高中物理第2章研究圆周运动2.4研究离心现象及其应用教案沪科版必修22.4 研究离心现象及其应用教研中心教学指导一、课标要求1.知道离心运动及其产生的原因.2.知道离心现象的一些应用和可能带来的危害.3.培养学生应用理论知识解决实际问题的能力.4.培养学生用理论解释实际问题的能力与习惯.二、教学建议1.关于合外力与向心力关系的讨论 在教材中，讲了合外力突然消失（F=0）或者不足以提供向心力（F＜mrω2）的情况下，物体做离心运动，建议再加上F＞mrω2的情况，即物体所受的力大于所需的向心力时，表现为向心的趋势（离圆心越来越近），这对学生全面理解“外力必须等于mrω2时，物体才可做匀速圆周运动”有好处.2.关于“离心力”问题 教材在讲离心现象时，回避了“离心力”的概念.然而在有些科普读物或技术书籍中，把离心现象归结为物体受“离心力”作用的结果.这里的“离心力”是指转动坐标系（非惯性系）中物体所受的“惯性离心力”.有些中学生可能提出“离心力”的问题，教师可以说明那是在另一参考系中引入的概念，在中学阶段不予研究. 做好有关实验 除了教材介绍的离心干燥器和离心转速计外，建议再做一些有趣的小实验.例如：把一个小试管装满水，在水中放一些密度大于水的物质颗粒（例如把绿色塑料导线剪成细细的一小段，这些颗粒就带上了色彩），再在水中放一些密度小于水的物质颗粒（最好也是带色的，例如红色的蜡烛颗粒），这时，我们可以看见：红色的蜡烛颗粒浮在水上，而绿色的塑料导线小段则沉于水底.然后，用塞子塞住试管口，将试管水平放置，系好绳子，我们顺着某一方向将绳绞紧，松手后，试管将反向旋转.这时，我们看见一个有趣的现象：密度大于水的绿色颗粒向两边分开，而密度小于水的红色颗粒向中间靠拢（如图）. 这个结果可这样解释：小颗粒在水中受了周围水的合压力，这个合压力恰等于与小颗粒同体积的水滴做圆周运动所需的向心力.对密度较水小的红色蜡烛颗粒而言，这个合压力大于它做圆周运动所需的向心力，使红色蜡烛颗粒表现为向心的倾向；反之，对密度较大的绿色导线小段而言，水的合压力小于它做圆周运动所需的向心力，因而使绿色颗粒表现为离心的倾向.资源参考新型离心现象演示器结构原理 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，这种运动叫做离心运动.教师在进行教学时，往往用“离心脱水器”“离心转速计”之类的仪器演示.但这类仪器演示后，学生有可能只从表面上了解离心运动，而对物体做离心运动的根本原因常常不能很好理解.有的学生甚至会错误地认为：转动角速度大是物体做离心运动的原因.为了避免学生产生这样的错觉，笔者设计制作了一种新型的离心现象演示器.一、结构示意图二、制作 将长60 cm、内径12. cm、两头开口的玻璃管弯成“V”字形（角度150°左右）,管内弯曲处用橡皮塞塞紧（左右边互不相通）,管外弯曲处用夹子夹紧，然后将夹子插入转台中，左右两管分别放入同体积的铁球（红色）和木球（黄色）.玻璃管内注满水后两管口用橡皮塞塞紧即可使用.三、使用 转台转动前，铁球沉入管子底部（接近圆心）木球浮在管口（远离圆心），如图所示.当玻璃管在转台上以一定角速度转动时，管内铁球由于合外力不足以提供所需向心力而做离心运动.木球由于受到的合外力大于所需的向心力，它并不做离心运动，而是反过来向圆心方向运动.这个实验可以很清楚地说明：物体做离心运动，并不是由于角速度的增大而产生的.只有当合外力突然消失或者合外力不足以提供所需的向心力时，才能产生离心运动.四、原理 如果小球随着水平放置的玻璃管转动（如图所示） 先在管内液体中离圆心R处取一个体积与小球相同的液球，它的密度与管中液体完全相同，当转台转动时，液球能在原处随玻璃管做圆周运动.它做圆周运动的向心力是这个液球四周的液体所提供的.因液球两边的压强不同而产生压力差F液=ρ液vω2R再回到铁球和木球上来，受力情况如下：竖直方向：重力、浮力和弹力保持平衡.水平方向：铁球、木球的体积相同，转动时铁球和木球受到周围液体的作用力相同，方向都指向圆心.力的大小均为F液=ρ液vω2R.但铁球和木球所需的向心力是不同的.铁球所需向心力：F铁=m铁ω2R=ρ铁vω2R木球所需向心力：F木=m木ω2R=ρ木vω2R对铁球来说，因为ρ液＜ρ铁，所以F液＜F铁，即所受合外力＜所需向心力，铁球做离心运动.对木球来说，因为ρ液＞ρ木，所以F液＞F木，即所受合外力＞所需向心力，因而木球并不做离心运动，而是向圆心方向运动. 现将玻璃管弯成“V”字形，是为固定铁球、木球的初始位置，便于观察铁球和木球的运动.6。
