高考物理一轮复习考点精讲精练考点16 圆周运动（2份，原卷版+解析版）

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1. 3年真题考点分布
2. 命题规律及备考策略
【命题规律】近3年新高考卷对于运动的描述考查共计10次，主要考查：
圆周运动运动学分析；
2. 圆周运动动力学分析；
3. 圆周运动的实例分析；
【备考策略】理解匀速圆周运动的概念，向心力的来源，掌握匀速圆周运动的八个物理量；掌握从运动学和动力学的角度分析圆周运动，并利用所学知识去解释与实际生产相关的圆周运动；注重理解圆周运动和平抛运动相结合的综合性题型的训练，注重圆周运动与电场和磁场相结合的综合性题型的训练。
【命题预测】本节内容在2021——2023年的各省高考卷中出现频率适中，预测在2024年大概有4-6套高考会出现本节内容。2024年考生需要引起重视，注重基础概念、规律的理解、注重与实际生产相结合的题型练习，多关系时政热点，本节内容常常还会与天体运动结合在一起考察，属于每套高考卷的必考内容。
考法1 圆周运动的运动学问题
1．匀速圆周运动
（1）定义：做圆周运动的物体，若在相等的时间内通过的圆弧长 ，就是匀速圆周运动．
（2）特点：加速度大小不变，方向始终指向 ，是变加速运动．
（3）条件：合外力大小不变、方向始终与 方向垂直且指向圆心．
2．描述匀速圆周运动的物理量
常见三种传动方式及特点
【典例1】（2023·江苏·统考高考真题）“转碟”是传统的杂技项目，如图所示，质量为m的发光物体放在半径为r的碟子边缘，杂技演员用杆顶住碟子中心，使发光物体随碟子一起在水平面内绕A点做匀速圆周运动。当角速度为时，碟子边缘看似一个光环。求此时发光物体的速度大小和受到的静摩擦力大小f。

【典例2】（2023·全国·校联考模拟预测）如图所示为某同学拼装的乐高齿轮传动装置，图中五个齿轮自左向右编号分别为1、2、3、4、5.它们的半径之比为，其中齿轮1是主动轮，正在逆时针匀速转动。下列说法正确的是（ ）

A．齿轮5顺时针转动
B．齿轮1与齿轮3的转速之比为
C．齿轮2边缘的向心加速度与齿轮5边缘的向心加速度之比为
D．齿轮2的周期与齿轮4的周期之比为
解决图象问题的方法和关键
在分析传动装置的各物理量时,要抓住不等量与等量之间的关系.分析此类问题有两个关键点:-是同一轮轴上的各点角速度相同;二是皮带不打滑时,与皮带接触的各点线速度大小相同.抓住这两点，然后根据描述圆周运动的各物理量之间的关系就不难得出正确的结论.
1．（多选）（2023·全国·三模）如图是家里走时精确的时钟，设时针与分针的长度之比为，则下列说法正确的是（ ）
A．时针、分针针尖的角速度之比为
B．时针、分针针尖的线速度之比为
C．时针、分针针尖的向心加速度之比为
D．从3:00开始计时，时针、分针经过将第一次重合
3．（多选）（2023·福建漳州·统考模拟预测）如图，中国古代的一种斜面引重车前轮半径为r、后轮半径为3r，在前后轮之间装上木板构成斜面。细绳的一端系紧在后轮轴上，另一端绕过斜面顶端的滑轮与斜面上的重物连接。推动车子使其水平前进，车轮与地面不打滑，后轮轴转动时带动重物沿木板上滑过程中，细绳始终与斜面平行，则（ ）
A．后轮绕轴转动的角速度与前轮绕轴转动的角速度之比为1∶3
B．后轮边缘点的线速度与前轮边缘点的线速度之比为3∶1
C．若引重车加速运动，则重物将相对于地面做直线运动
D．若引重车加速运动，则重物将相对于地面做曲线运动
考法2 圆周运动动力学分析
向心力的来源：某一个力，如重力、弹力、摩擦力等；几个力的合力；某个力的分力。
向心力的确定
（1）确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置
（2）分析物体的受力情况，找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是白心力。
3. 常见圆周运动情景中向心力来源图示
【典例3】（多选）（2023·山东泰安·统考模拟预测）如图所示，水平圆盘可绕竖直轴转动，沿直径方向放着用细线相连的质量均为m的物体A和B，它们分居圆心两侧，与圆心距离分别为RA=r，RB=2r，A和B与圆盘间的动摩擦因数分别为μ和，圆盘静止时细线刚好伸直且无张力。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，现让圆盘从静止开始缓慢加速，则（ ）
A．当时， 细线中没有张力
B．当ω= 时，物体A受到的摩擦力指向圆心
C．当ω= 时，两物体刚好不滑动
D．当两物体刚好不滑动时烧断绳子，A仍相对圆盘静止，B将做离心运动
【典例4】（2023·全国·统考高考真题）一质点做匀速圆周运动，若其所受合力的大小与轨道半径的n次方成正比，运动周期与轨道半径成反比，则n等于（ ）
A．1B．2C．3D．4
解决圆周运动问题的主要步骤
1．（2023·河北·校联考模拟预测）拉球转身动作是篮球运动中的难点，如图甲所示为篮球爱好者拉球转身的一瞬间，由于篮球规则规定手掌不能上翻，我们将此过程理想化为如图乙所示的模型：薄长方体代表手掌，转身时球紧贴竖立的手掌，绕着转轴（中枢脚所在直线）做圆周运动。假设手掌和球之间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，篮球质量为m，直径为D，手掌到转轴的距离为d，重力加速度为g，则要顺利完成此转身动作，下列说法正确的是（ ）

