2026年高考物理一轮讲义(福建专用)第14讲圆周运动(复习讲义)(学生版+解析)

第14讲圆周运动目录01TOC\o"1-3"\h\u考情解码·命题预警 202体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一圆周运动的基本知识 4知识点圆周运动的物理量 4考向1圆周运动的传动问题 5【解题技巧】传动问题考向2圆周运动的周期性问题 7【解题技巧】圆周运动的周期性和多解问题考点二圆周运动的向心力 8知识点1向心力 8知识点2向心加速度 9知识点3生活中的圆周运动 9考向1水平圆盘的向心力问题 10【归纳总结】水平面内的圆周运动常见的临界问题考向2圆锥摆问题 12考向3和绳（外轨）有关的向心力问题 14【归纳总结】轻绳模型情况讨论考向4和杆（管道）有关的向心力问题 16【归纳总结】轻杆模型情况讨论考向5向心力中的转弯问题 17考向6和桥有关的向心力问题 18考向7倾斜圆盘中的向心力问题 1904真题溯源·考向感知 21考点要求考察形式2025年2024年2023年圆周运动的基本知识选择题非选择题江苏卷T4，4分辽宁卷T2，4分圆周运动的向心力选择题非选择题重庆卷T3，4分福建卷T5，6分广东卷T5，4分福建卷T13，9分考情分析：1．高考对这部分内容的考查，以多种题型的形式出现，整体难度一般，个别题目有些难度，往往会以实际生活中的例子或者设定一定的具体问题模型作为试题背景考查知识。2．从命题思路上看，试题情景为情景探究类：绳或杆有关的圆周运动问题。生活实践类：齿轮类的传动问题，射击类的周期性问题，桥或者车拐弯有关问题。复习目标：目标一：理解圆周运动的概念，知道什么是圆周运动、匀速圆周运动。目标二：掌握描述圆周运动的物理量，如线速度、角速度、周期、频率、转速等，并能理解它们之间的关系。目标三：会运用圆周运动的规律解决一些实际问题，如计算线速度、角速度、向心力等。考点一圆周运动的基本知识知识点圆周运动的物理量1.圆周运动的认识（1）圆周运动：轨迹为圆周或一段圆弧的机械运动。（2）线速度：弧长Δs与时间Δt之比反映了物体在A点附近运动的，如果Δt非常非常小，就可以表示物体在A点时运动的快慢。公式：。线速度的方向为物体做圆周运动时该点的切线方向。（3）匀速圆周运动：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处。（4）角速度：物体转过的角Δθ与所用时间Δt之比。公式：。角速度的单位是弧度每秒，符号是。匀速圆周运动是线速度大小不变的运动，物体在相等时间内通过的弧长相等，所以物体在相等时间内转过的角度也。（5）周期：做匀速圆周运动的物体，运动一周所用的时间，用表示。（6）转速：物体转动的圈数与所用时间之比，常用符号表示，转速的单位为（r/s），或（r/min）。2.线速度与角速度的关系（1）v＝，在圆周运动中，线速度的大小等于角速度的大小与半径的乘积。3.传动模型（1）‌皮带传动‌特点：两轮边缘大小相等（若皮带不打滑）。物理量关系：线速度关系；角速度关系；齿数比与半径成。同轴转动特点：绕同一转轴转动的物体相同。物理量关系：角速度关系；线速度与半径成。得分速记对匀速圆周运动的理解(1)匀速圆周运动是曲线运动，其速度方向沿着圆周上各点的切线方向，所以速度的方向时刻在变化。(2)“匀速”的含义：速度的大小不变，即速率不变。(3)运动性质：匀速圆周运动是一种变速运动，做匀速圆周运动的物体所受合外力不为零。考向1圆周运动的传动问题例1如图，自行车传动装置中，Ⅰ是半径为的主动齿轮，Ⅱ是半径为的被动齿轮，Ⅲ是半径为且与Ⅱ共轴的后轮，A、B、C分别为边缘上的一个点，自行车前进时，传动装置不打滑。则（

