5-2转动和传动（解析版）--2024高考一轮物理复习100考点100讲

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2024年高考一轮复习100考点100讲
第5章 圆周运动
第5.2 讲 转动和传动
【知识点精讲】
常见的传动方式及特点
(1)皮带传动：如图1甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，即vA＝vB.

图1
(2)摩擦传动和齿轮传动：如图2甲、乙所示，两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即vA＝vB.

图2
(3)同轴转动：如图3甲、乙所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，ωA＝ωB，由v＝ωr知v与r成正比．

图3
【方法归纳】
1.由于皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，由v＝ωr可知角速度与半径成反比；由a＝可知向心加速度与半径成反比。
2. 摩擦传动和齿轮传动，两轮边缘线速度大小相等，由v＝ωr可知角速度与半径成反比，与齿轮齿数成反比；由a＝可知向心加速度与半径成反比，，与齿轮齿数成反比。
3. 同轴转动，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，由v＝ωr可知线速度与半径成正比；由公式a＝ω2r知，向心加速度与半径成正比。
【最新高考题精练】
1. （2021年高考广东学业水平选择性测试）由于高度限制，车库出入口采用图2所示的曲杆道闸，道闸由转动杆OP与横杆PQ链接而成，P、Q为横杆的两个端点．在道闸抬起过程中，杆PQ始终保持水平．杆OP绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，下列说法正确的是

A. P点的线速度大小不变
B. P点的加速度方向不变
C. Q点在竖直方向做匀速运动
D. Q点在水平方向做匀速运动
【参考答案】A
【名师解析】杆OP绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，　P点的线速度大小不变 ， P点的加速度方向始终指向O点，方向变化，选项A正确B错误；P点绕O点做匀速圆周运动，Q点绕P做圆周运动，所以Q点在竖直方向和水平方向都不是做匀速运动 ，选项CD错误。
2. （2021高考全国甲卷）“旋转纽扣”是一种传统游戏。如图，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现。拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50r/s，此时纽扣上距离中心1cm处的点向心加速度大小约为
z
z
外力
外力

A.10m/s2 B. 100m/s2 C.1000m/s2 D.10000m/s2
【参考答案】C
【名师解析】根据纽扣绕其中心的转速可达50r/s，可知角速度ω=2π×50rad/s=100πrad/s，此时纽扣上距离中心1cm处的点向心加速度大小约为a=ω2r=（100π）2×0.01m/s2=1000m/s2，选项C正确。
3.（2005·上海物理）一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝．将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束．在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线．图(a)为该装置示意图，图(b)为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1=1．0×10-3s，Δt2=0.8×10-3s．
(1)利用图(b)中的数据求1s时圆盘转动的角速度；
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；
(3)求图(b)中第三个激光信号的宽度Δt3．





解析： (1)由图线读得，转盘的转动周期T＝0.8s 　　　　　　　①
角速度 　　　　　②
(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动)．
(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为r1，第i个脉冲的宽度为△ti，激光器和探测器沿半径的运动速度为v．
　　　　　　　　 ③
r3－r2＝r2－r1＝vT 　　　　　　　　④
r2－r1＝　　　 　　　　　　　　⑤
r3－r2＝ 　　　　　　　　⑥
由④、⑤、⑥式解得：
　　
【最新模拟题精练】
1. （2023福建漳州三模） 如图为明代出版的《天工开物》中记录的“牛转翻车”，该设备利用畜力转动不同半径齿轮来改变水车的转速，从而将水运送到高处。图中a、b分别为两个齿轮边缘上的点，齿轮半径之比为；a、c在同一齿轮上且a、c到转轴的距离之比为，则在齿轮转动过程中（　　）

