水平面内圆周运动
水平面内的圆周运动
4、图为一皮带传 动装置，右轮半径 为r，a为它边缘上 一点；左侧是一轮 轴，大轮半径为4r， 小轮半径为2r，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。若传动过程中皮带不打滑，则（ ） A a点和b点的线速度大小相等 B a点和b点的角速度大小相等 C a点和c点的线速度大小相等 D a点和d点的向心加速度大小相等
转台上物体的临界问题：
ω
N
f
A
G
3、如图所示皮带转动轮，大轮直径是小轮直 径的２倍，A是大轮边缘上一点，B是小轮边 缘上一点，C是大轮上一点，C到圆心O1的距 离等于小轮半径。转动时皮带不打滑，则A、 B、C三点的角速度之比ωA： ωB： ωC=________，向心加速度大小之比aA：aB： 1:２:1 aC=________。 ２:４:1
向心力
1.定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指 向圆心的合力，叫向心力。
注意：
2.特点：方向始终与V垂直，指向圆心。 例 方向时刻发生变化，是变力
V F
O F O
1、向心力通常由重力、弹力、摩 擦力中的某一个力，或者是某个力 的分力，或几个力的合力所提供。
2、向心力是根据力的作用效 果来命名的，受力分析时不要 把向心力当作一个独立的力。
F
V
V
卫星绕地球运动--万有引力
光滑桌面上转动的小球 ---弹力
随圆盘匀速转动的物体
圆锥摆---重力和弹力的合力
-----摩擦练习】 请分析以下圆周运动的向心力的来源。
汽车转弯的向心力由谁提供？
. 冰面上的溜冰运动员所受最大静摩擦力为运动员重 力的K倍，在水平面上沿半径为R的圆周滑行的运动 员，其安全速度为（ ）
水平面内圆周运动的临界问题
水平面内圆周运动的临界问题
题
水平面内圆周运动的临界极值问题型 分1.与摩擦Fra bibliotek有关的临界问题
类 2.与弹力有关的临界问题
1．与摩擦力有关的临界极值问题
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Ffm＝mv2/r，静摩擦力的方向一定指向圆心； 如果除摩擦力以外还有其他力，存在一个恰不向内 滑动的临界条件和一个恰不向外滑动的临界条件.
速转动时，要保持木块与转盘相对静 止，木块转动半径的范围是多少？(g 取10 m/s2)
【盘审题备转用动123...当当若变的木使木式角块 木块速】离 块恰度对圆 半好范于心 径不围上的再向是题距增里多，离大滑少若很动,木？木小时块块时,所木,转块受随动受圆各的力盘力情转情半况动况径如,又保木何会块持?如会r遵=何向0从变.圆5什m化心么,则？滑规转动律？？
两边连接着物理过程的不同阶段，各阶段物体的运动形 式以及遵循的物理规律往往不同． 4．结合圆周运动知识，列出相应的动力学方程综合分析。
【跟踪训练】 如图所示，质量为m的
木块，用一轻绳拴着，置于很大的水
平转盘上，细绳穿过转盘中央的细管， 与质量也为m的小球相连，木块与转 盘间的最大静摩擦力为其重力的μ倍(μ ＝0.2)，当转盘以角速度ω＝4 rad/s匀
审 (1)转台的角速度较小时，谁提供向心力？
题
(2)物块A、B谁先达到最大静摩擦力？ (3)细线上何时开始出现张力？
设 (4)细线上有张力时，谁提供物块A、B的向心力，列出表 达式？
疑 (5)两物块何时开始滑动？
转 解析
【备选】 如图所示,水平杆固定在竖直杆上,两者互相垂直,水平杆上 O、 A 两点连接有两轻绳,两绳的另一端都系在质量为 m 的小球上,OA＝OB
水平面内圆周运动临界问题的分析技巧
水平面内圆周运动临界问题的分析技巧1．在水平面内做圆周运动的物体，当角速度ω变化时，物体有远离或向着圆心运动的趋势．这时要根据物体的受力情况，判断某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪(特别是一些接触力，如静摩擦力、绳的拉力等)．2．三种临界情况：(1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是：弹力F N＝0.(2)相对滑动的临界条件：两物体相接触且处于相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对滑动的临界条件是：静摩擦力达到最大值．(3)绳子断裂与松驰的临界条件：绳子所能承受的张力是有限度的，绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力，绳子松弛的临界条件是：F T＝0.1．(多选) 如图1所示，两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上，a 与转轴OO′的距离为l，b与转轴的距离为2l，木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g.若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是()图1A．b一定比a先开始滑动B．a、b所受的摩擦力始终相等C．ω＝kg2l是b开始滑动的临界角速度D．当ω＝2kg3l时，a所受摩擦力的大小为kmg答案AC解析小木块a、b做圆周运动时，由静摩擦力提供向心力，即f＝mω2R.当角速度增加时，静摩擦力增大，当增大到最大静摩擦力时，发生相对滑动，对木块a：f a＝mωa2l，当f a＝kmg时，kmg＝mωa2l，ωa＝kgl；对木块b：f b＝mωb2·2l，当f b＝kmg时，kmg＝mωb2·2l，ωb＝kg2l，所以b先达到最大静摩擦力，选项A正确；两木块滑动前转动的角速度相同，则f a＝mω2l，f b＝mω2·2l，f a<f b，选项B错误；当ω＝kg2l时b刚要开始滑动，选项C正确；当ω＝ 2kg 3l 时，a 没有滑动，则f a ＝mω2l ＝23kmg ，选项D 错误．。
水平面内的圆周运动
水平面内圆周运动的两种模型一、两种模型模型Ⅰ圆台转动类小物块放在旋转圆台上，与圆台保持相对静止，如图1所示．物块与圆台间的动摩擦因数为μ，离轴距离为R，圆台对小物块的静摩擦力(设最大静摩擦力等于摩擦力)提供小物块做圆周运动所需的向心力．水平面内，绳拉小球在圆形轨道上运动等问题均可归纳为“圆台转动类”．图1临界条件圆台转动的最大角速度ωmax=，当ω<ωmax时，小物块与圆台保持相对静止；当ω>ωmax时，小物块脱离圆台轨道．模型Ⅱ火车拐弯类如图2 所示，火车拐弯时，在水平面内做圆周运动，重力mg和轨道支持力N的合力F提供火车拐弯时所需的向心力．圆锥摆、汽车转弯等问题均可归纳为“火车拐弯类”．图2临界条件若v=，火车拐弯时，既不挤压内轨也不挤压外轨；若v>，火车拐弯时，车轮挤压外轨，外轨反作用于车轮的力的水平分量与F之和提供火车拐弯时所需的向心力；若v>，火车拐弯时，车轮挤压内轨，内轨反作用于车轮的力的水平分量与F之差提供火车拐弯时所需的向心力．二、两种模型的应用例1 如图3所示，半径为R的洗衣筒，绕竖直中心轴00'转动，小橡皮块P靠在圆筒内壁上，它与圆筒间的动摩擦因数为μ.现要使小橡皮块P恰好不下落，则圆筒转动的角速度ω至少为多大?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)图3 图4【解析】此题属于“圆台转动类”，当小橡皮块P绕轴00'做匀速圆周运动时，小橡皮块P受到重力G、静摩擦力f和支持力N的作用，如图4所示.其中“恰好”是隐含条件，即重力与最大静摩擦力平衡f max=G，μN=mg列出圆周运动方程N=mω2min R联立解得ωmin=例2 在半径为R的半球形碗的光滑内面，恰好有一质量为m的小球在距碗底高为H处与碗保持相对静止，如图5所示．则碗必以多大的角速度绕竖直轴在水平面内匀速转动?图5【解析】此题属于“火车拐弯类”，当小球做匀速圆周运动时，其受到重力G和支持力F的作用，如图5所示.隐含条件一是小球与碗具有相同的角速度ω，隐合条件二是小球做匀速圆周运动的半径r=Rcosθ．