A．篮球线速度至少为
B．手掌和篮球之间的作用力至少为
C．若篮球的速度为，则篮球会和手掌分离
D．篮球的速度越大，手掌和球之间的摩擦力越大
2．（2023·广东·模拟预测）如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度转动，每面上有一质量为的小物体与圆盘始终保持相对静止，盘面与水平面的夹角为30°，重力加速度大小为，已知物体在最高点受到的摩擦力的大小为，则物体在最低点受到的摩擦力的大小为（ ）
A．B．C．D．
3．（2023·海南·统考二模）如图所示，正方形框ABCD竖直放置，两个完全相同的小球P、Q分别穿在方框的BC、CD边上，当方框绕AD轴匀速转动时，两球均恰与方框保持相对静止且位于BC、CD边的中点，已知两球与方框之间的动摩擦因数相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则两球与方框间的动摩擦因数为（ ）
A．B．C．D．
考法3 圆周运动实例分析
火车转弯问题
在转弯处，若向心力完全由重力G和支持力的合力来提供，则铁轨不受轮缘的挤压，此时行车最安全。R为转弯半径，为斜面的倾角， ， 所以。
当时，即，重力与支持力的合力不足以提供向心力，则外轨对轮缘有侧向压力。
当时，即，重力与支持力的合力大于所需向心力，则内轨对轮缘有侧向压力。
当时，，火车转弯时不受内、外轨对轮缘的侧向压力，火车行驶最安全。