A. a、b的角速度相等
B. b的线速度比c的线速度小
C. b、c的周期之比为3∶4
D. a、b的向心加速度大小之比为4∶3
【参考答案】C
【名师解析】
由题图可知a，b分别为两个齿轮边缘上的点，线速度大小相等，即，根据可知半径不同，故角速度不相等，故A错误：a点和c点在同一齿轮，角速度相等，即，因a、c两点到转轴的距离之比，由得
又，则，故B错误；
由得，b，c的周期之比为，故C正确；
由得，a，b的向心加速度大小之比为，故D错误。
2. （2023浙江名校联盟联考）野外骑行在近几年越来越流行，越来越受到人们的青睐，对于自行车的要求也在不断的提高，很多都是可变速的。不管如何变化，自行车装置和运动原理都离不开圆周运动。下面结合自行车实际情况与物理学相关的说法正确的是（ ）

甲 乙 丙
A.若图乙的自行车在匀速骑行，前轮边缘处A，B，C，D四个点的线速度相同
B.大齿轮与小齿轮的齿数如图丙所示，则大齿轮转1圈，小齿轮转3圈
C.图乙中大齿轮边缘处E点和小齿轮边缘处F点角速度相同
D.在大齿轮处的角速度不变的前提下，增加小齿轮的齿数，自行车的速度将变大
【参考答案】B
【名师解析】若图乙的自行车在匀速骑行，前轮边缘处A，B，C，D四个点相对于转轴的线速度大小相同，而相对于地面的线速度不同，A错误；大齿轮与小齿轮的齿数如图丙所示，则大齿轮转1圈，根据转速关系可知小齿轮转3圈，B正确；图乙中大齿轮边缘处E点和小齿轮边缘处F点的线速度大小相等，角速度不相同，C错误；在大齿轮处的角速度不变的前提下，减小小齿轮的齿数，自行车的速度将变大，D错误。

3．（2023广东广州名校联考）两级皮带传动装置如图所示，中间两个轮子2、3是固定在一起的，转动时皮带均不打滑，轮1半径与轮2半径之比为，轮3的半径和轮4的半径相同，轮1与轮3的半径比为，则轮4边缘的c点和轮1边缘的a点相比，下列关系正确的是（    ）
A．线速度大小之比为 B．角速度之比为
C．转速之比为 D．向心加速度之比为

【参考答案】．ACD
【名师解析】 依题意知，轮1与轮3皮带传动，则线速度之比为，轮3与轮2同轴转动，角速度相同，则，根据，可知轮1与轮3角速度之比为，即轮1与轮2角速度之比为，轮1与轮2线速度之比为，
因为轮2与轮4皮带传动，则轮2与轮4的线速度相同，则轮4边缘的c点和轮1边缘的a点线速度大小之比为，A正确；．根据，知轮2与轮4的角速度之比为，则可知轮4边缘的c点和轮1边缘的a点线速度大小之比为，B错误；根据可得，轮4边缘的c点和轮1边缘的a点相比转速之比为，C正确；根据，知，轮4边缘的c点和轮1边缘的a点相比向心加速度之比为，D正确。故选ACD。
4.（2023湖南怀化高一期中）5．在如图所示的装置中， 甲、乙同轴传动，乙、丙皮带传动，A、B、C 分别是三个轮边缘上的点，设甲、乙、丙三轮的半径分别是 R甲 、 R乙 和 R丙 ，且 R甲 = 2R乙 = R丙 ，如果三点的线速度分别为 vA ，vB ，vC ，三点的周期分别为TA ，TB ，TC，向心加速度分别为aA ，aB ，aC，若皮带不打滑，则下列说法正确的是 （ ）

A． B．
C． D．
【参考答案】．A
【名师解析】
由圆周运动的基本关系可知 ，其中 ， =2‏׃1，，B 错误，A 正确；
由圆周运动的基本关系可知 ，其中，CD 错误。
5. （2023浙江十所名校期中联考）如图所示为一皮带传动装置的示意图。右轮半径为r，A是它边缘上的一点。左侧是一轮轴，大轮半径为，小轮半径为。B点在小轮上，到小轮中心的距离为r。C点和D点分别位于小轮和大轮的边缘上。如果传动过程中皮带不打滑，下列说法中正确的是（　　）