列出圆周运动方程Fcosθ=mω2Rcosθ竖直方向上由平衡条件有Fsinθ-mg=0其中 sinθ=联立解得ω=例3 长度为2l的细绳，两端分别固定在一根竖直棒上相距为l的A、B两点，一质量为m的光滑小圆环套在细绳上，如图6所示．则竖直棒以多大角速度匀速转动时，小圆环恰好与A点在同一水平面内?图6【解析】此题属于“火车拐弯类”，当小圆环做匀速圆周运动时，小圆环受到重力G、绳OB的拉力F和绳OA的拉力F的作用，如图7所示图7隐含条件一是小圆环与棒具有相同角速度ω，隐含条件二是小圆环光滑，两侧细绳拉力大小相等，隐含条件三是小圆环做匀速圆周运动的圆心为A点、半径为r(OA)．列出圆周运动方程 F+Fcosθ=mω2r由平衡条件有 Fsinθ-mg=0其中 cosθ=，sinθ=联立解得ω=小试身手1、如图8所示，质量均为m的A、B两物体用细绳悬着，跨过固定在圆盘中央光滑的定滑轮．物体A与圆盘问的动摩擦因数为μ，离圆盘中心距离R．为使物体A与圆盘保持相对静止，则圆盘角速度ω的取值范围为多少？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）图82、如图9所示，长度分别为l1和l2两细绳OA、OB，一端系在竖直杆，另一端系上一质量为m的小球，两细绳OA和OB同时拉直时，与竖直杆的夹角分别为30°、45°.则杆以多大角速度转动时，两细绳同时且始终拉直？图9。
水平面内圆周运动(五大类)
水平面内圆周运动（五大类）静摩擦力供给向心力1. 如图所示，粗糙水平圆盘上，质量相等的A 、B 两物块叠放在一起，随圆盘一起做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）A.物块A 、B 的运动属于匀变速曲线运动B.B 的向心力是A 的向心力的2倍C.盘对B 的摩擦力是B 对A 的摩擦力的2倍D.若B 先滑动，则B 与A 之间的动摩擦因数μA 小于盘与B 之间的动摩擦因数μB2. 在室内自行车比赛中，运动员以速度v 在倾角为θ的赛道上做匀速圆周运动。
已知运动员的质量为m ，做圆周运动的半径为R ，重力加速度为g ，则下列说法正确的是( )A ．将运动员和自行车看作一个整体，整体受重力、支持力、摩擦力和向心力的作用B ．运动员受到的合力大小为m v 2R ，做圆周运动的向心力大小也是m v 2RC ．运动员做圆周运动的角速度为v RD ．如果运动员减速，运动员将做离心运动3. 水平转台上有质量相等的A 、B 两小物块，两小物块间用沿半径方向的细线相连，两物块始终相对转台静止，其位置如图所示(俯视图)，两小物块与转台间的最大静摩擦力均为f 0，则两小物块所受摩擦力F A 、F B 随转台角速度的平方(ω2)的变化关系正确的是( )4. 【多选】如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿半径方向放着用细线相连的质量相等的两个物体A 和B ，它们分居圆心两侧，与圆心距离分别为R A ＝r ，R B ＝2r ，与盘间的动摩擦因数μ相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时，下列说法正确的是( )A ．此时绳子张力为T ＝3μmgB ．此时圆盘的角速度为ω＝ 2μg rC ．此时A 所受摩擦力方向沿半径指向圆外D ．此时烧断绳子，A 仍相对盘静止，B 将做离心运动5. 【多选】如图所示，两个可视为质点的、相同的木块A 和B 放在转盘上，两者用长为L 的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K 倍，A 放在距离转轴L 处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O 1O 2转动，开始时，绳恰好伸直但无弹力，现让该装置从静止开始转动，使角速度缓慢增大，以下说法正确的是( )A ．当ω＞2Kg 3L 时，A 、B 相对于转盘会滑动 B ．当ω＞Kg 2L时，绳子一定有弹力C ．ω在Kg 2L ＜ω＜2Kg 3L范围内增大时，B 所受摩擦力变大 D ．ω在0＜ω＜2Kg 3L范围内增大时，A 所受摩擦力一直变大 6. 【多选】如图，叠放在水平转台上的物体A 、B 、C 能随转台一起以角速度ω匀速转动，A 、B 、C 的质量分别为3m 、2m 、m ，A 与B 、B 和C 与转台间的动摩擦因数都为μ，AB 整体、C 离转台中心的距离分别为r 、1.5r.设本题中的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列说法正确的是( )A ．B 对A 的摩擦力一定为3μmgB ．B 对A 的摩擦力一定为 3mω2rC ．转台的角速度一定满足：ω≤μg r D ．转台的角速度一定满足：ω≤2μg 3r7. 【多选】如图所示，在水平转台上放一个质量M ＝2.0 kg 的木块，它与台面间的最大静摩擦力F f m ＝6.0 N ，绳的一端系住木块，另一端穿过转台的中心孔O (为光滑的)悬吊一质量m ＝1.0 kg 的小球，当转台以ω＝5.0 rad/s 的角速度转动时，欲使木块相对转台静止，则它到O 孔的距离可能是( )A.6 cmB.15 cmC.30 cmD.34 cm8. 如图所示，物块P 置于水平转盘上随转盘一起运动，图中c 方向沿半径指向圆心，a 方向与c 方向垂直。
水平面内圆周运动的临界问题
水平面内圆周运动的临界问题一．由于弹力发生突变引起的临界问题1．如图所示，半径为 R 的圆筒绕竖直中心轴 OO ′ 转动，小物块 A 靠在圆筒的内壁上，它与圆筒的动摩擦因数为 μ，现要使 A 不下落，则圆筒转动的角速度 ω 至少为 （ ）A ．R gμ B ．g μ C ．R g D ．R g μ2．如图所示，OO ′为竖直轴，MN 为固定在OO ′上的水平光滑杆，有两个质量相同的金属球A 、B 套在水平杆上，AC 和BC 为抗拉能力相同的两根细线，C 端固定在转轴OO ′上．当绳拉直时，A 、B 两球转动半径之比恒为2∶1，当转轴的角速度逐渐增大时（ ）A ．AC 先断B ．BC 先断C ．两线同时断D ．不能确定哪根线先断3．如图(a)所示，在光滑的圆锥顶用长为L 的细线悬挂一质量为m 的小球，圆锥顶角为2θ，当圆锥和球一起以角速度ω匀速转动时，球压紧锥面．此时绳的张力是多少？若要小球离开锥面，则小球的角速度至少为多少？4．用长L 1=4m 和长为L 2=3m 的两根细线，拴一质量m=2kg 的小球A ，L 1和L 2的另两端点分别系在一竖直杆的O 1，O 2处，已知O 1O 2=5m 如下图（g ＝10m·s-2）（1）当竖直杆以的角速度ω匀速转动时，O 2A 线刚好伸直且不受拉力．求此时角速度ω1．ω1=1.77（rad/s ）（2）当O 1A 线所受力为100N 时，求此时的角速度ω2．ω2=474（rad/s ）5．如图所示，把一个质量m = 1 kg 的物体通过两根等长的细绳与竖直杆上A 、B 两个固定点相连接，绳a 、b 长都是1 m ，杆AB 长度是1.6 m ，直杆和球旋转的角速度等于多少时，b 绳上才有张力？ 当直杆和球的ω＞3.5 rad/s 时，b 中才有张力６.如图所示，质量为m=0.1kg 的小球和A 、B 两根细绳相连，两绳固定在细杆的A 、B 两点，其中A 绳长L A =2m ，当两绳都拉直时，A 、B 两绳和细杆的夹角θ1=30°，θ2=45°，g=10m/s 2．求：（1）当细杆转动的角速度ω在什么范围内，A 、B 两绳始终张紧？（2）当ω=3rad/s 时，A 、B 两绳的拉力分别为多大？（1）2.4 rad/s ≤ω≤3.15 rad/s （2）T A =0.27N ， T B =1.09N二．由于摩擦力发生突变引起的临界问题例1： 如图所示水平转盘上放有质量为m 的物快，当物块到转轴的距离为r 时,若 物块始终相对转盘静止，物块和转盘间最大静摩擦力是正压力的μ倍，求转盘转动的最大角速度是多大？