汽车过拱桥
如汽车过拱桥桥顶时向心力完全由重力提供（支持力为零），则据向心力公式得： （R为圆周半径），故汽车是否受拱桥桥顶作用力的临界条件为：，此时汽车与拱桥桥顶无作用力。
航天器中的失重现象
航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时，航天员只受地球引力，座舱对航天员的支持力为零，航天员处于完全失重状态。引力提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力。
离心运动
做圆周运动的物体，当提供的向心力等于做圆周运动所需要的向心力时，沿圆周运动。
当提供的向心力小于做圆周运动所需要的向心力时，物体沿切线与圆周之间的一条曲线运动。当产生向心力的合外力消失，F=0，物体便沿所在位置的切线方向飞出去。
【典例5】（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）2021年3月27日，我国花样滑冰运动员陈虹伊，在2021世界花样滑冰锦标赛上以162.79分的总成绩排在女子单人滑第二十一名。如图甲是我国奥运冠军花样滑冰运动员陈虹伊在赛场上的情形，假设在比赛的某段时间她单脚着地，以速度v做匀速圆周运动，如图乙冰鞋与冰面间的夹角为37°，陈虹伊的质量为m，重力加速度为g，sin37°=0.6，cs37°=0.8，不计冰鞋对陈虹伊的摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．陈虹伊受重力、冰鞋的支持力、向心力的作用
B．冰鞋对陈虹伊的支持力大小为
C．陈虹伊做匀速圆周运动的半径为
D．陈虹伊做匀速圆周运动的向心加速度大小为
【典例6】（2023·新疆·校考模拟预测）如图所示，QB段为一半径为R＝1 m的光滑圆弧轨道，AQ段为一长度为L＝1 m的粗糙水平轨道，两轨道相切于Q点，Q在圆心O的正下方，整个轨道位于同一竖直平面内．物块P的质量为m＝1 kg(可视为质点)，P与AQ间的动摩擦因数μ＝0.1，若物块P以速度v0从A点滑上水平轨道，到C点后又返回A点时恰好静止．(取g＝10 m/s2)求：
(1)v0的大小；
(2)物块P第一次刚通过Q点时对圆弧轨道的压力．
解决图象问题的方法和关键
1.（2023·浙江金华·统考三模）汽车的车厢地面上水平放着一个内装圆柱形工件的木箱，工件截面和车的行驶方向垂直如图乙所示，当汽车匀速通过三个半径依次变小的圆形弯道时木箱及箱内工件均保持相对静止。从汽车行驶方向上看下列分析判断正确的是（ ）

A．Q和M对P的支持力大小始终相等
B．汽车过A、B、C三点时工件P受到的合外力大小相等
C．汽车过A点时，汽车重心的角速度最大
D．汽车过A、C两点时，M对P的支持力大于Q对P的支持力
2．（2023·河北·模拟预测）北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示。运动员从a处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a、b之间的最低点，a、c两处的高度差为h。要求运动员经过c点时对滑雪板的压力不大于自身所受重力的k倍，运动过程中将运动员视为质点并忽略所有阻力，则c点处这一段圆弧雪道的半径不应小于（ ）
A．B．C．D．
【基础过关】
1．（2023·湖南衡阳·衡阳县第三中学校考模拟预测）夏天人们常用蚊香来驱除蚊虫。如图所示，蚊香点燃后缓慢燃烧，若某滑冰运动员（可视为质点）的运动轨迹与该蚊香燃点的轨迹类似，运动的速率保持不变，则该运动员（ ）
A．线速度不变B．角速度变大
C．向心加速度变小D．运动一圈（）所用时间保持不变
2．（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）如图所示一个半径为r质量均匀的圆盘套在光滑固定的水平转轴上，一根轻绳绕过圆盘，两端分别连接着物块A和B，A放在地面上，B用手托着，A、B均处于静止，此时B离地面的高度为7r，圆盘两边的轻绳沿竖直方向伸直，A和圆盘的质量均为m，B的质量为2m，快速撤去手，在物块B向下运动的过程中。绳子始终与圆盘没有相对滑动，已知圆盘转动的动能为，其中ω为圆盘转动的角速度，则物块A上升到最高点时离地面的高度为（ ）（A上升过程中未与圆盘相碰）
A．7rB．8rC．9rD．10r
3．（2023·北京东城·北京市广渠门中学校考三模）如图所示，轻杆两端分别固定着可以视为质点的小球A、B，放置在光滑水平桌面上，杆上O点有一竖直方向的固定转动轴，A、B的质量之比，A、B到O点的距离之比。当轻杆绕轴匀速转动时，下列说法正确的是（ ）
A．A对杆的作用力大小等于B对杆的作用力大小
B．A的向心加速度大小大于B的向心加速度大小
C．A的动能等于B的动能
D．A的周期小于B的周期
4．（2023·上海静安·统考二模）稳定运行的空间站中，有如图所示的装置：甲、乙两个光滑圆形轨道安置在同一竖直平面内，甲的半径更小，轨道之间有一条粗糙的水平轨道CD相通。一小球以一定的速度先滑上甲轨道，通过CD段后滑上乙轨道，最后离开圆轨道。不计空间站内的空气阻力，若小球经过甲、乙最高点时的速度为v甲、v乙，与轨道间的弹力为FN甲、FN乙，则（ ）
A．v甲 > v乙，FN甲 >FN乙B．v甲 > v乙，FN甲