高中物理 第4章 第4節(jié) 離心運(yùn)動教案 魯科版必修2

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1、離心運(yùn)動 教材分析 教材首先分析了離心現(xiàn)象發(fā)生的條件和離心運(yùn)動的定義，接著從生產(chǎn)、生活的實(shí)際問題中說明離心運(yùn)動的應(yīng)用和危害，充分體現(xiàn)了學(xué)以致用的思想． 做勻速圓周運(yùn)動的物體，在合外力突然消失或者合外力不足以提供所需的向心力時，將做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，此種運(yùn)動叫“離心運(yùn)動”。在半徑不變時物體做圓周運(yùn)動所需的向心力是與角速度的平方(或線速度的平方)成正比的．若物體的角速度增加了，而向心力沒有相應(yīng)地增大，物體到圓心的距離就不能維持不變，而要逐漸增大使物體沿螺線遠(yuǎn)離圓心．若物體所受的向心力突然消失，則將沿著切線方向遠(yuǎn)離圓心而去．人們利用離心運(yùn)動原理制成的機(jī)械，稱為離心機(jī)械．例如離心分液器、離心

2、加速器、離心式水泵、離心球磨機(jī)等都是利用離心運(yùn)動的原理．當(dāng)然離心運(yùn)動也是有害的，應(yīng)設(shè)法防止。例如砂輪的轉(zhuǎn)速若超過規(guī)定的最大轉(zhuǎn)速，砂輪的各部分將因離心運(yùn)動而破碎．又如火車轉(zhuǎn)彎時，若速度太大會因傾斜的路面和鐵軌提供給它的向心力不足以維持它做圓周運(yùn)動，就會因離心運(yùn)動而造成出軌事故． 學(xué)習(xí)離心運(yùn)動的概念時．通過充分討論．讓學(xué)生明確幾點(diǎn)： 第一，做圓周運(yùn)動的物體．一旦失去向心力或向心力不足，都不能再滿足把物體約束在原來的圓周上運(yùn)動的條件．這時會出現(xiàn)物體遠(yuǎn)離圓心而去的現(xiàn)象． 第二，可補(bǔ)充加上提供的向心力F大于物體所需的向心力mrω2時，F(xiàn)> mrω2，表現(xiàn)為向心的趨勢(離圓心越來越近)．這對學(xué)生全面

3、理解“外力必須等于mrω2時；物體才可做勻速圓周運(yùn)動”有好處． 第三，離心運(yùn)動是物體具有慣性的表現(xiàn)．而不是物體受到“離心力”作用的結(jié)果．有些學(xué)生可能提出，“離心力”的問題．教師可以說明那是在另一參考系(非慣性系)中引入的概念，在中學(xué)階段不予研究． 關(guān)于離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止．可引導(dǎo)同學(xué)討論完成． 教學(xué)重點(diǎn) ：物體做離心運(yùn)動所滿足的條件． 教學(xué)難點(diǎn)：對離心運(yùn)動的理解及其實(shí)例分析． 教具準(zhǔn)備：離心轉(zhuǎn)臺、離心干燥器等各類演示設(shè)備． 課時安排：l課時 三維目標(biāo) 一、知識與技能 1．知道什么是離心運(yùn)動； 2．知道物體做離心運(yùn)動的條件； 3．了解離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止． 二、過程與方法

4、 、 1．通過對離心現(xiàn)象的實(shí)例分析，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識解決問題的能力； 2．培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題的能力． 三、情感態(tài)度與價值觀 1．通過離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止的實(shí)例分析，使學(xué)生明白事物都是一分為二的，要學(xué)會用一分為二的觀點(diǎn)來看待問題； 2．培養(yǎng)學(xué)生用理論解釋實(shí)際問題的能力與習(xí)慣． 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 我們小時候大都喜歡吃棉花糖，而且當(dāng)時一定非常奇怪．為什么一顆一顆的白砂糖，經(jīng)過機(jī)器一轉(zhuǎn)，就變成又松又軟的“棉花”不斷向外“飛出”? 做勻速圓周運(yùn)動的物體。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，物體將怎樣運(yùn)動呢?本節(jié)課專門研究這一問

5、題． 推進(jìn)新課 一、 離心運(yùn)動 學(xué)生閱讀教材，認(rèn)識離心運(yùn)動． 1．離心現(xiàn)象 做圓周運(yùn)動的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向，它之所以沒有飛去是因?yàn)橄蛐牧Τ掷m(xù)地把物體拉到圓周上來，使物體同圓心的距離保持不變． 一旦向心力突然消失，物體就沿切線方向飛去，離圓心越來越遠(yuǎn)．如用細(xì)繩拉著在光滑水平面做勻速圓周運(yùn)動的小球，如果細(xì)繩突然斷了，小球就沿切線方向飛去；用旋轉(zhuǎn)的砂輪磨制刀具時，原來做勻速圓周的砂輪微粒，磨落后將沿切線飛去． 多媒體課件展示 旋轉(zhuǎn)的砂輪磨制刀具 除了向心力突然消失外，在合外力F不足以提供物體做圓周運(yùn)動所需的向心力時，物體將偏離原來運(yùn)動的圓軌

