新高考物理一轮复习知识清单梳理+巩固练专题05 圆周运动（2份，原卷版+解析版）

这是一份新高考物理一轮复习知识清单梳理+巩固练专题05 圆周运动（2份，原卷版+解析版），共13页。

01 圆周运动的基础概念和规律
一、圆周运动
1. 匀速圆周运动：质点沿圆周运动，如果在相等的时间里通过的弧长相等，这种运动就叫做匀速周圆运动。
2. 运动性质：匀速圆周运动是变速运动，因为线速度方向时刻在变化，向心加速度方向时刻沿半径指向圆心，时刻变化。
3. 特征：匀速圆周运动中，角速度、周期、转速、速率、动能都是恒定不变的；而线速度、加速度、合外力、动量是不断变化的。
注意：匀速圆周运动与变速圆周运动的区别与联系
【跟踪训练】
（2025·江苏·高考真题）游乐设施“旋转杯”的底盘和转杯分别以、为转轴，在水平面内沿顺时针方向匀速转动。固定在底盘上。某时刻转杯转到如图所示位置，杯上A点与、恰好在同一条直线上。则（ ）
A．A点做匀速圆周运动
B．点做匀速圆周运动
C．此时A点的速度小于点
D．此时A点的速度等于点
二、向心力与向心加速度
1. 向心力：
（1）定义：质点做圆周运动时，受到的总是沿着半径方向指向圆心的合力，是效果力。
（2）作用效果：产生向心加速度，只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。
（3）大小：===
注意：向心力是按效果命名的力，不是某种性质的力，可以由几个力的合力或某一个力的分力提供；在匀速圆周运动中合力提供向心力；变速圆周运动中的合外力并不指向圆心，这时合外力可以分解为互相垂直的两个力：跟圆周相切的分力Fr和指向圆心方向的分力Fn，Fn产生了向心加速度，与速度垂直，改变了速度方向，Fr产生切向加速度，切向加速度与物体的速度方向在一条直线上，它改变了速度的大小。
2．向心加速度
（1）物理意义：描述线速度方向变化快慢的物理量。
（2）方向：总是沿半径指向圆心，时刻在变化。
（3）大小：===
【跟踪训练】
（2025·浙江·二模）杂技表演中，为了提高观赏性，摩托车手设计沿如图所示圆锥面的内壁做圆周运动，运动半径为R，（假设摩托车视为质点）则（ ）
A．摩托车越重越不容易实现圆锥面的内壁做圆周运动
B．摩托车无法实现圆锥面的内壁做圆周运动
C．摩托车做圆周运动的角速度需要满足
D．摩托车做圆周运动时车胎橡胶与圆锥内表面间的动摩擦因数
三、线速度、角速度等基本量的关系
1.圆周运动的相关物理量
2. 圆周运动各物理量间的关系
【跟踪训练】
（2024·辽宁·高考真题）“指尖转球”是花式篮球表演中常见的技巧。如图，当篮球在指尖上绕轴转动时，球面上P、Q两点做圆周运动的（ ）
A．半径相等B．线速度大小相等
C．向心加速度大小相等D．角速度大小相等
四、几种传动装置
几种常见的传动装置
【跟踪训练】
（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，，手绢做匀速圆周运动，则（ ）
A．P、Q线速度之比为
B．P、Q角速度之比为
C．P、Q向心加速度之比为
D．P点所受合外力总是指向O
02 圆周运动的经典模型和应用
一、水平面内的圆周运动
1. 物体间恰好不发生相对滑动 的临界条件是物体间恰好达到最大静摩擦力。
如果只是摩擦力提供向心力，则有F＝meq \f(v2,R)，静摩擦力的方向一定指向圆心；
汽车转弯时，只由摩擦力提供向心力Ffm＝meq \f(v2,R)
2. 水平转盘上运动物体模型
（1）如果只有摩擦力提供向心力，物体间恰好不发生相对滑动的临界条件是物体间恰好达到最大静摩擦力，则最大静摩擦力Fm＝eq \f(mv2,r)，方向指向圆心。