拓展：如O 点与物块连接一细线，求：（1）当ω1=r g 2μ时，细线的拉力T 1 （2）当ω2=r g 23μ时，细线的拉力T 2 练习：1、如图所示A 、B 、C 三个物体放在旋转圆台上，动摩擦因数均为μ，A 的质量为2m ，B 、C 质量均为m ，A 、B 离轴为R,C 离轴为2R ，则当圆台旋转时，（设A 、B 、C 都没有滑动）：（ ）A.C 物的向心加速度最大B.B 物的静摩擦力最小C.当圆台转速增加时，C 比A 先滑动D. 当圆台转速增加时，B 比A 先滑动2．一圆盘可以绕其竖直轴在图2所示水平面内转动，甲、乙物体质量分别是M 和m （M>m ）两物体用一根长为)(R L L <好沿半径方向被拉直，过（两物体均看作质点）（ ）A.mL gm M )(-μ B.ML g m M )(-μC.ML gm M )(+μ D.mL g m M )(+μ 图2 3．如图所示，用细绳一端系着的质量为M=0.6kg 的物体A 静止在水平转盘上，细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O A 的重心到O 点的距离为0.2m ．若A 保持静止，求转盘绕中心O4．如图，光滑的水平桌面上钉有两枚铁钉A 、B ，相距L0=0.1m ．长L=1m 的柔软细线一端拴在A 上，另一端拴住一个质量为500g 的小球．小球的初始位置在AB 连线上A 的一侧．把细线拉直，给小球以2m ／s 的垂直细线方向的水平速度，使它做圆周运动．由于钉子B 的存在，使细线逐步缠在A 、B 上．若细线能承受的最大张力Tm=7N ，则从开始运动到细线断裂历时多长？ ωM mr。
第18讲 水平面内的圆周运动(圆锥摆模型)及其临界问题(原卷版)
第18讲水平面内的圆周运动（圆锥摆模型）及其临界问题1．（江苏高考）如图所示，“旋转秋千”中的两个座椅A、B质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上，不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，下列说法正确的是（）A．A的速度比B的大B．A与B的向心加速度大小相等C．悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等D．悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小一.知识总结1．圆周运动相关物理量3.匀速圆周运动与变速圆周运动的区别与联系匀速圆周运动变速圆周运动运动特点线速度的大小不变，角速度、周期和频率都不变，向心加速度的大小不变线速度的大小、方向都变，角速度变，向心加速度的大小、方向都变，周期可能变也可能不变受力特点所受到的合力为向心力，大小不变，方向变，其方向时刻指向圆心所受到的合力不总指向圆心，合力产生两个效果：①沿半径方向的分力F n，即向心力，它改变速度的方向；②沿切线方向的分力F t，它改变速度的大小运动性质非匀变速曲线运动(加速度大小不变，方向变化)非匀变速曲线运动(加速度大小、方向都变化)二. 圆锥摆模型及其临界问题1.圆锥摆模型的受力特点受两个力，且两个力的合力沿水平方向，物体在水平面内做匀速圆周运动。
2．运动实例运动模型向心力的来源图示飞机水平转弯火车转弯圆锥摆物体在光滑半圆形碗 内做匀速圆周运动3．解题方法(1)对研究对象进行受力分析，确定向心力来源。
(2)确定圆心和轨道半径。
(3)应用相关力学规律列方程求解。
4．规律总结 (1)圆锥摆的周期如图摆长为L ，摆线与竖直方向夹角为θ。
受力分析，由牛顿第二定律得：mg tan θ＝m 4π2T 2rr ＝L sin θ解得T ＝2πL cos θg ＝2πh g 。
(2)结论①摆高h ＝L cos θ，周期T 越小，圆锥摆转得越快，θ越大。
②摆线拉力F ＝mgcos θ，圆锥摆转得越快，摆线拉力F 越大。
③摆球的加速度a ＝g tan θ。
专题：水平面内的圆周运动
水平面内的圆周运动一、水平圆盘问题例1、水平圆盘以角速度ω匀速转动,距转动轴L的位置有一小物块与圆盘相对静止,小物块的向心加速度多大所受摩擦力多大对接触面有什么要求离轴近的还是远的物体容易滑动练习：质量相等的小球A、B分别固定在轻杆的中点和端点,当杆在光滑的水平面上绕O点匀速转动时,求杆的OA段和AB段对小球的拉力之比;O A例2、中心穿孔的光滑水平圆盘匀速转动,距转动轴L的位置有一质量为m的小物块A通过一根细线穿过圆盘中心的光滑小孔吊着一质量为M的物体B,小物块A与圆盘相对静止,求盘的角速度;°变式：若圆盘上表面不光滑,与A的动摩擦因数为μ,则圆盘角速度的取值范围是多少例3、在半径为r的匀速转动的竖直圆筒内壁上附着一物块,物块与圆筒的动摩擦因数为μ,要使物块不滑下来,圆筒转动的角速度应满足什么条件例4、长为L的细线悬挂质量为M的小球,小球在水平面内做匀速圆周运动,细线与竖直方向夹角为θ,求1小球的角速度;2小球对细线的拉力大小;变式：一个光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定,质量为m的小球沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动,圆锥母线与轴线夹角为θ,小球到锥面顶点的高为h,1小球的向心加速度为多少2对圆锥面的压力为多大3小球的角速度和线速度各为多少·θ思考：小球的向心加速度与小球质量有关吗与小球的高度有关吗若有两个小球在同一光滑的圆锥形筒内转动,A球较高而B球较低,试比较它们的向心加速度、对圆锥面的压力、线速度、角速度大小;二、临界问题例5：如图所示,洗衣机内半径为r 的圆筒,绕竖直中心轴OO ′转动,小物块a 靠在圆筒的内壁上,它与圆筒的动摩擦因数为μ,现要使a 不下落,则圆筒转动的角速度ω至少为A ．r g /μB ．g μC ．r g /D ．r g μ/例6：如图所示,细绳一端系着质量M ＝的物体,静止在水平桌面上,另一端通过光滑的小孔吊着质量m ＝的物体 m,已知M 与圆孔距离为,M 与水平面间的最大静摩擦力为2N;现使此平面绕中心轴线转动,问角速度ω在什么范围m 会处于静止状态g ＝10m ／s 2例7、如图所示,两根相同的细线长度分别系在小球和竖直杆M 、N 两点上,其长度分别为L 、R 且构成如图一个直角三角形,小球在水平面内做匀速圆周运动,细线能承受的最大拉力为2mg,当两根细线都伸直时,若保持小球做圆周运动的半径不变,求：小球的角速度范围变式、如图所示,两根相同的细线长度分别系在质量为m 的小球和竖直杆M 、N 两点上;小球在水平面内做匀速圆周运动,当两根细线都伸直时,小球到杆的距离为R,且细线与杆的夹角分别为θ和α,承受的最大拉力为2mg,若保持小球做圆周运动的半径不变,求：小球的角速度范围三、两个或多个物体的圆周运动例4：如图所示,A 、B 、C 三个物体放在水平旋转的圆盘上,三物与转盘的最大静摩擦因数均为μ,A 的质量是2m ,B 和C 的质量均为m ,A 、B 离轴距离为R ,C 离轴2R ,若三物相对盘静止,则A ．每个物体均受重力、支持力、静摩擦力、向心力四个力作用B ．C 的向心加速度最大 C ．B 的摩擦力最小D ．当圆台转速增大时,C 比B 先滑动,A 和B 同时滑动例5：在光滑杆上穿着两个小球m 1、m 2,且m 1=2m 2,用细线把两球连起来,当盘架匀速转动时,两小球刚好能与杆保持无相对滑动,如右图所示,此时两小球到转轴的距离r 1与r 2之比为A ．1∶1B ．1∶2C ．2∶1D ．1∶2四、课后作业1．在水平面上转弯的汽车,提供向心力的是A ．重力与支持力的合力B ．静摩擦力Mr o mgR v ≤μC ．滑动摩擦力 D ．重力、支持力、牵引力的合力 2．有长短不同,材料相同的同样粗细的绳子,各拴着一个质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动,那么A ．两个小球以相同的线速度运动时,长绳易断B ．两个小球以相同的角速度运动时,长绳易断C ．两个球以相同的周期运动时,短绳易断D ．不论如何,短绳易断3．在一段半径为R 的圆孤形水平弯道上,已知弯道路面对汽车轮胎的最大静摩擦力等于车重的μ倍,则汽车拐弯时的安全速度是A ．v gR ≤μ B ． C ．v gR ≤2μ D ．v gR ≤μ 4．