）A．A、B两点的线速度之比 B．A、B两点的角速度之比C．B、C两点的线速度之比 D．B、C两点的角速度之比解题技巧传动问题在处理传动装置中各物理量间的关系时，关键是确定其相同的量(线速度或角速度)，再由描述圆周运动的各物理量间的关系，确定其他各量间的关系。【变式训练1】如图，某同学用圆规匀速画了一个圆，用时，并测得这个圆的半径为。关于该同学画圆，下列说法正确的是（）A．笔尖运动的角速度为B．笔尖运动的线速度大小为C．笔尖运动的转速为D．笔尖做匀变速运动【变式训练2】（多选）如图是一种新概念自行车，它没有链条，共有三个转轮，A、B、C转轮半径依次减小。轮C与轮A啮合在一起，骑行者踩踏板使轮C动，轮C驱动轮A转动，从而使得整个自行车沿路面前行，轮胎不打滑。下列说法正确的是（）A．转轮A、C转动方向相同，转轮A、B转动方向不相同B．转轮A、B、C角速度之间的关系是C．转轮A、B、C边缘线速度之间的关系是D．转轮A、B、C边缘向心加速度之间的关系是【变式训练3】（2025·福建·模拟预测）如图所示，是带有一白点的黑色圆盘，可绕过其中心，垂直于盘面的轴匀速转动，每秒沿顺时针方向旋转圈。在暗室中用每秒闪光次的频闪光源照射圆盘。当时，观察到白点每秒沿（选填“顺”或“逆”）时针方向旋转；当时，白点转动一圈的时间为s。考向2圆周运动的周期性问题例2（多选）如图所示，直径为的薄圆筒绕竖直中心轴线匀速转动。一颗子弹以水平速度靠近薄圆筒沿截面的直径方向从左侧水平射入，若子弹击穿薄圆筒前后水平速度不变，从右侧射出薄圆筒后，发现两弹孔在同一竖直线上，高度差为，重力加速度为，则以下说法正确的是（）A．B．C．圆筒转动的角速度可能为D．圆筒转动的角速度可能为解题技巧圆周运动的周期性和多解问题(1)研究对象：匀速圆周运动的多解问题含有两个做不同运动的物体。(2)运动特点：一个物体做匀速圆周运动，另一个物体做其他形式的运动(如平抛运动、匀速直线运动等)。(3)运动的关系：根据两物体运动的时间相等建立等式，求解待求物理量。【变式训练1】（多选）如图所示，半径为R的竖直圆筒绕中心轴线以恒定的转速匀速转动。子弹（可视为质点）以大小为v0的水平速度沿圆筒直径方向从左侧射入圆筒，从右侧射穿圆筒后发现两弹孔在同一竖直线上，不计空气阻力及圆筒对子弹运动的影响，重力加速度大小为g，圆筒足够长，下列说法正确的是（）A．子弹在圆筒中的运动时间为B．圆筒转动的周期为C．两弹孔的高度差为D．若仅改变圆筒的转速，则子弹不可能在圆筒上只打出一个弹孔【变式训练2】（23-24高一下·福建福州·期末）如图所示，直径的纸筒以转速绕轴O逆时针匀速转动，从玩具枪枪口发射的子弹（可视为质点）沿直径穿过圆筒。若子弹在圆筒上只留下一个弹孔，则圆桶转动的角速度为rad/s；子弹穿过纸筒的最大平均速度为m/s。（）考点二圆周运动的向心力知识点1向心力1.向心力（1）定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心。这个指向圆心的力就叫作。（2）特点：向心力是由某个力或者几个力的合力提供的，是根据力的作用效果命名的。向心力只改变速度的。（3）公式：。2.匀速圆周运动和变速圆周运动的区别和联系（1）匀速圆周运动所受的合力向心力，指向圆心；变速圆周运动所受的合力向心力，不指向圆心。（2）匀速圆周运动所受的合力只改变速度的；变速圆周运动所受的合力既改变速度的又改变速度的。知识点2向心加速度（1）定义：物体做匀速圆周运动时的加速度总指向圆心，我们把它叫作。（2）公式：。知识点3生活中的圆周运动1.火车拐弯火车车轮有突出的轮缘果两轨高度相同，重力G与支持力FN外轨作用在轮缘上的力F提供了向心力的合力F提供了向心力在弯道处使外轨略于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。2.汽车过桥汽车通过拱形桥汽车在竖直方向受到重力G和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力FF＝G－FN汽车通过凹形路面汽车在竖直方向受到重力G和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力FF＝FN－G3.航天器中的失重现象航天器中的航天员除了地球引力外，还可能受到飞船座舱对他的支持力FN。引力与支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力。。4.离心运动（1）做圆周运动的物体，由于，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物体就会沿方向飞出去。物体的离心运动与受力情况（2）在水平公路上行驶的汽车，如果转弯时速度过，所需向心力F很大，大于最大静摩擦力Fmax，汽车将做运动而造成事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。考向1水平圆盘的向心力问题例1（多选）如图，水平圆盘的圆心О处开一小孔，沿径向固定一长度为L的细玻璃管PQ，Р端与圆盘边缘重合，Q端与圆心О重合，管内有一半径略小、质量为m的小球，系在小球上的轻绳穿过小孔，下端悬挂重物，圆盘在电机驱动下可绕竖直轴OO匀速转动，转速为n时重物处于悬停状态，不计一切摩擦，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（

