最新高考物理专题复习：圆周运动精编版

2020年高考物理专题复习：圆周运动精编版专题4.2 圆周运动【高频考点解读】1.掌握描述圆周运动的物理量及它们之间的关系.2.理解向心力公式并能应用；3.了解物体做离心运动的条件．【热点题型】题型一圆周运动的运动学问题例1.如图4­3­3所示，当正方形薄板绕着过其中心O并与板垂直的转动轴转动时，板上A、B两点( )图4­3­3A．角速度之比ωA∶ωB＝2∶1B．角速度之比ωA∶ωB＝1∶ 2C．线速度之比v A∶v B＝2∶1D．线速度之比v A∶v B＝1∶ 2【提分秘籍】1．圆周运动各物理量间的关系2．对公式v ＝ωr 的理解 当r 一定时，v 与ω成正比； 当ω一定时，v 与r 成正比； 当v 一定时，ω与r 成反比。

3．对a ＝v 2r ＝ω2r 的理解当v 一定时，a 与r 成反比； 当ω一定时，a 与r 成正比。

4．常见的三种传动方式及特点(1)皮带传动：如图4­3­1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v A ＝v B 。

图4­3­1(2)摩擦传动：如图4­3­2甲所示，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v A ＝v B 。

图4­3­2(3)同轴传动：如图乙所示，两轮固定在一起绕同一转轴转动，两轮转动的角速度大小相等，即ωA ＝ωB 。

【举一反三】如图4­3­4所示，B 和C 是一组塔轮，即B 和C 半径不同，但固定在同一转动轴上，其半径之比为R B ∶R C ＝3∶2，A 轮的半径大小与C 轮相同，它与B 轮紧靠在一起，当A 轮绕过其中心的竖直轴转动时，由于摩擦作用，B 轮也随之无滑动地转动起来。

a 、b 、c 分别为三轮边缘的三个点，则a 、b 、c 三点在运动过程中的( )图4­3­4A．线速度大小之比为3∶2∶2B．角速度之比为3∶3∶2C．转速之比为2∶3∶2D．向心加速度大小之比为9∶6∶4题型二水平面内的匀速圆周运动例2．质量为m的飞机以恒定速率v在空中水平盘旋，如图4­3­7所示，其做匀速圆周运动的半径为R，重力加速度为g，则此时空气对飞机的作用力大小为( )图4­3­7A．m v2R B．mgC．m g2＋v4R2D．m g2－v2R4【提分秘籍】1．运动实例圆锥摆、火车转弯、飞机在水平面内做匀速圆周运动等。

2．问题特点(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。

3．确定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、库仑力、洛伦兹力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此确定向心力成为解决圆周运动问题的关键所在。

(1)确定研究对象做圆周运动的轨道平面，确定圆心的位置；(2)受力分析，求出沿半径方向的合力，这就是向心力；(3)受力分析时绝对避免另外添加一个向心力。

【举一反三】如图4­3­8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，则以下说法中正确的是()图4­3­8A．A球的角速度等于B球的角速度B．A球的线速度大于B球的线速度C．A球的运动周期小于B球的运动周期D．A球对筒壁的压力大于B球对筒壁的压力题型三竖直平面内的圆周运动例3、一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R 的圆周运动，如图4­3­10所示，则下列说法正确的是()图4­3­10A．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零B．小球过最高点的最小速度是gRC．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大D．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而减小【解析】轻杆可对小球产生向上的支持力，小球经过最高点的速度可以为零，当小球过最高点的速度v＝gR时，杆所受的弹力等于零，A正确，B错误；若v＜gR，则杆在最高点对小球的弹力竖直向上，mg－F＝m v2R，随v增大，F减小，若v＞gR，则杆在最高点对小球的弹力竖直向下，mg＋F＝m v2R，随v增大，F增大，故C、D均错误。