A. A、C两点的线速度之比为
B. A、B两点角速度之比为
C. B、D两点的角速度之比为
D. A、D两点的向心加速度之比为
【参考答案】D
【名师解析】
由图可知，AC两点属于同缘传动，则，A错误；
BCD点属于同轴传动，则，C错误；
根据，可得，B错误；
根据，可得，D正确。
6. （2023山东烟台重点高中期中）如图所示，一球体绕轴O1O2以角速度ω匀速旋转，A、B为球体上两点，下列几种说法中正确的是（　　）

A. A、B两点具有相同的角速度
B. A、B两点具有相同的线速度
C. A、B两点的向心加速度的方向都指向球心
D. A、B两点的向心加速度之比为2:1
【参考答案】A
【名师解析】
A、B为球体上两点，因此A、B两点的角速度与球体绕轴O1O2旋转的角速度相同，A正确；
如图所示，A以P为圆心做圆周运动，B以Q为圆心做圆周运动，因此A、B两点的向心加速度方向分别指向P、Q，C错误；设球的半径为R，则A运动的半径rA＝Rsin60°，B运动的半径rB＝Rsin30°，根据v=ωr可知A、B两点的线速度之比为，B错误；根据a=ω2r可知A、B两点的向心加速度速度之比为，D错误。

。
7. （2023山东烟台重点高中期中）如图所示的皮带传动装置中，皮带与轮之间不打滑，两轮半径分别为R和r，且，A、B分别为两轮边缘上的点，则皮带运动过程中，关于A、B两点，下列说法正确的是（　　）

A. 向心加速度之比
B. 角速度之比
C. 线速度大小之比
D. 在相同的时间内通过的路程之比为
【参考答案】A
【名师解析】
由于AB属于同缘传送，皮带与轮之间不打滑，因此线速度大小相等，在相同时间内通过的路程也相等，由于，由向心加速度可知，向心加速度之比，故A正确，CD错误；
B．由于AB线速度大小相等，且，根据可得，角速度之比，故B错误。
。
8.(2022广东深圳一模)明朝的《天工开物》记载了我国古代劳动人民的智慧,例如井辘轳中便体现了许多力学知识。如图所示,可转动的把手上a点到转轴的距离为2R,辘轳边缘b点到转轴的距离为R。人转动把手,把井底的物块加速拉起来,则(　　)

A.a点的角速度大于b点的角速度
B.a点的线速度小于b点的线速度
C.绳对物块拉力的冲量等于物块的动量变化量
D.绳对物块的拉力大于物块的动量变化率
【参考答案】.D　
【名师解析】 因a、b两点同轴转动,则a点的角速度等于b点的角速度,根据v=Ωr,因a点转动半径较大,可知a点的线速度大于b点的线速度,A、B错误;根据动量定理有(F-mg)t=mv,即F=mvt+mg,即绳对物块的拉力和重力的合力的冲量等于物块的动量变化量,绳对物块的拉力大于物块的动量变化率,C错误,D正确。
9.(多选)(2022云南大理模拟)绿水青山就是金山银山,为践行低碳生活的理念,自行车已成为主要绿色交通工具之一。图示为自行车的传动结构的核心部件,大齿轮、小齿轮、后轮的半径不一样,它们的边缘有三个点A、B、C,已知三个点的半径关系为rC=2rA=4rB,如图所示,当大齿轮匀速转动时,下列说法正确的是(　　)