）

A．小球越靠近Q端，悬停的重物质量越大B．小球越靠近Р端，悬停的重物质量越大C．若小球处于玻璃管正中间，悬停的重物质量为D．若略微增大圆盘转速，重物将上升一定高度后再悬停归纳总结水平面内的圆周运动常见的临界问题(1)物体恰好(没有)发生相对滑动，静摩擦力达到最大值。(2)物体恰好要离开接触面，物体与接触面之间的弹力为0。(3)绳子恰好断裂，绳子的张力达到最大承受值。(4)物体所受支持力为0或绳子刚好伸直，绳子的张力恰好为0。【变式训练1】（多选）如图甲所示，将质量为m的物块A和质量为M的物块B放在水平转盘上，两者用长为L的水平轻绳连接，物块与转盘间的最大静摩擦力均为各自重力的k倍，物块A与转轴的距离等于轻绳长度，整个装置能绕通过转盘中心的竖直轴转动。开始时，轻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，绳中张力与转动角速度的平方的关系如图乙所示，当角速度的平方超过时，物块A、B开始滑动。若图乙中的、及重力加速度g均为已知，下列说法正确的是（）A． B．C． D．【变式训练2】（多选）如图所示，有一个很大的圆形餐桌，水平桌面中间嵌着一可绕中心轴О转动的圆盘，圆盘上A处放一质量为m的菜盘，B处放一质量为的菜盘，，圆盘匀速转动，两菜盘均视为质点且不打滑。下列说法正确的是（）A．A、B两处菜盘的周期之比为B．A、B两处菜盘的线速度大小之比为C．A、B两处菜盘的向心加速度大小之比为D．A、B两处菜盘受到的静摩擦力大小之比为【变式训练3】如图，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台缓慢加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径，离水平地面的高度，物块与转台间的动摩擦因数。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度，求：(1)物块离开转台边缘时转台的角速度；(2)物块落地时速度与水平方向夹角的正切值；(3)物块落地点到转台中心O点的水平距离。考向2圆锥摆问题例2如图所示，半球形陶罐固定在可绕竖直轴转动的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO'重合。转台以一定角速度匀速转动，一小物块落入陶罐内，经过一段时间后小物块随陶罐一起转动且相对陶罐壁静止，此时小物块受到的摩擦力恰好为0，且它和O点的高度差为h，重力加速度为g，则转台的角速度大小为（）A． B． C． D．【变式训练1】（2025·福建漳州·模拟预测）如图所示，竖直转轴垂直于光滑水平桌面，A是距水平桌面高h的轴上的一点，A点固定有两铰链。两轻质细杆的一端接到铰链上，并可绕铰链上的光滑轴在竖直面内转动，细杆的另一端分别固定质量均为m的小球B和C，杆长，重力加速度为g。当轴转动时，B、C两小球以O为圆心在桌面上做圆周运动。在轴的角速度由零缓慢增大的过程中，下列说法正确的是（