（2）如果水平方向除受摩擦力以外还有其他力，如绳两端连接物体随水平面转动，其临界情况要根据题设条件进行判断，如判断某个力是否存在以及这个力存在时的方向(特别是一些接触力，如静摩擦力、绳的拉力等)。
【跟踪训练】
（2025·青海西宁·二模）如图，圆形水平餐桌面上有一个半径为r、可绕中心轴转动的同心圆盘，在圆盘的边缘放置一个质量为m的小物块。物块与圆盘及与餐桌面间的动摩擦因数均为μ，现从静止开始缓慢增大圆盘的角速度，物块从圆盘上滑落后，最终恰好停在桌面边缘。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，圆盘厚度及圆盘与餐桌间的间隙不计，物块可视为质点。则
A．物块在圆盘上运动时所受的摩擦力方向指向圆心
B．物块从圆盘上滑落的瞬间，圆盘的角速度大小为
C．物块随圆盘运动的过程中，圆盘对小物块做功为μmgr
D．餐桌面的半径为
二、斜面上的圆周运动
1. 模型解读：在斜面上做圆周运动的物体，因所受的控制因素不同，如静摩擦力控制、绳控制、杆控制，物体的受力情况和所遵循的规律也不相同。
2. 分析方法
物体在斜面上做圆周运动时，确定约束类型（凹槽/绳牵引）→正交分解（沿斜面和垂直斜面）→列法向方程→求临界参数。如下图所示，设斜面的倾角为θ，重力垂直斜面的分力与物体受到的支持力相等，物体运动到斜面任意位置时由斜面内指向圆心方向的合力提供向心力。
【跟踪训练】
（2025·山东临沂·三模）游乐场里有一个半径为5m的倾斜匀质圆盘，盘面与水平面的夹角为30°，圆盘可绕过圆盘圆心O且垂直于盘面的固定对称轴以1rad/s的角速度匀速转动，如图所示。一个小孩（可视为质点）坐在盘面上距O点距离r处，小孩与盘面间的动摩擦因数为，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s²。要保证小孩与圆盘始终保持相对静止，则距离r的可能取值范围为（ ）
A．0vB，由a＝ω2r知aA>aB。
注意：解决圆锥摆临界问题的技巧
圆锥摆的临界问题，主要就是与弹力有关的临界问题。
(1)绳子松弛或断开的临界条件是：①绳恰好拉直且没有弹力；②绳上的拉力恰好达最大值。
(2)接触或脱离的临界条件是物体与物体间的弹力恰好为零。
(3)对于火车转弯、半圆形碗内的水平圆周运动有两类临界情况：①摩擦力的方向发生改变；②发生相对滑动。
【跟踪训练】
（2024·江苏·高考真题）如图所示，轻绳的一端拴一个蜂鸣器，另一端穿过竖直管握在手中。蜂鸣器在水平面内做匀速圆周运动，缓慢下拉绳子，使蜂鸣器升高到水平面内继续做匀速圆周运动。不计空气阻力和摩擦力，与升高前相比，蜂鸣器（ ）
A．角速度不变B．线速度减小
C．向心加速度增大D．所受拉力大小不变
四、汽车、火车转弯模型
水平路面车辆转弯、火车转弯模型规律总结
【跟踪训练】
（2025·浙江金华·三模）2025年4月25日0时分，载满小商品货柜的第2112列“义新欧”班列跨越13052公里抵达了西班牙的首都马德里。关于这趟班列同学们的说法正确的是（ ）
A．13052公里是指列车完成的位移大小
B．运用质点代替列车研究列车运动的方法叫建立理想化模型法
C．当非常小时，代表列车的瞬时加速度，这里运用了微元法
D．列车过弯道时超速将会加剧对弯道内轨的磨损
五、汽车过拱形桥模型
拱形桥和凹形桥模型特点
【跟踪训练】
（2025·江西赣州·二模）如图所示，当汽车行驶在这些路面上，在其他条件相同的情况下，则（ ）
A．在图乙路面最高点，汽车对路面的压力大于汽车的重力
B．在图丙路面最低点，汽车对路面的压力小于汽车的重力
C．关于路面对汽车轮胎的磨损，图丙路面最大，图乙路面最小
D．关于路面对汽车轮胎的磨损，三种路面一样大
圆周运动中的临界问题
