新高考物理一轮复习考点题型分类讲与练第22讲 圆周运动（2份，原卷版+解析版）

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考点01：圆周运动的运动学问题（必备知识+2例+2变式+能力提升）
考点02：圆周运动的动力学问题（必备知识+2例+2变式+能力提升）
二、 拓展学习（圆周运动与平抛运动的综合问题+2例+2变式）
三、 巩固提升（精选18道题）
圆周运动的运动学问题
考点一
1.描述圆周运动的物理量
2.匀速圆周运动
(1)定义：如果物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，所做的运动叫作匀速圆周运动。
(2)特点：加速度大小不变，方向始终指向圆心，是变加速运动。
(3)条件：合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心。
【例1-1】（2025·河北·高考真题）某同学在傍晚用内嵌多个彩灯的塑料绳跳绳，照片录了彩灯在曝光时间内的运动轨迹，简图如图。彩灯的运动可视为匀速圆周运动，相机本次曝光时间是130s，圆弧对应的圆心角约为30°，则该同学每分钟跳绳的圈数约为（ ）
A．90B．120C．150D．180
【答案】C
【详解】根据题意可知跳绳的转动角速度为ω=θΔt=π6130rad/s=5πrad/s
故每分钟跳绳的圈数为n=5π×602π=150
故选C。
【例1-2】（2025·江苏·高考真题）游乐设施“旋转杯”的底盘和转杯分别以O、O′为转轴，在水平面内沿顺时针方向匀速转动。O′固定在底盘上。某时刻转杯转到如图所示位置，杯上A点与O、O′恰好在同一条直线上。则（ ）
A．A点做匀速圆周运动
B．O′点做匀速圆周运动
C．此时A点的速度小于O′点
D．此时A点的速度等于O′点
【答案】B
【详解】A．A点运动为A点绕O′的圆周运动和O′相对于O的圆周运动的合运动，故轨迹不是圆周，故不做匀速圆周运动，故A错误；
B．根据题意O′固定在底盘上，故可知O′围绕O点做匀速圆周运动，故B正确；
CD．杯上A点与O、O′恰好在同一条直线上时且A在OO'延长线上，A点和O'点运动运动方向相同，又A点相对O′点做圆周运动，故此时A的速度大于O′的速度，故CD错误。
故选B。
【变式1-1】（多选）（2025·福建·高考真题）春晚上转手绢的机器人，手绢上有P、Q两点，圆心为O，OQ=3OP，手绢做匀速圆周运动，则（ ）
A．P、Q线速度之比为1:3
B．P、Q角速度之比为3:1
C．P、Q向心加速度之比为3:1
D．P点所受合外力总是指向O
【答案】AD
【详解】B．手绢做匀速圆周运动，由图可知P、Q属于同轴传动模型，故角速度相等，即角速度之比为1:1，B错误；
A．由v=ωr可知，P、Q线速度之比vP:vQ=rOP:rOQ=1:3，得A正确；
C．由a=ω2r可知，P、Q向心加速度之比aP:aQ=rOP:rOQ=1:3，得C错误；
D．做匀速圆周运动的物体，其合外力等于向心力，故合力总是指向圆心O，D正确。
故选AD。
【变式1-2】（多选）（2024·云南临沧·模拟预测）汕头海湾隧道工程采取的是隧道盾构挖掘技术。盾构机刀盘直径为15米，相当于五层楼高。其基本工作原理是：沿隧洞轴线向前推进，同时通过旋转前端盾形结构，利用安装在前端的刀盘对土壤进行开挖切削，挖掘出来的土碴被输送到后方。如图所示为某盾构机前端，以下说法中正确的是（ ）
A．盾构机前端转动时，各个刀片转动的角速度相同
B．盾构机前端转动时，各个刀片的线速度随半径的增大而减小
C．当盾构机前端转速为3r/min时，其转动频率为3Hz
D．当盾构机前端转速为3r/min时，前端外边缘的线速度约为2.4m/s
【答案】AD
【详解】A．因为各刀片转动是同轴转动，所以各刀片的角速度相等，故A正确；
B．根据v=r⋅ω，角速度相等，刀片的线速度随半径的增大而增大，故B错误；
C．因为转速n=3r/min=0.05r/s，所以转动频率为0.05Hz，故C错误；
D．根据v=2πrn知，盾构机边缘的速度为v=2×3.14×7.5×0.05m/s≈2.4m/s，故D正确。
故选AD。
【解题能力提升】
圆周运动的动力学问题
考点二
1.匀速圆周运动的向心力
(1)作用效果：向心力产生向心加速度，只改变速度的方向，不改变速度的大小。
(2)大小：Fn＝mv2r＝mrω2＝m4π2T2r＝mωv。
(3)方向：始终沿半径方向指向圆心，时刻在改变，即向心力是一个变力。
2.匀速圆周运动中向心力的来源
3.离心运动和近心运动
(1)离心运动：做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。
(2)受力特点(如图)
①当F＝0时，物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动。
②当0