如图所示,A 、B 、C 三个小物体放在水平转台上,m A =2m B =2m C ,离转轴距离分别为2R A =2R B =R C ,当转台转动时,下列说法正确的是A ．如果它们都不滑动,则C 的向心加速度最大B ．如果它们都不滑动,则B 所受的静摩擦力最小C ．当转台转速增大时,B 比A 先滑动D ．当转台转速增大时,C 比B 先滑动5．如图所示,甲、乙两名滑冰运动员,M 甲=80kg,M 乙=40kg,面对面拉着弹簧秤做圆周运动的溜冰表演,两人相距,弹簧秤的示数为600N,下列判断中正确的是A ．两人的线速度相同,约为sB ．两人的角速度相同,约为5rad/sC ．两人的运动半径相同,都是D ．两人的运动半径不同,甲为,乙为6．汽车在倾斜的轨道上转弯如图所示,弯道的倾角为θ,半径为r ,则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是设转弯半径水平A ．θsin grB ．θcos grC ．θtan grD ．θcot gr7．一辆质量为1t 的赛车正以14m/s 的速度进入一个圆形跑道,已知跑道半径为50m,最大静摩擦力约等于滑动摩擦力,则：1此赛车转弯所需的向心力是多大2当天气晴朗时,赛车和路面之间的摩擦系数是,问比赛过程中赛车是否能顺利通过弯道3在雨天时,赛车和路面之间的摩擦系数是,问比赛过程中赛车是否能顺利通过弯道8．水平圆盘绕竖直轴以角速度ω匀速转动;一个质量为50kg 的人坐在离轴r=m/3处随盘一起转动;设人与盘的最大静摩擦力均为体重的倍,g取10 m/s2,求：1ω为多大时,人开始相对盘滑动;2此时离中心ｒ′= m处的质量为100kg的另一个人是否已相对滑动请简述理由;。
水平面内的圆周运动经典案例
水平面内的圆周运动一、锥摆与类锥摆1、锥摆题1、长为L的细线，拴一质量为m的小球，一端固定于O点。
让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动)，如图所示。
当摆线L与竖直方向的夹角是α时，求：(1) 线的拉力F；(2) 小球运动的线速度的大小；(3) 小球运动的角速度及周期。
题2、如图，已知绳长a＝0.2m，水平杆长b＝0.1m，小球质量m＝0.3kg，整个装置可绕竖直轴转动。
（1）要使绳子与竖直方向成450角，试求该装置必须以多大的角速度旋转？（2）此时绳子对小球的拉力为多大？题3、如图所示，是双人花样滑冰运动中男运动员拉着女运动员做圆锥摆运动的精彩场面．若女运动员做圆锥摆运动时和竖直方向的夹角为θ,女运动员的质量为m,转动过程中女运动员的重心做匀速圆周运动的半径为r,求：这时男运动员对女运动员的拉力大小及两人转动的角速度？题4、如图所示，两个质量不同的小球用长度不等的细线拴在同一点，并在同一水平面内作匀速圆周运动，则它们的( ).(A)运动周期相同(B)运动线速度一样(C)运动角速度相同(D)向心加速度相同θωrab2、类锥摆题5、如图所示，一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，有两个质量相等的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则以下说法中正确（）A．A球的线速度必定大于B球的线速度B．A球的角速度必定小于B球的线速度C．A球的运动周期必定小于B球的运动周期D．A球对筒壁的压力必定大于B球对筒壁的压力题6、沿半径为R的半球型碗底的光滑内表面，质量为m的小球正以角速度ω，在一水平面内作匀速圆周运动，试求此时小球离碗底的高度二、转台与转筒题7、如图所示，小物体A与圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起做匀速圆周运动，则A的受力情况是：( )A．受重力、支持力B．受重力、支持力和指向圆心的摩擦力C．受重力、支持力、向心力、摩擦力D．以上均不正确题8、如图所示水平转盘上放有质量为m的物快A，物块和转盘间最大静摩擦力是正压力的 倍，当物块A到转轴的距离为r时,若要保持物块始终相对转盘静止，求转盘转动的最大角速度是多大？题9、如图所示，用同样材料做成的A、B、C三个物体放在匀速转动的水平转台上随转台一起绕竖直轴转动．已知三物体质量间的关系m A=2m B=3m C，转动半径之间的关系是r C=2r A=2r B，那么以下说法中错误的是：( )A．物体A受到的摩擦力最大B．物体B受到的摩擦力最小C．物体C的向心加速度最大D．转台转速加快时，物体B最先开始滑动ABθRh题10、如图所示，半径为r的圆桶绕中心轴OO‘匀速转动，角速度为ω，一小块质量为m的小滑块，靠在圆桶内壁与圆桶保持相对静止，求小滑块对桶的摩擦力和压力大小各为多少？三、车辆转弯1、汽车转弯题11、一质量为m汽车，轮胎和地面的摩擦因数为µ，汽车在水平路面出转弯，已知转弯半径为R，则汽车转弯是的最大安全速度为多少？2、火车转弯动力学分析：动力学分析：题12、火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定.若在某转弯处规定行驶的速度为v，则下列说法中正确的是( ).①当火车以v的速度通过此弯路时，火车所受重力与轨道面支持力的合力提供向心力②当火车以v的速度通过此弯路时，火车所受重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力③当火车速度大于v时，轮缘挤压外轨④当火车速度小于v时，轮缘挤压外轨A、①③B、①④C、②③D、②④水平轨道倾斜轨道。
《水平面内的圆周运动》 知识清单
《水平面内的圆周运动》知识清单一、什么是水平面内的圆周运动在水平面上，一个物体沿着圆周轨迹运动，这种运动就被称为水平面内的圆周运动。
比如，在光滑水平桌面上用绳子拴着一个小球做圆周运动，或者汽车在水平弯道上行驶等，都是常见的水平面内圆周运动的例子。
二、水平面内圆周运动的受力特点要使物体在水平面内做圆周运动，必须有一个指向圆心的合力来提供向心力。
这个向心力可以由一个力单独提供，也可以由几个力的合力来提供。
当只有一个力提供向心力时，比如用绳子拴着小球在水平面上做圆周运动，绳子的拉力就提供了向心力。
如果是几个力的合力提供向心力，比如汽车在水平弯道上行驶，汽车受到的重力和支持力相互平衡，而地面给汽车的摩擦力就提供了向心力，使得汽车能够沿着弯道做圆周运动。
三、向心力的表达式向心力的大小可以用以下公式来计算：＼（F_{向} ＝ m\frac{v^｛2}｝｛r}＼），其中＼（m\）是物体的质量，＼（v\）是物体做圆周运动的线速度，＼（r\）是圆周运动的半径。
或者＼（F_{向} ＝mω^｛2}r\），其中＼（ω\）是物体做圆周运动的角速度。
四、线速度与角速度的关系在水平面内的圆周运动中，线速度＼（v\）和角速度＼（ω\）之间存在着密切的关系，即＼（v ＝ωr\）。
线速度是物体在圆周运动中经过的弧长与所用时间的比值，它描述了物体在圆周上运动的快慢。
角速度是物体在单位时间内转过的角度，它反映了物体转动的快慢。
五、常见的水平面内圆周运动实例1、圆锥摆运动一个小球用一根长为＼（L\）的细线悬挂起来，在水平面内做圆周运动。
此时，小球受到重力和绳子的拉力，拉力在水平方向的分力提供了向心力。
向心力大小为＼（F_{向} ＝mgtanθ\），根据向心力的表达式＼（F_{向} ＝mω^｛2}r\），可以得出角速度＼（ω ＝＼sqrt{＼frac{gtanθ}｛Lcosθ}｝＼）。
2、汽车在水平弯道上行驶汽车在弯道上行驶时，为了避免侧滑，弯道通常会有一定的倾斜角度。
水平面内圆周运动的临界问题
专题：水平面内圆周运动的临界问题教学目标1.知道水平面内圆周运动特点。
2.知道并理解常见的临界条件。
3.熟练掌握解决水平面内圆周运动的一般方法。
解决圆周运动中临界问题的一般方法（1）对物体进行受力分析（2）找到其中可以变化的力以及它的临界值。
（3）求出向心力的临界值。
（4）用向心力公式求解。
类型1.与最大静摩擦力有关的临界问题情景1. 如图所示，两个质量均为m的小木块a和b（可视为质点）放在水平圆盘上，a与转轴OOʹ的距离为l，b与转轴OOʹ的距离为2l，木块与圆盘的最大静摩擦力为木块重力的k倍，重力加速度大小为g，使圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度。