1. 圆周运动常见的临界状态
（1）与绳或杆的弹力有关弹力恰好为0；
（2）与静摩擦力有关，静摩擦力达到最大值；
（3）绳子恰好断裂，绳子的张力达到最大承受值。
2. 三类情况分析
（1）水平转盘上的物体恰好不发生相对滑动的临界条件是物体与盘间恰好达到最大静摩擦力。
（2）绳子被拉断：绳上拉力恰好为最大承受力等。
（3）与支持面或杆的弹力有关的临界问题：要分析出恰好无支持力这一临界状态下的角速度（或线速度）等。
注意：临界条件的确定：当绳子的拉力达到最大值时，或者物体所受的静摩擦力达到最大静摩擦力时，就会出现临界情况。比如，在圆锥摆中，如果角速度逐渐增大，当绳子拉力达到其所能承受的最大值时，就达到了临界状态。此时，需要根据牛顿第二定律和向心力公式列出方程，结合临界条件来求解相关物理量。在临界状态下，对物体的受力情况和运动状态的分析不准确，导致无法正确列出方程求解。在临界状态下，物体的受力情况可能会发生变化。
【跟踪训练】
（2025·河南·模拟预测）如图所示，一个光滑的半径为的半圆形管道在竖直平面内固定放置，为管道圆心，为水平直径。一条两端系有小球的细绳穿过管道，管道内径略大于小球直径，小球大小和绳的质量都忽略不计，小球的质量分别为和，初始时A球离点的距离也为，将A球由静止释放，随后无碰撞地进入管道，细绳始终处于绷紧。已知重力加速度为，下列说法正确的是（ ）
A．刚释放时绳上的拉力大小为
B．A球运动到管道的最高点时，管道对小球的作用力向上
C．A球运动到M处时，对管道的压力大小为
D．A球运动到管道最高点时对管道的压力大小为
01 水平面内圆周运动中的多物体牵连问题
1. 两个质量均为m的木块A、B用恰好伸直的轻绳相连，放在水平圆盘上，A恰好处于圆盘中心。
（1）轻绳出现拉力的临界角速度：对木块B分析， ，。
（2）A、B相对圆盘滑动的临界条件：角速度继续增大，绳子出现拉力，B受最大静摩擦力不变，角速度继续增大，A的静摩擦力继续增大，当增大到最大静摩擦力时，A、B相对于转盘开始滑动。
对木块A分析，；对木块B分析，。解得临界角速度为。
结论：当时，轻绳上拉力为0；当时，A、B相对圆盘发生滑动。
2. 两个质量均为m的木块A、B用恰好伸直的轻绳相连，放在水平圆盘上。
（1）轻绳出现拉力的临界角速度：对木块B分析， ，。
（2）A、B相对圆盘滑动的临界条件：角速度继续增大，绳子出现拉力，B受最大静摩擦力不变，角速度继续增大，A的静摩擦力继续增大，当增大到最大静摩擦力时，A、B相对于转盘开始滑动。
对木块A分析，；对木块B分析，。解得临界角速度为。
结论：当时，轻绳上拉力为0；当时，A、B相对圆盘发生滑动。
3. A、B两物块叠放在转盘上
（1）若，则B先相对转盘发生滑动，临界角速度为。
（2）若，则则A先相对B发生滑动，则A先相对B发生滑动。
【跟踪训练】
（2025·内蒙古包头·二模）如图所示，小木块a和b（可视为质点）用轻绳连接置于水平圆盘上，开始时轻绳处于伸直状态但无拉力，a的质量为3m，b的质量为m。它们分居圆心两侧，与圆心的距离分别为r和2r，a、b与盘间的动摩擦因数相同（最大静摩擦力等于滑动摩擦力）。圆盘从静止开始绕转轴极缓慢地加速转动，木块和圆盘始终保持相对静止，a、b所受摩擦力大小分别为随变化的图像正确的是（ ）

A． B．
C． D．
02 圆周运动中的脱轨问题
圆周运动中的脱轨问题指物体因速度不足或过大而脱离原定圆周轨迹的现象，核心在于轨道支持力（或约束力）突变为零。
1. 脱轨条件与类型
凸面轨道（如拱桥顶点）：
脱轨条件：支持力 N=0（物体与轨道无挤压）。
实际速度 v>v临：离心趋势过大 → 脱离轨道做斜抛运动。
单轨模型（如绳球、环形轨道内侧）：
脱轨点：最高点
临界速度：v=√gr
注意：V