A.A、B、C三点的线速度大小之比为1∶1∶4
B.A、B、C三点的角速度大小之比为2∶1∶1
C.A、B、C三点的向心加速度大小之比为1∶2∶8
D.A、B、C三点的转速之比为2∶1∶1
【参考答案】.AC　
【名师解析】 大、小齿轮通过链条传动,则A、B两点线速度大小相等,由v=rω可知,角速度之比为1∶2,小齿轮和后轮同轴转动,则B、C两点角速度大小相等,线速度大小之比为1∶4,故A、B、C三点的线速度大小之比为1∶1∶4,三点的角速度大小之比为1∶2∶2,A正确,B错误;由a=rω2可知,A、B、C三点的向心加速度大小之比为1∶2∶8,C正确;由ω=2πn可知,转速与角速度成正比,故A、B、C三点的转速之比为1∶2∶2,D错误。

10.如图所示,两个相同材料制成的靠摩擦传动的轮A和轮B水平放置(两轮不打滑),两轮半径rA=2rB。当主动轮A匀速转动时,在A轮边缘上放置的小木块恰能相对静止。若将小木块放在B轮上,欲使木块相对B轮静止,则木块距B轮转轴的最大距离为(　　)

A. B. C. D.rB
【参考答案】C
【名师解析】
当主动轮A匀速转动时,A、B两轮边缘上的线速度大小相等,由ω=。因A、B材料相同,故木块与A、B间的动摩擦因数相同,小木块恰能在A轮边缘上相对静止,则由静摩擦力提供的向心力达到最大值Ffm,得Ffm=mrA。设木块放在B轮上恰能相对静止时距B轮转轴的最大距离为r,则向心力由最大静摩擦力提供,故Ffm=mr,联立解得r=rA=,故C正确。
11 .某变速箱中有甲、乙、丙三个齿轮,如图所示,其半径分别为r1、r2、r3,若甲轮匀速转动的角速度为ω,三个轮相互不打滑,则丙轮边缘上各点的向心加速度大小为(　　)

A. B.
C. D.
【参考答案】A
【名师解析】
三个轮相互不打滑,则甲、丙边缘的线速度大小相等,根据v=ωr可得ω3=ω,故a3=r3=,故A正确。
12 .一磁带式放音机的转动系统如图所示,在倒带时,主动轮以恒定的角速度逆时针转动,P和Q分别为主动轮和从动轮边缘上的点,则(　　)

A.主动轮上的P点线速度方向不变
B.主动轮上的P点线速度逐渐增大
C.主动轮上的P点的向心加速度逐渐增大
D.从动轮上的Q点的向心加速度逐渐增大
【参考答案】D
【名师解析】
圆周运动的线速度方向时刻变化,A错误。P点线速度vP=ωrP,因为ω不变,rP不变,故vP大小不变,B错误。由aP=ω2rP知,P点的向心加速度大小不变,C错误。由于主动轮最外层磁带的线速度逐渐增大,因此从动轮最外层磁带的线速度也逐渐增大,而从动轮的半径减小,由aQ=ω'2rQ知,aQ逐渐增大,D正确。
13 .某两级皮带传动装置如图所示,转动时皮带均不打滑,中间两个轮子是固定在一起的,轮1的半径和轮2的半径相同,轮3的半径和轮4的半径相同,且为轮1和轮2半径的一半,则轮1边缘的a点与轮4边缘的c点相比(　　)

A.线速度之比为1∶4
B.角速度之比为4∶1
C.向心加速度之比为8∶1
D.向心加速度之比为1∶8
【参考答案】D
【名师解析】
由题意知2va=2v3=v2=vc,其中v2、v3为轮2和轮3边缘的线速度,所以va∶vc=1∶2,A错误。设轮4的半径为r,则aa=ac,即aa∶ac=1∶8,C错误,D正确。,B错误。
14. (2021安徽滁州高一质检)如图所示的皮带传动装置，主动轮上两轮的半径分别为和，从动轮的半径为，A、B、C分别为轮缘上的三点，设皮带不打滑，则以下说法正确的是（　　）