（1）谁先滑动。
（2）当ω为多大时a开始滑动。
情景2.如图所示，两个可视为质点的、相同的木块A和B放在转盘上，两者用长为L的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K倍，A放在距离转轴L处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O1O2转动．开始时，绳恰好伸直但无弹力，现让该装置从静止开始转动，使角速度缓慢增大。
（1）谁的摩擦力先达到最大静摩擦力，此时的角速度多大。
（2）A和B的所受的摩擦力与ω2的函数关系。
情景3.如图所示，两个可视为质点的、相同的木块A和B放在转盘上，两者用长为3L的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K倍，1放在距离转轴L 处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O 1O 2转动．开始时，绳恰好伸直但无弹力，现让该装置从静止开始转动，使角速度缓慢增大。
（1）谁的摩擦力先达到最大静摩擦力，此时的角速度多大。
（2）1和2的所受的摩擦力与ω2的函数关系。
练习1：如图所示，两个可视为质点的、相同的木块A 和B 放在转盘上，两者用长为L 的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K 倍，A 放在距离转轴L 处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O 1O 2转动．开始时，绳恰好伸直但无弹力，现让该装置从静止开始转动，使角速度缓慢增大，以下说法正确的是（ ）A ．当3L2Kg ω时，A 、B 相对于转盘会滑动 B ．当2LKg ω 时，绳子一定有弹力 C ．3L2Kg ω2L Kg ω 在范围内增大时，B 所受摩擦力变大 D ．0ω3L 2Kg ω 在范围内增大时，A 所受摩擦力一直变大类型2.圆锥面上的临界问题如图所示，一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上，其轴线沿竖直方向，母线与轴线的夹角为θ，一条长为l 的绳，一端固定在圆锥体的顶点，另一端系一个质量为m 的小球，小球以角速度ω绕圆柱体的轴线在水平面内做匀速圆周运动，求绳的拉力T 与ω2的函数关系 。
水平面内的圆周运动实例分析总结
水平面内的圆周运动实例分析总结水平面内的圆周运动，顾名思义即为物体在水平面内所作的圆周运动。
在生活中这样的例子很多，其运动的分析在高中物理中也是比较重要的，对学生来说也存在着一定的难度。
其实做这方面的习题时，关键是找出是什么力来提供的向心力，将受力分析所得的实际力与理论公式中的向心力联立，就可以得到所需要求的物理量。
现将常见的水平面内的圆周运动归结如下：一、水平面内汽车转弯、物体随转盘转动：某个力提供向心力在上述两个问题中，物体都处于水平接触面上，竖直方向的支持力和重力两者互相抵消，而物体作圆周运动时都有着被向外甩出的趋势，所以向心力都是由静摩擦力提供，即f静=Fn=。
从公式还可以看出，r一定时，v越大，所需的Fn 就会越大，当所需的Fn>Fmax时,物体将不能再作圆周运动。
临界Fmax=≈F动=μmg，所以v临=μgr。
当v>v临，物体将被甩出。
二、火车转弯、漏斗内物体的圆周运动、圆锥摆类，向心力由几个力的合力提供虽然这几种情况描述的物体运动形式不同，但从受力分析上看非常相似，都是除受到竖直向下的重力之外，再受到一个倾斜的支持力或拉力。
因为物体在水平面上作圆周运动需要水平方向的向心力，所以支持力或拉力与重力的合成后的合力提供向心力，向心力大小可以通过三角形三边关系解得。
练习：1.一辆质量为2t的汽车正在水平路面上行驶，要经过一个水平转弯，已知弯道的转弯半径为20米，汽车轮子与路面的动摩擦因数为0.2，若汽车最大静摩擦力与动摩擦力相等，则汽车行驶的最大速度为（）。
A.２10m/sB.2m/sC.4m/sD.22m/s2.如图所示，有A、B两个完全相同的小球，在同一光滑漏斗中作匀速圆周运动，则下列说法中正确的是（）。
A、两物体的线速度的大小相同B、两物体的角速度相同C、两物体的向心力的大小相同D、两物体的向心加速度大小相同3.一列火车正在行驶，发现前方有一转弯，已知在转弯处的内外轨的高度差为h,内外轨道间距为L，弯道半径为r，则火车要想通过此弯道时不受内外轨道的挤压，应以速度_____转弯。
圆周运动专题一水平面内圆周运动和竖直平面内的圆周运动(教案)
圆周运动专题一:水平面内圆周运动和竖直平面内的圆周运动【知识点一】水平面内的圆周运动1.向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心2.典型运动模型3.分析思路(1)选择研究对象，找出匀速圆周运动的圆心和半径。
(2)分析物体受力情况，其合外力提供向心力。
(3)由F＝m v2r或F＝mrω2或F＝mr4π2T2列方程求解。
【知识点二】竖直面内的圆周运动两类模型比较[例1] (多选)如图，两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上，a与转轴OO′的距离为l，b与转轴的距离为2l，木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g。
若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是()A.b一定比a先开始滑动B.a、b所受的摩擦力始终相等C.ω＝kg2l是b开始滑动的临界角速度D.当ω＝2kg3l时，a所受摩擦力的大小为kmg解析因圆盘从静止开始绕转轴缓慢加速转动，在某一时刻可认为，木块随圆盘转动时，其受到的静摩擦力的方向指向转轴，两木块转动过程中角速度相等，则根据牛顿第二定律可得f＝mω2R，由于小木块b的轨道半径大于小木块a的轨道半径，故小木块b做圆周运动需要的向心力较大，B项错误；因为两小木块的最大静摩擦力相等，故b一定比a先开始滑动，A项正确；当b开始滑动时，由牛顿第二定律可得kmg ＝mω2b ·2l ，可得ωb ＝ kg 2l ，C 项正确；当a 开始滑动时，由牛顿第二定律可得kmg ＝mω2a l ，可得ωa ＝kg l ，而转盘的角速度ω＝2kg 3l<kg l ，小木块a 未发生滑动，其所需的向心力由静摩擦力来提供，由牛顿第二定律可得f ＝m ω2l ＝23kmg ，D 项错误。
答案 AC[例2] (多选)在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。
水平面内的圆周运动(解析版)
突破16 水平面内的圆周运动水平面内的圆周运动是指圆周运动的圆形轨迹在水平面内，出题多以生活中常见实例或水平圆周运动模型为例分析向心力及临界条件问题。
1. 水平面内圆周运动的“摩擦力模型”是指依靠静摩擦力提供物体在水平面内做圆周运动的向心力。
2. 水平面内圆周运动的“弹力模型”是指依靠弹力提供物体在水平面内做圆周运动的向心力。
3. 水平面内圆周运动的“圆锥摆模型”是指依靠弹力（细线拉力或倾斜面弹力）和物体重力的合力使物体在水平面内做匀速圆周运动。
解题技巧水平面内圆周运动临界问题的分析技巧在水平面内做圆周运动的物体，当转速变化时，物体有远离或向着圆心运动的趋势(半径有变化)，通常对应着临界状态的出现。
这时要根据物体的受力情况，判断某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪(特别是一些接触力，如静摩擦力、绳的拉力等)。
【典例1】铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的，已知内外轨道对水平面倾角为θ(如图所示)，弯道处的圆弧半径为R ，若质量为m 的火车转弯时速度小于gR tan θ，则( )A ．内轨对内侧车轮轮缘有挤压；B ．外轨对外侧车轮轮缘有挤压；C ．这时铁轨对火车的支持力等于mg /cos θ；D ．这时铁轨对火车的支持力大于mg /cos θ. 【答案】： A【典例2】 如图所示，内壁光滑的弯曲钢管固定在天花板上，一根结实的细绳穿过钢管，两端分别拴着一个小球A 和B 。