【答案】A【方法规律】求解竖直平面内圆周运动问题的思路(1)定模型：首先判断是轻绳模型还是轻杆模型。

(2)确定临界点：v临＝gr，对轻绳模型来说是能否通过最高点的临界点，而对轻杆模型来说是F N表现为支持力还是拉力的临界点。

(3)研究状态：通常情况下竖直平面内的圆周运动只涉及最高点和最低点的运动情况。

(4)受力分析：对物体在最高点或最低点时进行受力分析，根据牛顿第二定律列出方程，F合＝F向。

(5)过程分析：应用动能定理或机械能守恒定律将初、末两个状态联系起来列方程。

【提分秘籍】1．模型概述在竖直平面内做圆周运动的物体，运动至轨道最高点时的受力情况可分为两类。

一是无支撑(如球与绳连接，沿内轨道的“过山车”等)，称为“轻绳模型”；二是有支撑(如球与杆连接，小球在弯管内运动等)，称为“轻杆模型”。

2．两类模型对比轻绳模型轻杆模型示意图均是没有支撑的小球均是有支撑的小球过最高点的临界条件由mg＝mv2r得v临＝gr由小球能运动即可得v临＝0讨论分析(1)过最高点时，v≥gr，FN＋mg＝mv2r，绳、轨道对球产生弹力F N(2)不能过最高点v＜gr，在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道(1)当v＝0时，F N＝mg，F N背离圆心(2)当0＜v＜gr时，mg－F N＝mv2r，F N背离圆心并随v的增大而减小(3)当v＝gr时，F N＝0(4)当v＞gr时，mg＋F N＝mv2r，F N指向圆心并随v的增大而增大在最高点的F N图像取竖直向下为正方向取竖直向下为正方向【举一反三】如图4­3­11所示，在粗糙水平板上放一个物体，使水平板和物体一起在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，ab为水平直径，cd为竖直直径，在运动过程中木板始终保持水平，物块相对木板始终静止，则()图4­3­11A．物块始终受到三个力作用B．只有在a、b、c、d四点，物块受到合外力才指向圆心C．从a到b，物体所受的摩擦力先增大后减小D．从b到a，物块处于超重状态题型四用极限法分析圆周运动的临界问题例4、如图4­3­13所示，半径为l4、质量为m的小球用两根不可伸长的轻绳a、b连接，两轻绳的另一端系在一根竖直杆的A、B两点上，A、B两点相距为l，当两轻绳伸直后，A、B两点到球心的距离均为l。

当竖直杆以自己为轴转动并达到稳定时(轻绳a、b与杆在同一竖直平面内)。

求：图4­3­13(1)竖直杆角速度ω为多大时，小球恰好离开竖直杆。

(2)轻绳a的张力F a与竖直杆转动的角速度ω之间的关系。

【解析】(1)小球恰好离开竖直杆时，小球与竖直杆间的作用力为零，设此时轻绳a与竖直杆间的夹角为α，由题意可知sin α＝14，r＝l4沿半径：F a sin α＝mω2r 垂直半径：F a cos α＝mg联立解得ω＝2 g15l。

【答案】见解析【方法规律】解决圆周运动问题的主要步骤(1)审清题意，确定研究对象。

(2)明确物体做圆周运动的平面是至关重要的一环。

(3)分析物体的运动情况，即物体的线速度、角速度、周期、轨道平面、圆心、半径等。

(4)分析物体的受力情况，画出受力示意图，确定向心力的来源。

(5)根据牛顿运动定律及向心力公式列方程。

【提分秘籍】除了竖直平面内圆周运动的两类模型，有些题目中也会出现“恰好”、“最大”、“至少”等字眼，说明题述过程存在临界点，还有些题目中出现“取值范围”、“函数关系”等词语，说明题述过程存在起止点，而这些点往往就是解决问题的突破口。

【举一反三】如图4­3­14所示，一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴OO ′转动，筒内壁粗糙，筒口半径和筒高分别为R 和H ，筒内壁A 点的高度为筒高的一半，内壁上有一质量为m 的小物块，求：图4­3­14(1)当筒不转动时，物块静止在筒壁A 点受到的摩擦力和支持力的大小；(2)当物块在A 点随筒匀速转动，且其所受到的摩擦力为零时，筒转动的角速度。

【高考风向标】【2015·上海·22B 】两靠得较近的天体组成的系统成为双星，它们以两者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，因而不至于由于引力作用而吸引在一起。

