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1、离心离心运动及其应用,高一物理组：唐斌,我们学过了匀速圆周运动的有关知识，在一个链球运动员甩链球的过程，大家都知道链球的运动，这是一种什么样的现象，它又有什么应用呢？,离心现象及其应用。 下面我们先考察这样一个问题，假设一个球在光滑的水平面上做匀速圆周运动，此时 球需要的向心力多大？,演示,假设在点时向心力突然消失（），球将作何种运动?,沿切线方向飞出去。为什么？,球由于惯性要保持原来沿切线方向的运动状态,那球在做圆周运动时有无惯性？,那为什么没有沿切线方向飞出去？,因为受到向心力作用，向心力总是持续将它拉到圆周上来。,若现在力m2r，小球将怎样运动？,提示：会不会沿切线？为什么？会不会沿圆周
2、？为什么？在什么范围内飞出去？,沿圆周和切线之间某一曲线飞出,演示,刚才我们一起分析了，不同力作用下 球的运动情况，大家注意观察状态，球作圆周运动，球离圆心距离不变，但、状态的 球呢？,离圆心距离越来越远，我们就把这种运动叫离心运动。定义：做匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫离心运动。,通过分析，起初做什么运动的物体才会做离心运动？ 做圆周运动的物体。 为什么物体会做离心运动呢？,合外力不足以提供向心力即F供F需，这才是根本的原因。所以，解决这类问题时就一定要找到供和需 ，分析供需关系，那怎么知道供大小（受力分析），又
3、怎样知道需大小（分析运动形式）。,几个利用离心运动的例子。一个实验，有一个金属网笼，外面罩一玻璃罩，现在我将一块用水浸湿的海绵放入其中，并让它们一起绕轴转动，请大家注意观察，我先慢慢转，然后再加速转动，好，下面我们再看看海绵和玻璃罩，海绵里的水全到了玻璃罩内。对这样一个现象我们怎样来解释。,当然对一个现象，首先你要提出你研究的问题(水为什么会甩出)，然后再确定你的研究对象(小水滴)，小水滴作何种运动?(圆周运动)。作圆周运动的物体一定要有力指向圆心提供向心力，这里是什么力提供?(物体与水滴的附着力提供)。物体作圆周运动所需向心力F需=m2r。满足什么条件时才会将水甩出(当较小时，F足够提供所需
4、向心力，所以水不会被甩出而做圆周运动，而当较大时，F已不足以提供水滴所需向心力，(F供F需)，这时水滴将作离心运动而被甩出。这种装置叫离心干燥器，它是一种离心机械。,大家看和我们家里什么家用电器相似(洗衣机脱水桶）。原理已经清楚了，假如说我要提高它的脱水效果，你认为可以作何种改进？,可以增大和r，为什么？这样可以增大需使供需相差更大。现在洗衣机就是根据这种思想作了改进，提高了转速。,另外，在医院里也常用到离心机械，我们生病了到医院总免不了量体温，我们知道体温计与普通温度计不同，有一个缩口，当量好体温后，由于缩口阻力，升到上段的水银柱受到缩口阻力不能自动缩回玻璃泡，玻璃泡中水银收缩，这样就形成了
5、一个真空区，为让水银柱缩回玻璃泡，医生怎么做？,用力甩，显然若每天用几百个温度计都一个个甩，是很费时费力的，你能否给他设计一个简单机械成批处理呢?,可以让温度计玻璃泡朝外做圆周运动，增加转速，让水银柱做离心运动而流回玻璃泡。,为什么会做离心运动呢？,缩口的阻力所提供的向心力小于水银柱做圆周运动所需要的向心力。还是因为供需。,离心运动在日常生活中有着许多应用。如小朋友爱吃的“棉花糖”，它的制作方法也应用了离心运动的原理。,通过刚才的事例的分析大家能否归纳一下我们怎样来更好利用离心运动？,答：可以增大需或减小供；提示：离心运动的成因。,离心运动是否就是百利而无一害呢？实际上，有些离心运动我们应该去