小球A 和B 的质量之比m A m B ＝12。
当小球A 在水平面内做匀速圆周运动时，小球A 到管口的细绳长为l ，此时小球B 恰好处于平衡状态。
钢管内径的粗细不计，重力加速度为g 。
求：(1)拴着小球A 的细绳与竖直方向的夹角θ；(2)小球A 转动的周期。
【答案】 (1)60° (2)π 2lg【典例3】 如图所示，两个质量均为m 的小木块a 和b (可视为质点)放在水平圆盘上，a 与转轴OO ′的距离为l ，b 与转轴的距离为2l .木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k 倍，重力加速度大小为g .若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是( )A. b 一定比a 先开始滑动B. a 、b 所受的摩擦力始终相等C. ω＝ kg2l是b 开始滑动的临界角速度 D. 当ω＝2kg3l时，a 所受摩擦力的大小为kmg 【答案】 AC【解析】 因圆盘从静止开始绕转轴缓慢加速转动，在某一时刻可认为，木块随圆盘转动时，其受到的静摩擦力的方向指向转轴，两木块转动过程中角速度相等，则根据牛顿第二定律可得f ＝mω2R ，由于小木块b 的轨道半径大于小木块a 的轨道半径，故小木块b 做圆周运动需要的向心力较大，B 项错误；因为两小木块的最大静摩擦力相等，故b 一定比a 先开始滑动，A 项正确；当b 开始滑动时，由牛顿第二定律可得kmg＝mω2b ·2l ，可得ωb ＝kg2l ，C 项正确；当a 开始滑动时，由牛顿第二定律可得kmg ＝mω2a l ，可得ωa ＝ kgl，而转盘的角速度2kg 3l < kgl，小木块a 未发生滑动，其所需的向心力由静摩擦力来提供，由牛顿第二定律可得f ＝mω2l ＝23kmg ，D 项错误。
水平面内圆周运动的模型和临界问题
水平面内圆周运动的模型和临界问题一、水平面内圆周运动的模型和临界问题1、模型：有水平转盘模型、圆锥筒、圆锥摆模型和火车转弯问题等。
2、临界问题：（1）静摩擦力产生的临界情况：在水平转台上做圆周运动的物体，若有静摩擦力参与，则当转台的转速变化时，静摩擦力也会随之变化，当$F_f$达到最大值$F_{f\rm max}$时，对应有临界角速度。
解决这类问题一定要牢记“静摩擦力大小有个范围，方向可以改变”这一特点。
（2）与弹簧或绳连接的物体的临界情况：处理该类问题时关键是分析弹力的大小和方向的改变。
特别是有摩擦力参与的问题更需要和静摩擦力的特点相结合。
对于与弹簧连接的物体的圆周运动，当运动状态发生改变时，往往伴随着半径的改变，从而导致弹簧弹力发生变化。
分析时需明确半径是否改变，什么情况下改变，弹簧是伸长还是缩短等。
3、解决圆周运动中临界问题的一般方法：（1）对物体进行受力分析。
（2）找到其中可以变化的力以及它的临界值。
（3）求出向心力（合力或沿半径方向的合力）的临界值。
（4）用向心力公式求出运动学量（线速度、角速度、周期、半径等）的临界值。
4、水平转盘模型的规律：物体离中心越远，越容易被“甩出去”。
5、圆锥筒模型的规律：稳定状态下小球所处的位置越高，半径越大，角速度就越小，线速度就越大，而小球受到的支持力和向心力并不随位置的变化而变化。
二、水平面内圆周运动的相关例题（多选）全国铁路大面积提速，给人们的生活带来便利。
火车转弯可以看成是在水平面内做匀速圆周运动，火车速度提高会使外轨受损，为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题，以下措施可行的是____A．适当减小内外轨的高度差B．适当增加内外轨的高度差C．适当减小弯道半径D．适当增大弯道半径答案：BD解析：设火车轨道平面的倾角为*α*时，火车转弯时内、外轨均不受损，根据牛顿第二定律有$mg\tanα=m\frac{v^2}{r}$，解得$v＝\sqrt{gr\tanα}$，所以，为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题，可行的措施是适当增大倾角$α$(即适当增加内外轨的高度差)和适当增大弯道半径$r$。
专题7水平面内的圆周运动的临界问题(人教2019必修第二册 )(解析版)
第六章 圆周运动专题7 水平面内的圆周运动的临界问题课程标准核心素养1. 知道水平面内的圆周运动的几种常见模型，并会找它们的临界条件.2. 掌握圆周运动临界问题的分析方法．3.会应用动力学方法分析匀速圆周运动问题．1、物理观念：水平面内做圆周运动的向心力来源。
2、科学思维：水平面内的圆周运动的临界问题是由哪些因素引起的。
3、科学探究：探究水平面内的圆周运动的临界问题的解决方法。
4、科学态度与责任：利用所学水平面内的圆周运动的临界问题的知识解决实际问题。
知识点01 水平面内圆周运动的临界问题1．运动特点(1)运动轨迹是水平面内的圆．(2)合外力沿水平方向指向圆心，提供向心力，竖直方向合力为零，物体在水平面内做匀速圆周运动． 2．过程分析重视过程分析，在水平面内做圆周运动的物体，当转速变化时，物体的受力可能发生变化，转速继续变化，会出现绳子张紧、绳子突然断裂、静摩擦力随转速增大而逐渐达到最大值、弹簧弹力大小方向发生变化等，从而出现临界问题． 3．方法突破(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)物体间恰好分离的临界条件是物体间的弹力恰好为零．(3)绳的拉力出现临界条件的情形有：绳恰好拉直意味着绳上无弹力；绳上拉力恰好为最大承受力等． 4．解决方法当确定了物体运动的临界状态和临界条件后，要分别针对不同的运动过程或现象，选择相对应的物理规律，目标导航知识精讲然后再列方程求解．【即学即练1】如图所示，a为置于距圆桌转盘中心r1处的杯子，装满水的总质量为2m，另有一空杯子b质量为m，置于距圆盘中心r2处，已知r2＝2r1，圆盘从静止开始缓慢地加速转动，两杯子与桌面间的动摩擦因数均为μ(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，且均未相对桌面滑动，用ω表示圆盘转动的角速度，下列说法不正确的是()A．b比a先达到最大静摩擦力B．a、b所受的摩擦力始终相同C．ω＝μg2r1是b开始滑动的临界角速度D．当ω＝μg2r1时，a所受摩擦力的大小为μmg【答案】B【解析】杯子随着圆盘一起转动，静摩擦力提供向心力，a刚要开始滑动时有μ2mg＝2mωa2r1，解得ωa＝μgr1，b刚要开始滑动时有μmg＝mωb2r2，解得ωb＝μgr2＝μg2r1，因为b比a先达到最大静摩擦力，故b先开始滑动，故A、C正确；在杯子b的摩擦力没有达到最大前，静摩擦力提供向心力，由牛顿第二定律可知F f a ＝2mω2r1，F f b＝mω2r2＝2mω2r1，所以a和b受到的摩擦力大小是相等的，方向不同，故B错误；当ω＝μg2r1时，a没有发生相对滑动，静摩擦力为F f＝2mω2r1＝μmg，故D正确．知识点02 斜面内圆周运动的临界问题物体在斜面上做圆周运动时，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，解决此类问题时，可以按以下操作，把问题简化．【即学即练2】(多选)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ω转动，盘面上离转轴2.5 m处有一小物体与圆盘始终保持相对静止，物体与盘面间的动摩擦因数为32，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，盘面与水平面的夹角为30°，g取10 m/s2，则以下说法中正确的是()A．小物体随圆盘做匀速圆周运动时，一定始终受到三个力的作用B．小物体随圆盘以不同的角速度ω做匀速圆周运动时，ω越大时，小物体在最高点处受到的摩擦力一定越大C．