2020高中物理 第二章 匀速圆周运动 第3节 圆周运动的实例分析 3 从供需关系理解离心现象学案
从供需关系理解离心现象
一、考点突破：
考点
课程目标
备注
离心现象产生的原因
1. 掌握离心现象产生的原因
2. 会从供需关系分析离心现象
3. 知道如何防止和利用离心现象
高考中以选择题的形式出现，重点考查离心现象产生的原因，在竖直面内圆周运动的供需关系中的临界
二、重难点提示：
重点：掌握离心现象产生的原因。
难点：从供需关系分析离心现象。
一、离心现象
1. 离心运动
做匀速圆周运动的物体，在所受合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。
2. 物体做离心运动的条件
F合 < F向
3. 根据合外力与向心力的关系判断物体是否做离心运动
当F合=F向时→匀速圆周运动；
当F合
F向时→逐渐靠近圆心的运动。
【方法指导】判断物体是否做离心运动思路：
物体在半径方向所受合外力为提供，即：F供；
物体做圆周运动所需要的向心力为需要，即：F需=F向=m。
（1）对物体受力分析，求出能够提供的合力F合；
（2）根据物体的运动，求出物体做圆周运动所需要的向心力F向=mω2r=mv2/r；
（3）比较F合与F向的大小，确定物体的运动情况。
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【误区点拨】
（1）离心现象是做圆周运动的物体向心力不足或失去向心力所致的现象；
（2）离心现象的本质是惯性；
（3）不存在离心力；
二、离心运动的应用和防止
1. 离心运动的应用
（1）离心干燥器；（2）洗衣机脱水桶；（3）用离心机把体温计的水银柱甩回液泡内。
2. 离心运动的防止
（1）汽车在公路转弯处的限速；
（2）转动的砂轮、飞轮限速并加防护罩。
思考：如何防止离心现象发生？
A. 减小物体运动的速度，使物体做圆周运动时所需的向心力减小；
B. 增大合外力，使其达到物体做圆周运动时所需的向心力。
例题1 如图所示，飞机以的恒定速率沿半径的外切圆轨道，在竖直平面内做特技飞行，求质量为的飞行员在A、B、C、D各点对机座或保险带的作用力。
思路分析：设机座对飞行员的支持力为，保险带对飞行员的拉力为F。
（1）在A点时，。
根据向心力公式，有。
（2）在B点时，、F均为零的临界速度为
因为，所以，根据向心力公式，有。
∴ 。
（3）在C点时，，
同理
∴ 。
4
（4）在D点时，因为，所以
同理
∴ 。
答案：A点对机座有作用力为1950N，B点对保险带有作用力为750N，C点对保险带有作用力为1950N，D点对机座有作用力为750N。
例题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ω、线速度v的大小变化情况是（ ）
A. r不变，ω变小、v变小
B. r增大，ω减小、v变小
C. r减小，ω增大、v不变
D. r增大，ω减少、v不变
思路分析：M减小合外力不足，m离心运动，故r增大；拉力和速度夹角大于90°，故速度v减小，根据v=ωr可得ω减小。
答案：B
【方法提炼】
在圆周运动中，当物体运动半径发生变化时，描述圆周运动的物理量可能发生变化，主要有以下两种情况要引起注意。
1. 线速度不变：半径变化前后合外力与速度垂直：如图所示小球经过D点前后速度不变，但半径发生变化。
2. 细线由松弛到绷紧，而且绷紧前后速度方向发生变化，这时线速度发生突变。沿绳方向的速度突变为零，只剩下切向分量，速度大小发生了变化。
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满分训练：
质量为m的小球，用长为l的线悬挂在O点，在O点正下方l/2处有一光滑的钉子，把小球拉到与在同一水平面的位置，摆线被钉子拦住，如图所示，将小球从静止释放，当球第一次通过最低点P时（ ）
A. 小球速率突然减小 B. 小球向心力突然增大
C. 小球的向心加速度突然减小 D. 摆线上的张力突然增大
思路分析：让小球从静止释放，当小球第一次经过最低点时，小球受到的拉力和重力都与速度垂直，其线速度不会瞬时变化，圆周运动的圆心由变到O，运动半径变大，根据知，向心力突然变小，由知，小球的向心加速度突然减小，由知，摆线上张力突然变小，故A、B、D错误，C正确。
答案：C
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