g 取 10 ms 2) 4图中所示是用来研究圆周运动的仪器，球 A、B 可以在光滑杆上 无摩擦地滑动，两球之间用一细轻线连接，m A=2mB当仪器以角速度 匀速转动，并达到稳定时，两球与转轴距离 rA、r B保持不变，则( ) A两球向心力大小相等 B r A=1/2rB C两球的向心加速度大小相等 D当 增大时，B 球向外运动 参考答案： 1C 2B 310 ms 4AB 课堂小结 这节课我
14、们运用圆周运动的知识分析了离心现象，知道了产生离心运动的条件在耋 际中，当离心运动对我们有利时需要利用它，当离心运动对我们有害时就需要加以限制 做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向 当 F=mr 2时，物体做匀速圆周运动； 当 F=O 时，物体沿切线方向飞出； 当 F mr 2时物体诼渐靠近圆心。 板书设计 1离心现象 (1)物体做离心运动的条件 合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力 (2)离心运动 做匀速圆周运动的物体，在所受合外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，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动 2离心运动的应用和防止 (1)离心运动的应用 离心干燥器 离心沉淀器 (2)离心运动的防止 车辆转弯时要限速 转动的砂轮和飞轮要限速 活动与探究 观察并思考： 1汽车、自行车等在束平面上转弯时，为什么速度不能过大? 2滑冰运动员及摩托车运动员在弯道处的姿势，并分析其受力情况