6、防止。如：赛车离心运动。要防止当然要分析现象产生的原因和本质。下面我们就一起来分析，我们研究谁？拐弯时车做何种运动？向心力由什么力提供？车所需向心力为多大？车为什么会做离心运动？,供需，供最大静最大，而v过大，使需过大，问题本质是找到了，现在就应来解决了，大家看如何解决呢？,限制v， 增大r，以减小F需 增大供，即增大静摩擦因素或将路面倾斜让支持力和重力合力提供向,当然，除了这种沿圆周运动的物体要预防离心现象，对于一些本身转动的物体也要预防离心现象，如一些电动工具使用的砂轮，就不能超过一定的转动速度，否则将因内部作用力不足以提供所需的向心力而破碎作离心运动，从而酿成事故。,例1】汽车沿半径为R
7、的圆跑道匀速行驶，设跑道的路面是水平的，路面作用于车的最大静摩擦力是车重的0.10倍，要使汽车不至于冲出圆跑道，车速最大不能超过多少？ 【解析】如果不考虑汽车行驶时所受的阻力，那么汽车在圆跑道匀速行驶时，轮胎所受的静摩擦力F（方向指向圆心）提供向心力。车速越大，所需向心力也越大，则静摩擦力F也越大，但本题中的向心力不可能超过路面作用于车的最大静摩擦力Fm，即车重的0.10倍。设车速的最大值为vm，则汽车沿半径为R的圆跑道匀速行驶时的速率不能超过 vm ，不然会冲出圆跑道，因为这时最大静摩擦力不足以提供汽车做圆周运动所需的向心力，汽车就脱离原来的圆跑道做离心运动了。,例2】如图所示，把两个完全相
8、同的甲、乙两物体放在水平转盘上，甲离转盘中心近些，当逐渐增大转盘的转速时，哪个先滑离原来的位置？为什么？ 【解析】物体能否发生相对滑动，在于物体所需要的向心力是否达到了转台和物体之间的最大静摩擦力，超过了就会发生相对滑动。,乙先滑离原来的位置。放在水平转动盘上的物体随转盘旋转时有沿半径滑离转动轴的趋势，它没有滑离而绕转轴做匀速圆周运动，是因为物体与转盘间的静摩擦力F静提供物体绕轴做匀速圆周运动所需向心力，使它产生向心加速度。根据Fm=0FN，由于甲乙两物体重量相等，两处接触面情况相同（即0相同），因此两个物体与盘间最大静摩擦力相等。由根据向心力公式，FN=m2R，向心力Fn跟角速度2成正比，所
9、以随着转盘转速增大时，物体所需向心力也逐渐增大，当物体所需要的向心力超过最大静摩擦力FN时，物体就会滑动，由于甲乙处在同一转盘上，角速度相同。但乙的半径大，它所需要的向心力比甲大，所以当转盘转速增大时，乙先滑离原先位置。 从本题可以看出这样一个结论，在同一转台上离转轴越远的物体越容易滑动，与物体的质量没有关系。仅由物体的轨道半径决定。,（一）离心运动 1. 离心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受的合力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下，物体所做的逐渐远离圆心的运动叫做离心运动。 离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象。 离心现象的本质是物体惯性的表现 离心的条件：做匀速圆周
10、运动的物体合外力消失或不足以提供所需的向心力。,课堂小结,2. 对离心运动的进一步理解 做圆周运动的质点，当合外力消失时，它就以这一时刻的线速度沿切线方向飞去。 做离心运动的质点是做半径越来越大的运动或沿切线方向飞出的运动，它不是沿半径方向飞出。 做离心运动的质点不存在所谓的“离心力”作用，因为没有任何物体提供这种力（不管是以是什么方式命名的力，只要是真实存在的，一定有施力物体）。 离心运动的运动学特征是逐渐远离圆心运动，动力学特征是合外力消失或不足以提供所需要的向心力。,（二）离心运动的应用和防止 1. 离心运动的应用实例 离心干燥器 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 2. 离心运动的防止实例 汽车拐弯时的限速 高速旋转的飞轮、砂轮的限速,