小物体受到的摩擦力可能背离圆心D．ω的最大值是1.0 rad/s【答案】CD【解析】当物体在最高点时，可能只受到重力与支持力2个力的作用，合力提供向心力，故A错误；当物体在最高点时，可能只受到重力与支持力2个力的作用，也可能受到重力、支持力与摩擦力三个力的作用，摩擦力的方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下，摩擦力的方向沿斜面向上时，ω越大时，小物体在最高点处受到的摩擦力越小，故B错误；当物体在最高点时，摩擦力的方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下，即可能指向圆心，也可能背离圆心，故C正确；当物体转到圆盘的最低点恰好不滑动时，转盘的角速度最大，此时小物体受竖直向下的重力、垂直于斜面向上的支持力、沿斜面指向圆心的摩擦力，由沿斜面的合力提供向心力，支持力F N＝mg cos θ，摩擦力F f＝μF N＝μmg cos θ，又μmg cos 30°－mg sin 30°＝mω2R，解得ω＝1.0 rad/s，故D正确．考法01 水平面内圆周运动的临界问题【典例1】如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿半径方向放着用水平细线相连的质量相等的两个物体A 和B，它们分居圆心两侧，质量均为m，与圆心距离分别为R A＝r，R B＝2r，与盘间的动摩擦因数μ相同，重力加速度为g，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时，下列说法正确的是()A．此时绳子张力为F T＝4μmgB．此时圆盘的角速度为ω＝2μg rC．此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆内D．若此时烧断绳子，A仍相对盘静止，B将做离心运动能力拓展【答案】 B 【解析】A 和B 随着圆盘转动时，合外力提供向心力，则F ＝mω2R ，B 的运动半径比A 的半径大，所以B 所需向心力大，细线拉力相等，所以当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时，B 的静摩擦力方向沿半径指向圆心，A 的最大静摩擦力方向沿半径指向圆外，对物体A 、B ，根据牛顿第二定律分别得：F T －μmg ＝mω2r ，F T ＋μmg ＝mω2·2r ，解得：F T ＝3μmg ，ω＝2μgr，此时A 所需的向心力大小为F n A ＝mω2r ＝2μmg ，B 所需的向心力大小为F n B ＝mω2·2r ＝4μmg ，若此时烧断细线，A 、B 的最大静摩擦力均不足以提供物体所需向心力，则A 、B 均做离心运动，故B 正确，A 、C 、D 错误．考法02 斜面内圆周运动的临界问题【典例2】（多选）如下图所示是自行车场地赛中一段半径为R 的圆弧赛道（忽略道路宽度），赛道路面与水平面间的夹角为θ，不考虑空气阻力，自行车与骑手总质量为m ，两者一起在该路段做速度为v 的匀速圆周运动。
专题09 水平面内的圆周运动模型-2023年高三物理常见模型与方法强化专训专练(解析版)(解析版)
2023年高三物理常见模型与方法强化专训专练专题09水平面内的圆周运动模型特训目标特训内容目标1圆锥摆模型（1T—5T）目标2圆锥筒、圆碗和圆筒模型（6T—10T）目标3转弯模型（11T—15T）目标4圆盘转动模型（16T—20T）【特训典例】一、圆锥摆模型1．如图为欢乐谷空中飞椅示意图，其顶端转盘上用等长钢丝绳吊着多个相同座椅。
甲、乙两人分别坐在A 、B 座椅中，当转盘以一定的角速度匀速转动时，连接A 、B 座椅的钢丝绳与竖直方向的夹角分别为α、β。
已知甲、乙两人质量分别为m 1、m 2，且m 1＞m 2，空气阻力忽略不计，若连接A 、B 座椅的钢丝绳拉力大小分别为F 1、F 2，则（）A ．α＜βB ．α＞βC ．F 1＞F 2D ．F 1＜F 2【答案】C【详解】竖直方向，根据平衡条件得cos F mg θ=水平方向由牛顿第二定律22sin (sin )F mr m d L θωθω==+解得2tan (sin )g d L θθω=+；cos mgF θ=即夹角与m 无关，应有αβ=质量越大，F 越大，故C 正确，ABD 错误。
故选C 。
2．如图所示，竖直细杆O 点处固定有一水平横杆，在横杆上有A 、B 两点，且OA AB =，在A 、B 两点分别用两根等长的轻质细线悬挂两个相同的小球a 和b ，将整个装置绕竖直杆匀速转动，则a 、b 两球稳定时的位置关系可能正确的是（）A ．B ．C ．D ．【答案】C【详解】将小球的圆周运动等效成圆锥摆，设摆长为L ，等效摆线与竖直方向夹角为θ，2tan sin mg m L θωθ=解得cos ggL hωθ=h 为等效悬点到小球的高度差，由于两球的角速度相同，因此h 相同。
故选C 。
3．物块放在粗糙的水平台上，一轻质细线绕过固定光滑小环，一端与物块相连，另一端吊着一个小球，连接物块部分的细线平行于水平台。
让小球在竖直平面内摆动（如图甲所示），为使物块不动，小球摆动的最大摆角为θ。
水平面内圆周运动的临界问题和竖直平面内圆周运动的“轻绳、轻杆”模型
因此
OB
绳的拉力范围为
33mg～2
3 3 mg
AB 绳的拉力范围为 0～ 33mg，B 项正确。
答案 B
转 原题
Ø3.规律方法
反思总结 解答水平面内匀速圆周运动临界问题的一般思路
1．判断临界状态：认真审题，找出临界状态． 2．确定临界条件：分析该状态下物体的受力特点. 3．选择物理规律：临界状态是一个“分水岭”，“岭”的
平转盘上，细绳穿过转盘中央的细管， 与质量也为m的小球相连，木块与转 盘间的最大静摩擦力为其重力的μ倍(μ ＝0.2)，当转盘以角速度ω＝4 rad/s匀
速转动时，要保持木块与转盘相对静 止，木块转动半径的范围是多少？(g 取10 m/s2)
扩展变式
【盘审题备转用动123...当当若变的木木使式角块 块木速】离 恰块度对圆 好半范于心 不径围上的向再是题距里增多，离滑大少若很动,木？木小时块块时,所木,转受块随动各受圆的力力盘情情转半况况动径又如,保木会何块持如?会r遵=何向0从变.圆5什m化心么,？则滑规转动律？？
F合=F向
F合=F向
Ffm
F拉=mg
Ffm F拉=mg
rmin
rmax
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ返 原题
第四章 曲线运动 万有引力与航天
物理建模： 竖直平面内圆周运动的 “轻绳、轻杆”模型
Ø 1.模型特点 Ø 2.典例剖析 Ø 3.规律方法 Ø 4.跟踪训练 Ø 5.真题演练
Ø1.模型特点
物理建模 “竖直平面内圆周运动的绳、杆”模型
牛顿第二定律得 μmg＝mω21rB，rB＝2L，解得此时转台的角速度 ω1
＝
μrBg＝
μg 2L
(2)当物块 A 刚要开始滑动时，A、B 受到的静摩擦力都达到最大值， 设此时细线上的张力为 F，根据牛顿第二定律 对 A，有 μmg－F＝mω22rA，rA＝L 对 B，有 F＋μmg＝mω22rB，rB＝2L
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1．下列关于圆周运动的说法正确的是
A．做匀速圆周运动的物体，所受的合外力一定指向圆心
B．做匀速圆周运动的物体，其加速度可能不指向圆心
C．作圆周运动的物体，其加速度不一定指向圆心
D．作圆周运动的物体，所受合外力一定与其速度方向垂直
２．关于匀速圆周运动，下列说法正确的是
A．匀速圆周运动就是匀速运动
B．匀速圆周运动是匀加速运动
C．匀速圆周运动是一种变加速运动
D．匀速圆周运动的物体处于平衡状态
３．下列关于离心现象的说法正确的是
A．当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象
B．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将做背离圆心的圆周运动