）A．两小球的线速度大小相等 B．小球B先离开桌面C．两小球的向心加速度大小相等 D．当时，两小球对桌面均无压力【变式训练2】（24-25高三上·福建泉州·期末）（多选）如图，某同学用玻璃杯扣住乒乓球快速摇晃，使球在杯壁内侧转动而不掉下来。若乒乓球近似在水平面上做匀速圆周运动，杯子侧壁与竖直方向的夹角约为，忽略摩擦力和空气阻力，则乒乓球（）A．所需的向心力方向不变 B．所需的向心力大小不变C．所需的向心力小于弹力 D．所需的向心力大于弹力【变式训练3】（24-25高三上·福建厦门·期中）如图所示，一根原长为L的轻弹簧套在光滑直杆AB上，其下端固定在杆的A端，质量为m的小球也套在杆上且与弹簧的上端相连。小球和杆一起绕经过杆A端的竖直轴OO′匀速转动，且杆与水平面间始终保持θ＝37°角。已知杆处于静止状态时弹簧长度为0.5L，重力加速度为g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)求弹簧的劲度系数k；(2)求弹簧为原长时，小球对杆的压力；(3)求弹簧为原长时，小球角速度ω0。考向3和绳（外轨）有关的向心力问题例3（多选）长为L的轻质细绳一端固定，另一端拴一小球在竖直面内做圆周运动，如图所示，重力加速度大小为g，则下列说法正确的是（

）

A．小球在最高点时所需向心力一定等于重力 B．小球在最高点时细绳的拉力不可能为零C．小球在最低点时细绳的拉力不可能为零 D．小球在最高点的速度不小于【变式训练1】（多选）杂技表演水流星如图所示，一根绳系着盛水的杯子，随着演员的抡动，杯子就在竖直平面做圆周运动，已知轨迹半径为，水的质量200g，杯子的质量50g，绳子质量不计，重力加速度为，则下列说法正确的是（）A．杯子运动到最高点时，水刚好不落下，则最高点速度为B．当杯子到最高点速度为时，则水对杯子的弹力大小为16N，方向竖直向下C．杯子在运动过程中做的是变速圆周运动，沿圆周下降过程速度增加是因为合力沿切线方向的分力与速度同向D．杯子在最低点时处于超重状态归纳总结轻绳模型情况讨论（1），即重力恰好提供小球所需要的向心力，小球所受绳的拉力(或轨道的压力)为零。（2），即重力大于小球所需要的向心力，小球脱离轨道，不能达到最高点。（3），即重力小于小球所需要的向心力，小球还受到向下的力，重力和向下的力的合力提供向心力。【变式训练2】秋千是一项很刺激的娱乐项目，人们可以尽情享受失重所带来的快感。秋千荡的越高，摆幅越大，就越刺激。荡秋千是孩子们非常喜欢的游戏运动，如图所示。若小孩可看做质点，不计一切阻力，则小孩在最高点A所受的合力方向是图中的（选填a、b、c或d），小孩从最高点A摆至最低点B的过程中，绳子所受的拉力（选填“变大”、“变小”或“不变”），若小孩摆至A点时，所有的外力消失，小孩将（选填“竖直下落”、“静止”或“匀速直线运动”）。【变式训练3】如图,一不可伸长的轻绳上端悬挂于O点，下端系一质量m=1.0kg的小球，轻绳所能承受的最大拉力大小T=26N。现将小球拉到A点（保持绳绷直）由静止释放，当它经过B点时绳恰好被拉断，小球平抛后落在水平地面上的C点。地面上的D点与OB在同一竖直线上，已知绳长L=1.0m，B点离地高度H=5.0m，重力加速度g取10m/s2，不计空气影响，求：(1)小球运动到B点的速度大小vB；(2)地面上DC两点间的距离s。考向4和杆（管道）有关的向心力问题例4（2025·福建厦门·三模）（多选）如图甲所示，轻杆的一端固定一小球（可视为质点），另一端套在光滑的水平轴O上，水平轴的正上方有一速度传感器（图中未画出），可以测量小球通过最高点时的速度大小v，水平轴O处有一力传感器（图中未画出），可以测量小球通过最高点时水平轴受到的杆的作用力F，若取竖直向下为F的正方向，在最低点时给小球不同的初速度，得到的F﹣v2（v为小球在最高点时的速度）图像如图乙所示，取重力加速度大小g＝10m/s2。下列说法正确的是（）

