浅谈学习“离心运动”的几个误区

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浅谈学习“离心运动”的几个误区东莞市济川中学高中物理潘崇武摘要:离心运动是生活和生产实践中的一类重要现象，也是中学阶段学生所要掌握的机械运动屮最复杂的一种。学生在学习离心运动时，往往只看到离心运动的表面现象，未能做到透过运动现象看本质，造成对它的理解往往是片面的甚至是错误的。本文针对学牛在学习离心运动中容易出现的四个误区逐一分析。关键词：离心运动误区受力运动轨迹运动趋势离心运动是一种比较复杂的机械运动，对它的理解一定要透过现彖看本质，从运动的木质出发，逐步分析，理清前因后果，才能全面、正确地把它掌握好。下面针对学住在学习离心运动中容易犯的儿个错误做个分析：误区一：做离心运动的物体受到离心力的作用很多学生在初学离心运动时，都会误以为物体是受到离心力的作用才发生了离心运动。为了帮助学牛•走出误区，应引导学牛学会透过离心现象，从离心的本质去分析离心运动的受力。从木质上去分析离心运动的受力，首先要明确物体为什么要做离心运动？教材屮给出的定义是：做圆周运动的物体，在所受合外力突热消失或不足以提供圆周运动所盂的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动。按照这个定义学生还是不好理解物体做离心运动的木质。此时，我们可以引导学生：“物体为什么会做圆周运动？”大部分学生都会回答：“因为物体受到向心力的作用！”接着问：“若突然没有了向心力，物体会发生什么情况？”“物体沿圆周的切线做匀速直线运动！”“为什么呢？”“因为物体具有惯性！”“分析得非常正确！当物体受到向心力的作用时，运动方向不断改变，使物体始终维持在圆周轨道上。若这个力突然消火或不足以捉供物体做闘周运动所需的向心力时，由于惯性，物体就会做逐渐远离闘心的运动，即离心运动！”引导学生总结：物体做离心运动是由于惯性引起的，而不是因为受到离心力的作用！为了帮助学生巩固这个结论，可以让学生完成这样一道练习题：由于惯性，做机械运动的物体总想保持原来的运动状态不改变。对于一个正在做圆周运动的物体，突然出现下列情况，其中正确的是（）。••A当F合=0吋，物体将逐渐远离圆心R当F合=血牛时，物体将逐渐远离圆心G当F合＜恤"时，物体将逐渐远离圆心D当F合＞血S时，物体将逐渐远离圆心答案：选AG误区二：做离心运动的物体的运动轨迹总是沿圆周的切线对做离心运动的物体的运动轨迹，学牛很容易认定为沿圆周的切线。这样理解是片面的,因为物体做离心运动的原因有两种：一种是因为物体所受合外力突然消失而做离心运动。此时，F^=O,III于惯性，物体要保持合外力消失那一瞬间的运动状态不改变，顾物体沿圆周的切线做匀速直线运动。另一•种是因为所受合外力不足以提供圆周运动所需的向心力。在这种情况下，F合HO,故物体的运动方向仍需改变，只是由于力不够人，此力未能使物体偏转到圆周上去。此吋，物体将沿螺旋线做远离圆心的运动。 为了帮助学生巩固这个结论，可以引导学生完成下面一道练习题：对于一个止在做圆周运动的物体，突然出现下列情况，其中不止确的是（）。•••A当F合=0吋，物体将沿圆周的切线方向做匀速直线运动B当F合=血牛时，物体将做匀速圆周运动G当F合＜恤"时，物体将逐渐远离圆心螺旋线运动D当F合＞血S时，物体将逐渐远离圆心螺旋线运动答案：选D误区三：做圆周运动的物体的离心趋势沿圆周的切线方向当学牛学了离心运动的运动轨迹之后都容易产牛这样一个观点：做圆周运动的物体的离心趋势是沿圆周的切线方向。他们理解是：因为做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周的切线做匀速直线运动！英实，这种观点是错误的，做圆周运动的物体的离心趋势不在圆周的切线方向上。对做圆周运动的物体的离心趋势方向的判断是个难点，教材也不要求学生掌握这个内容。哪还给学生讲这个冇什么用呢？好处我觉得冇两个：笫一，可以帮助学生构建更完善的知识体系。第二，对它的正确理解有助于对做圆周运动的物体作受力分析。