C．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿切线做直线运动
D．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做曲线运动
４．下列关于向心力的说法中，正确的是
A．做匀速圆周运动的质点会产生一个向心力
B．做匀速圆周运动的质点所受各力中包括一个向心力
C．做匀速圆周运动的质点所受各力的合力是向心力
D．做匀速圆周运动的质点所受的向心力大小是恒定不变的
５．关于物体做圆周运动的说法正确的是
A．匀速圆周运动是匀速运动
B．物体在恒力作用下不可能做匀速圆周运动
C．向心加速度越大，物体的角速度变化越快
D．匀速圆周运动中向心加速度是一恒量
6．物体质量m，在水平面内做匀速圆周运动，半径R，线速度V，向心力F，在增大垂直于线速度的力F量值后，物体的轨道
A．将向圆周内偏移 B．将向圆周外偏移C．线速度增大，保持原来的运动轨道 D．线速度减小，保持原来的运动轨道
A
B
7．如图所示，在匀速转动的水平盘上，沿半径方向放着用细线相连的质量相等的两物体A和B，它们与盘间的摩擦因数相同，当圆盘转速加快
到两物体刚好没有发生滑动时，烧断细线，则两物体的运动情况将是A．两物体均沿切线方向滑动
B．两物体均沿半径方向滑动，远离圆心
C．两物体仍随圆盘一起做匀速圆周运动，不会滑动
D．物体A仍随圆盘做匀速圆周运动，物体B沿曲线运动，远离圆心
8、做匀速圆周运动的物体，当质量增大到2倍，周期减小到一半时，其向心力大小是原来的______倍，当质量不变，线速度大小不变，角速度大小增大到2倍时，其向心力大小是原来的______倍。
9、线段
OB=AB，A、B两球质量相等，它们绕O点在光滑的水平面上以相同的角速度转动时，如图4所示，两段线拉力之比T AB：T OB＝______。
1、长度为L＝0.5m的轻质细杆OA，A端有一质量为m＝3.0kg的小球，如图5所示，小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是2.0m／s，g取10m／s2，则此时细杆OA受
到 （ ）
A
L
O
m
图 5
A、6.0N的拉力
B、6.0N的压力
C、24N的拉力
D、24N的压力
M
r
o
m
图 7
2、如图7所示，细绳一端系着质量M＝0.6kg的物体，静止在水平肌，另一端通过光滑的小孔吊着质量m＝0.3kg的物体，M的中与圆孔距离为0.2m，
并知M和水平面的最大静摩擦力为2N。
现使此平面绕中心轴线转动，问角速度
ω在什么范围m会处于静止状态？（g＝10m／s2）
3、汽车通过拱桥颗顶点的速度为10 m／s时，车对桥的压力为车重的。
如果使汽车驶至桥顶时对桥恰无压力，则汽车的速度为（ ）
A、15 m／s
B、20 m／s
C、25 m／s
D、30m／s
4、如图8所示，水平转盘上有质量为m的物块，当物块到转轴的距离为r 时，连接物块和转轴的绳刚好被拉直（绳上张力为零）。
物体和转盘间最大静摩擦力是其下压力的μ倍。
求：
r
o
ω
图 8
⑴当转盘角速度ω1＝时，细绳的拉力T1。
⑵当转盘角速度ω2＝时，细绳的拉力T2。
5、如图9所示，一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上，其轴线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角为θ＝30°，一条长度为L的绳（质量不计），一端的位置固定在圆锥体的顶点O处，另一端拴着一个质量为m 的小物体（物体可看质点），物体以速率v绕圆锥体的轴线做水平匀速圆周运动。
⑴当v＝时，求绳对物体的拉力；
mg
N
T
θ
图 9
⑵当v＝时，求绳对物体的拉力。
1．甲、乙两物体都做匀速圆周运动，其质量之比为1：2，转动半径之比为1：2，在相等时间里甲转过60°，乙转过45°，则它们所受外力的合力之比为 ( )
A. 1：4
B.2：3
C.4：9
D.9：16
2．如图所示，用细线吊着一个质量为m的小球，使小球在水平面内做圆锥摆运动，关于小球受力，正确的是 ( )
A.受重力、拉力、向心力
B.受重力、拉力
C.受重力
D.以上说法都不正确
3、一只半球壳半径为R, 截口水平, 现有一
11．如图所示，一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的
水平面内做匀速圆周运动，则( )
A.球A的线速度一定大于球B的线速度
B.球A的角速度一定小于球B的角速度
C.球A的运动周期一定小于球B的运动周期
D.球A对筒壁的压力一定大于球B对筒壁的压力
4．在水平面上转弯的汽车，轮子与地面不打滑，向心力是( ) A．重力和支持力的合力 B．静摩擦力
C．静摩擦力、牵引力的合力 D．重力、支持力、牵引力的合力
5．冰面对溜冰运动员的最大摩擦力为运动员重力的k倍，在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员，若依靠摩擦力充当向心力，其安全速度为 ( )
6．一圆盘可以绕其竖直轴在水平面内转动，圆盘半径为R，甲、乙两物体的质量分别为M与m（M＞m），它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为正压力的μ倍，两物体用一根长为l(l＜R )的轻绳连在一起，如图3所示，若将甲物体放在转轴的位置上，甲、乙之间接线刚好沿半径方向拉直，要使两物体与转盘之间不发生相对滑动，则转盘旋转的角速度最大值不得超过 ( )
7．若火力按规定速率转弯时，内、外轨对车轮皆无侧压力，则火车以较小速率转弯时 ( )
A.仅内轨对车轮有侧压力
B.仅外轨对车轮有侧压力
C.内、外轨对车轮都有侧压力
D.内、外轨对车轮均无侧压力8．汽车通过搭桥顶点的速度是10m/s时，车对桥的压力为车重的3/4，如果使汽车行驶至桥顶时桥恰无压力，则汽车的速度为 ( )
A．15m/s B．20m/s
C．25m/s D．30m/s
9．把盛水的水桶拴在长为L的绳子一端，使这水桶在竖直平面做圆周运动，要使水在水桶转到最高点时不从桶里流出来，这时水桶的线速
度至少应该是 ( )
A. B. C. D. 0
18．一质点做半径r=10m的匀速圆周运动，其线速度大小为10m/s，则2s 内质点通过的路程为
m，位移为 m。
10．劲度系数k=100 N/m的轻弹簧原长0.1 m，一端固定一个质量为0.6 kg 的小球，另一端固定在桌面上的O点.使小球在光滑水平面上做匀速
圆周运动，设弹簧的形变总是在弹性限度内，则当小球的角速度为
10 r ad/s时，弹簧对小球的拉力为________N.
11．汽车在水平圆弧弯道上以恒定的速率在20 s内行驶20 m的路程，司机发现汽车速度的方向改变了30°角.司机由此估算出弯道的半径是
________m；汽车的向心加速度是________.(取2位有效数字)
12．如图所示，一质量为0.5kg的小球，用0.4m长的细线拴住在竖直面
内作圆周运动，求：
（1）当小球在圆上最高点速度为4m/s时，细线的拉力是多少？
拉力是多少？（g=10m/s2）
13．长为L=60cm的细绳，一端系着盛水的小桶，在竖直平面内做圆周运
动，水的质量m=0.5kg，则当速度为多大时，在最高点水刚好不流
出？在最高点速度v=3m/s时，水对桶底的压力大小为多少？
14．飞行员最多可承受9倍重力加速度带来的影响，当飞机在竖直面内
以速度v沿圆弧轨道俯冲时，圆弧轨道最小半径是多少？
15．如图所示，MN为水平放置的光滑圆盘，半径为1.0m，其中心O处有一个小孔，穿过小孔的细绳两端各系一小球A和B，A、B两球的质量
相等。
圆盘上的小球A作匀速圆周运动。
问
（1）当A球的轨道半径为0.20m时，它的角速度是多大才能维持B球静止？
（2）若将前一问求得的角速度减半，怎样做才能使A作圆周运动时B球仍能保持静止？
16．一个物体A质量为m, 位于半球面内侧,随同半球面一起绕对称轴转动, 如图所示.
(1) 若A与球面间摩擦系数为μ, 则物体A刚好能贴在截面口附近, 此时的
角速度多大?
(2) 若不考虑摩擦, 则当球以上述角速度转动时,物体A位于半球面内侧什
么地方?。