6、道．當(dāng)F< mrω2時，物體將沿切線和圓周之間的某條曲線運(yùn)動，離圓心越來越遠(yuǎn)，如圖所示，如在旋轉(zhuǎn)的平臺上滴幾滴墨水，平臺轉(zhuǎn)動較慢時，墨水能隨轉(zhuǎn)臺做勻速圓周運(yùn)動，當(dāng)平臺達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速時，墨水滴將做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動． 2．離心運(yùn)動 做勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，這種運(yùn)動叫做離心運(yùn)動． (1)離心運(yùn)動的條件： 當(dāng)產(chǎn)生向心力的合外力突然消失，物體便沿所在位置的切線方向飛出． 當(dāng)產(chǎn)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時，物體將沿切線和圓周之間的一條曲線運(yùn)動，遠(yuǎn)離圓心而去． (2)離心現(xiàn)象的本質(zhì)—

7、—物體慣性的表現(xiàn) 做勻速圓周運(yùn)動的物體，由于本身有慣性，總是想沿著切線方向運(yùn)動。只是由于向心力作用，使它不能沿切線方向飛出，而被限制著沿圓周運(yùn)動．如果提供向心力的合外力突然消失，物體由于本身的慣性，將沿著切線方向運(yùn)動，這也是牛頓第一定律的必然結(jié)果．如果提供向心力的合外力減小，使它不足以將物體限制在圓周上，物體將做半徑變大的圓周運(yùn)動．此時，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心，但“遠(yuǎn)離”不能理解為“背離”．做離心運(yùn)動的物體并非沿半徑方向飛出，而是運(yùn)動半徑越來越大． 二、離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止 1．離心運(yùn)動的應(yīng)用 ①離心干燥器 演示：把一塊濕布放在離心干燥器的金屬網(wǎng)籠里，網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時，水滴跟物體的附著力F

8、足以提供所需的向心力，使水滴做圓周運(yùn)動．當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時，附著力F不足以提供所需的向心力，水滴就做離心運(yùn)動，穿過網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面． ②離心沉淀器 試管里的懸濁液沉淀較慢，為了加速沉淀，也可把試管裝入離心機(jī)，利用離心運(yùn)動的原理使其中的不溶微粒加速沉淀．小朋友都愛吃的“棉花糖”，它的制作方法也應(yīng)用了離心運(yùn)動的原理． ③洗衣機(jī)的脫水筒 ④用離心機(jī)把體溫計的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi) 體溫計盛水銀的玻璃泡上方有一段非常細(xì)的縮口，測定體溫后，升到縮口上方的水銀柱因受縮口的阻力不能自動縮回玻璃泡內(nèi)，在醫(yī)院里將許多用過的體溫計裝入水袋內(nèi)放在離心機(jī)上，轉(zhuǎn)動離心機(jī)，可把水銀柱甩回到玻璃泡內(nèi)．當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得比

9、較慢時，縮口的阻力 F足以提供所需的向心力，縮口上方的水銀柱做圓周運(yùn)動；當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得很快時，阻力F不足以挺供所需的向心力，水銀柱做離心運(yùn)動而回到玻璃泡內(nèi)．在日常生活中我們通常是用手將體溫計中的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)的． 2．離心運(yùn)動的防止 ①車輛轉(zhuǎn)彎時要限速 在水平路面上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時所需的向心力來源于靜摩擦力。如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，所需的向心力F大于最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運(yùn)動而造成交通事故．因此，在轉(zhuǎn)彎處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速率． ②轉(zhuǎn)動的砂輪和飛輪要限速 高速轉(zhuǎn)動的砂輪和飛輪等，都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速過高，砂輪和飛輪內(nèi)部分子間的相互作用力不足以提供所需

10、的向心力時，離心運(yùn)動會使它們破裂，甚至釀成事故。 離心現(xiàn)象有時會造成危害，需要防止．例如汽車、火車在轉(zhuǎn)彎時若速度超過允許范圍，就會因離心現(xiàn)象而造成嚴(yán)重交通事故．高速轉(zhuǎn)動的砂輪，若轉(zhuǎn)速過大，使構(gòu)成砂輪的砂粒間的作用力不足以提供其所需的向心力，就會引起砂輪某些組成部分的離心現(xiàn)象而造成事故。 【知識拓展】 在日常生活中，有不少人用“離心力’’來解釋離心現(xiàn)象．其實(shí)，“離心力”這個概念不夠嚴(yán)密．物體發(fā)生離心現(xiàn)象并不是因?yàn)橛惺裁础半x心力”作用在物體上，而是因?yàn)橄蛐牧p小或消失．此外，向心力本身也是一個以效果來命名的力，它可以是一個作用力，也可以是幾個作用力的合力，也可以是合力在半徑方向的分力．在一般