设两天体的质量分布为1m 和2m ，则它们的轨道半径之比12:m m R R =__________；速度之比12:m m v v =__________。

【答案】 12:m m ；12:m m【解析】双星角速度相同。

向心力由万有引力提供，大小也相等，所以有：2122212m m R m R m L Mm Gωω==，所以12::21m m R R m m =，角速度一定，线速度与半径成正比，所以速度之比12:::2121m m R R v v m m m m ==。

1．（2014·新课标全国卷Ⅰ）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】AC2．（2014·新课标Ⅱ卷）如图，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点)，从大环的最高处由静止滑下．重力加速度大小为g.当小环滑到大环的最低点时，大环对轻杆拉力的大小为()A．Mg－5mg B．Mg＋mgC．Mg＋5mg D．Mg＋10mg【答案】C【解析】小环在最低点时，对整体有T－(M＋m)g＝mv2R，其中T为轻杆对大环的拉力；小环由最高处运动到最低处由动能定理得mg·2R＝12mv2－0，联立以上二式解得T＝Mg＋5mg，由牛顿第三定律知，大环对轻杆拉力的大小为T′＝T＝Mg＋5mg，C正确．3．（2014·四川卷）如图所示，水平放置的不带电的平行金属板p和b相距h，与图示电路相连，金属板厚度不计，忽略边缘效应．p板上表面光滑，涂有绝缘层，其上O点右侧相距h 处有小孔K；b板上有小孔T，且O、T在同一条竖直线上，图示平面为竖直平面．质量为m、电荷量为－q(q>0)的静止粒子被发射装置(图中未画出)从O点发射，沿p板上表面运动时间t后到达K孔，不与板碰撞地进入两板之间．粒子视为质点，在图示平面内运动，电荷量保持不变，不计空气阻力，重力加速度大小为g.(1)求发射装置对粒子做的功；(2)电路中的直流电源内阻为r，开关S接“1”位置时，进入板间的粒子落在b板上的A 点，A点与过K孔竖直线的距离为l.此后将开关S接“2”位置，求阻值为R的电阻中的电流强度；(3)若选用恰当直流电源，电路中开关S接“1”位置，使进入板间的粒子受力平衡，此时在板间某区域加上方向垂直于图面的、磁感应强度大小合适的匀强磁场(磁感应强度B只能在0～B m＝()21＋5m()21－2qt范围内选取)，使粒子恰好从b板的T孔飞出，求粒子飞出时速度方向与b板板面的夹角的所有可能值(可用反三角函数表示)．【答案】(1)mh22t2(2)mhq（R＋r）⎝⎛⎭⎪⎫g－2h3l2t2(3)0<θ≤arcsin25U＝Eh⑤mg－qE＝ma⑥h＝12at21⑦l＝v0t1⑧S接“2”位置，则在电阻R上流过的电流I满足I＝ER＋r⑨联立①④～⑨得I＝mhq（R＋r）⎝⎛⎭⎪⎫g－2h3l2t2⑩4．(2014·福建卷Ⅰ)图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC在B点水平相切．点A距水面的高度为H，圆弧轨道BC 的半径为R ，圆心O 恰在水面．一质量为m 的游客(视为质点)可从轨道AB 的任意位置滑下，不计空气阻力．(1)若游客从A 点由静止开始滑下，到B 点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的D 点，OD ＝2R ，求游客滑到B 点时的速度v B 大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功W f ；(2)若游客从AB 段某处滑下，恰好停在B 点，又因受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到P 点后滑离轨道，求P 点离水面的高度h .(提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为F 向＝m v 2R)【答案】(1)2gR －(mgH －2mgR ) (2)23R【高考押题】1.如图1所示，由于地球的自转，地球表面上P、Q两物体均绕地球自转轴做匀速圆周运动，对于P、Q两物体的运动，下列说法正确的是()图1A．P、Q两点的角速度大小相等B．P、Q两点的线速度大小相等C．P点的线速度比Q点的线速度大D．P、Q两物体均受重力和支持力两个力作用2.如图2所示，水平放置的两个用相同材料制成的轮P和Q靠摩擦传动，两轮的半径R∶r＝2∶1。