下而，我们借助一个例子作说明：例、如图3-1所示，在绕竖肖轴线匀速转动的水平圆盘上有一个相对圆盘静止的物体，请对该物体作受力分析，并指出物体随圆盘做圆周运动所需的向心力？人部分学生都能画出物体受到三个力的作丿山地球的重力G、圆盘的支持力N、圆盘的静摩擦力f。但他们却无法确定物体的向心力，因为在他们看来，重力G与支持力N互相平衡，而静摩擦丿Jf的方向与物体速度方向相反，并不指向圆盘中心。引导学生发现问题后，再激发学牛去寻找解决问题的方法。这时，我们可以尝试与学生作如下互动，引导学生去思考：教师：“相对地面物体做的是什么运动？”学生：“圆周运动！”教师：“哪物体需不需要受到一个向心力的作用？”学生：“需要！”教师：“这个向心力由什么力來提供？”学生：“只能是静摩擦力f。”教师：“由此可知，物体受到的圆盘的静摩擦力f只能指向哪里？”学生：“只能是沿物体的转动半径指向圆盘的中心！”教师：“所以做圆周运动的物体的离心趋势方向应该是向哪里？”学生：“沿物体的转动半径远离转动中心！”做圆周运动的物体的离心趋势方向沿物体的转动半径远离转动屮心！对于这样“出乎意料”的结论，人部分学生可能还是无法一下就能够接受。我们可以作进一步的理论分析:“所谓运动趋势指的是若没有静摩擦力的作用，物体将沿这个方向有速度变化，而这里若没有静摩擦力由于惯性物体将沿切线方向做匀速直线运动，所示这个静摩力还是不可能沿圆周的切线与物体的速度方向相反的。”当然这个理论对学生来说是不需要掌握的，若觉得学生 不好接受，我们还可以用下面的一个办法帮助学生去接受这个结论。接着，我们引导学生一起回顾教材（粤教版《物理必修2》）第二章圆周运动第三节《离心现象及其应用》里面的一个观察实验（如图3—2a、图3—2b、图3—2c）：“在一个水平转动的圆盘上固定一个肓径比乒乓球直径略微宽的槽，将乒乓球放在距圆盘屮心不远处的槽内，慢慢转动圆盘，乒乓球在槽里随圆盘一起转动；当圆盘加快转速时，乒乓球沿槽逐渐做远离圆盘中心运动，最后从槽口飞II!图3-2a图3-2b图3-2c结合观察到的结果，让学生围绕“离心趋势方向”展开讨论。学生容易得到初步结论：乒乓球受到的沿半径方向的摩静摩擦力无法满足做圆周运动所需的向心力时，乒乓球将做离心运动。离心运动的过程，乒乓球相对地面沿螺旋线飞出；另•方血，乒乓球相対圆盘却是不断地沿半径往外远离圆盘中心。到这里，学牛应该可以理解：做圆周运动的物体总有沿半径往外的离心趋势。为了加深印象，此吋，我们用小球做一个如图3—3所示的竖直平而内的圆周运动，然后讣学纶画出细绳对小球的拉力F。相信所冇学生都能够止确地価出这个拉力Fo图3—3mg图3—4最示，我们再引导学生回顾教材（粤教版《物理必修2》）屮第二章第二节屮“生活中的向心力”部份的一句话“汽车在水平的公路上转弯时靠车轮与路面间的静摩力F來提供向心力。”这样，原来很难理解的一个问题，在学生对做圆周运动的物体的离心趋势有了正确的理解Z后，就变得迎刃而解了。误区四：生活中只要是应用离心现象知识去解释的都是利用了离心运动有这样一道题目:F列哪些现象是为了利用物体的离心运动（）。••A汽车转弯时要限制速度R干衣机脱水过程G汽车车轮加装挡泥板D转速很高的砂轮半径不能做得太大学生很容易选错，原因是他们课以为只要是利用离心现象知识去解釋的都是利用了离心运动。其实不然，牛活中有许多地方应用到了离心运动的知识，但大致可以分为两类，一类是利用离心运动为我们服务，如洗衣机的脱水原理、实验室中的离心分离器等。另一类则是应用离心运动知识去防止有害的离心运动的发生或者降低无法阻止的离心运动给人类带 来的伤害，如汽车拐弯处要限速行驶、砂轮的外侧加防护罩等。成功引导学牛解决上述四个关于离心运动的理解谋区，是帮助学牛掌握离心运动的关哋，也会方助于学生对物体做圆周运动的进一步理解，同时也有助于学生树立学好物理的伴心和培养学习物理的兴趣！°参考文献：1・《物理（必修2）》，保宗悌主编，广东教疗出版社，2005年9月2.《高小同步精练与测试（物理必修2）》，刘志敏主编，广东教育出版社，2007年1月