11、情況下，也不能認(rèn)為向心力和離心力是一對作用力和反作用力 1．飛機(jī)俯沖拉起時，飛行員處于超重狀態(tài)，即飛行員對座位的壓力大于他所受的重力，這種現(xiàn)象也叫過荷．過荷會造成飛行員大 腦缺血，四肢沉重．過荷過大時，飛行員還會暫時失明，甚至?xí)炟剩w行員可以通過加強(qiáng)訓(xùn)練來提高自己的抗荷能力．如圖所示是訓(xùn)練飛行員用的一種離心試驗(yàn)器．當(dāng)試驗(yàn)器轉(zhuǎn)動時，被訓(xùn)練人員根據(jù)測試要求，在試驗(yàn)艙內(nèi)可取坐、臥等不同姿勢，以測試離心作用對飛行員產(chǎn)生的影響．離心試驗(yàn)器轉(zhuǎn)動時，被測驗(yàn)者做勻速圓周運(yùn)動．現(xiàn)觀察到圖中的直線AB(即垂直于座位的直線)與水平桿成300角．被測驗(yàn)者對座位的壓力是他所受重力的多少倍? 2．有一種大型

12、游戲器械，它是一個圓筒形的大容器，游客進(jìn)入容器后靠筒壁坐著(見圖)．當(dāng)圓筒開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速逐漸增大時，游客會感到自己被緊緊地壓在筒壁上不能動彈．當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到一定程度時，突然地板與座椅一起向下坍落，游客們大吃一驚，但他們都驚奇地發(fā)現(xiàn)自己是安全的．請回答這時人們做圓周運(yùn)動所需的向心力是由什么力提供的? 人們自身所受重力又是被什么力所平衡的? 三、鞏固練習(xí) 1．物體做離心運(yùn)動時,運(yùn)動軌跡…………………………………………………( ) A．一定是直線 B．一定是曲線 C．可能是直線，也可能是曲線 D．可能是圓 2．物體m用線通過光滑的水平板上的小孔與砝碼M相連，并且正在做勻速圓周

13、運(yùn)動，如圖所示．如果減小M的質(zhì)量，則物體的軌道半徑r，角速度ω線速度v的大小變化情況是………………………( ) A．r不變，v變小，ω變小 B．r增大，ω減小，v不變 C．r減小，v不變，ω增大 D．r減小，ω不變，v變小 3．如果汽車的質(zhì)量為m，水平彎道是一個半徑為50 m的圓弧，汽車與地面間的最大靜摩擦力為車重的O．2倍，欲使汽車轉(zhuǎn)彎時不打滑，汽車在彎道處行駛的最大速度是多少?(g取10 m／s2) 4．圖中所示是用來研究圓周運(yùn)動的儀器，球A、B可以在光滑桿上無摩擦地滑動，兩球之間用一細(xì)輕線連接，mA=2mB．當(dāng)儀器以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，并達(dá)到穩(wěn)定時，兩球與轉(zhuǎn)軸距離

14、rA、rB保持不變，則………( ) A．兩球向心力大小相等 B． rA=1/2rB C．兩球的向心加速度大小相等 D．當(dāng)ω增大時，B球向外運(yùn)動 參考答案： 1．C 2．B 3．10 m／s 4．AB 課堂小結(jié) 這節(jié)課我們運(yùn)用圓周運(yùn)動的知識分析了離心現(xiàn)象，知道了產(chǎn)生離心運(yùn)動的條件．在耋際中，當(dāng)離心運(yùn)動對我們有利時需要利用它，當(dāng)離心運(yùn)動對我們有害時就需要加以限制． 做圓周運(yùn)動的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向． 當(dāng)F=mrω2時，物體做勻速圓周運(yùn)動； 當(dāng)F=O時，物體沿切線方向飛出； 當(dāng)F mrω2時．物

15、體諑漸靠近圓心。 板書設(shè)計 1．離心現(xiàn)象 (1)物體做離心運(yùn)動的條件 合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力． (2)離心運(yùn)動 做勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，這種運(yùn)動叫做離心運(yùn)動． 2．離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止 (1)離心運(yùn)動的應(yīng)用 ①離心干燥器 ②離心沉淀器 (2)離心運(yùn)動的防止 ①車輛轉(zhuǎn)彎時要限速 ②轉(zhuǎn)動的砂輪和飛輪要限速 活動與探究 觀察并思考： 1．汽車、自行車等在束平面上轉(zhuǎn)彎時，為什么速度不能過大? 2．滑冰運(yùn)動員及摩托車運(yùn)動員在彎道處的姿勢，并分析其受力情況．