A． B．
C． D．
【参考答案】A
【名师解析】
A和B两点同轴转动，则，B和C分别处在用皮带传动的两轮边缘，则，根据线速度与角速度的关系，有，
联立，可得，，故A正确；B错误；
根据向心加速度公式，有，联立，可得，故C错误；
根据周期公式，有，联立，可得，，故D错误。
15 .共享单车是一种新型、便捷的公共交通方式．如图是某共享单车采用的无链传动系统，杜绝了传统自行车“掉链子”问题．利用圆锥齿轮90°轴交，将动力传至后轴，驱动后轮转动．在圆锥齿轮90°轴交的示意图中，A是圆锥齿轮转轴上的点，B、C分别是圆锥齿轮边缘上的点，A、B、C三点到各自圆锥齿轮中心轴的距离分别记为rA、rB和rC(rA≠rB≠rC)．下列说法正确的是(　　)

A．B与C点的角速度关系ωB＝ωC
B．C与A点的线速度关系vC＝vA
C．B与A点的角速度关系ωB＝ωA
D．A与C点的向心加速度关系aA＝aC
【参考答案】B
【名师解析】　根据题意，结合圆锥齿轮的特点，得vB＝vC，根据v＝ω·r，可知ωB≠ωC，选项A错误．A、B同轴转动，故角速度相同，vC＝vB＝vA，结合aC＝，得aA＝aC，选项B正确，选项CD错误．
16. (2023云南部分重点高中期中)学生常用的剪刀如图所示，A、B是剪刀上的两点，B点离O点（转轴）更近，则在正常使用过程中（　　）

A. A、B两点的角速度大小不同 B. A、B两点的线速度大小相同
C. A点的向心加速度更大 D. B点的向心加速度更大
【参考答案】C
【名师解析】
A、B两点同轴转动，角速度相同，A错误；根据公式可知A、B两点的线速度大小不相等，B点离O点更近，故A点的线速度更大，B错误；根据r可知， C正确、D错误。

17. 在如图所示的齿轮传动中，三个齿轮的半径之比为2∶3∶6，当齿轮转动的时候，关于小齿轮边缘的A点和大齿轮边缘的B点，(　　)

图7
A．A点和B点的线速度大小之比为1∶1
B．A点和B点的角速度之比为1∶1
C．A点和B点的角速度之比为3∶1
D．以上三个选项只有一个是正确的
【参考答案】　AC
【名师解析】　题图中三个齿轮边缘线速度相等，A点和B点的线速度大小之比为1∶1，由v＝ωr可得，线速度一定时，角速度与半径成反比，A点和B点角速度之比为3∶1，选项A、C正确，选项B、D错误．
18. 如图6所示，轮O1、O3固定在同一转轴上，轮O1、O2用皮带连接且不打滑．在O1、O2、O3三个轮的边缘各取一点A、B、C，已知三个轮的半径之比r1∶r2∶r3＝2∶1∶1，求：

图6
(1)A、B、C三点的线速度大小之比vA∶vB∶vC；
(2)A、B、C三点的角速度大小之比ωA∶ωB∶ωC；
(3)A、B、C三点的向心加速度大小之比aA∶aB∶aC.
【参考答案】　(1)2∶2∶1　(2)1∶2∶1　(3)2∶4∶1
【名师解析】　(1)令vA＝v，由于皮带传动时不打滑，所以vB＝v.因ωA＝ωC，
由公式v＝ωr知，当角速度一定时，线速度跟半径成正比，故vC＝v，
所以vA∶vB∶vC＝2∶2∶1.
(2)令ωA＝ω，由于轮O1、O3同轴转动，所以ωC＝ω.因vA＝vB，由公式ω＝知，当线速度相同时，角速度跟半径成反比，故ωB＝2ω，所以ωA∶ωB∶ωC＝1∶2∶1.
(3)令A点向心加速度为aA＝a，因vA＝vB，由公式a＝知，当线速度一定时，向心加速度跟半径成反比，所以aB＝2a.又因为ωA＝ωC，由公式a＝ω2r知，当角速度一定时，向心加速度跟半径成正比，故aC＝a.所以aA∶aB∶aC＝2∶4∶1.