A．小球的质量为10kgB．轻杆的长度为1.8mC．若小球通过最高点时的速度大小为3.6m/s，则轻杆对小球的作用力大小为6.4ND．若小球通过最高点时的速度大小为6m/s，则小球受到的合力为10N归纳总结轻杆模型情况讨论（1），即重力恰好提供小球所需要的向心力，轻杆（或管道）与小球之间无作用力。（2），即重力大于小球所需要的向心力，小球受到向上的支持力，重力和向上的支持力的合力提供向心力。（3），即重力小于小球所需要的向心力，小球还受到向下的力，重力和向下的力的合力提供向心力。【变式训练1】（2023高三·福建莆田·专题练习）如图所示，长为的轻杆一端与小球相连，另一端可绕光滑转轴在竖直面内自由转动。现在最低点使小球获得的水平速度，使小球开始绕轴圆周运动，重力加速度g取，小球质量为0.1kg，则当小球运动到最高点时，杆对小球的作用力大小为（）

A．0 B．2N C．0.5N D．【变式训练2】（23-24高一下·福建福州·期末）电动打夯机可以用来平整地面。如图为某小型电动打夯机的结构示意图，质量为m的摆锤通过轻杆与总质量为M的底座（含电动机）上的转轴相连，电动机通过皮带传动，使摆锤绕转轴O在竖直面内以角速度匀速转动，转动半径为R。已知打夯机底座始终没有离开地面。求：（1）摆锤在最低点和最高点时打夯机对地面的压力差；（2）要使第（1）问压力差达到最大，求：打夯机角速度的值和压力差的最大值。考向5向心力中的转弯问题例5（23-24高一下·福建福州·期末）（多选）鼓岭是位于福州晋安区宦溪镇的避暑胜地，山高800多米，吸引了游客来参观。盘山公路转弯处路面造得外高内低，例如当车向右转弯时，司机左侧的路面比右侧的要高一些。设路面与水平面的夹角为，某质量为m的汽车，转弯时速度大小为v，转弯轨迹均可视为半径为R的圆弧。下列表达式正确的是（）A．汽车此时所需向心力F的大小B．汽车此时所需向心力F的大小C．若汽车超过某速度而向外滑动时，一定受到沿转弯轨迹半径方向向外的作用力D．若车轮与路面的横向（即垂直于前进方向）摩擦力为零，则车速为【变式训练1】（2024·福建泉州·二模）2023年9月28日中国首条时速350公里跨海高铁——福厦高铁正式开通运营，福州至厦门两地间形成“一小时生活圈”。如图甲，一满载旅客的复兴号列车以大小为v的速度通过斜面内的一段圆弧形铁轨时，车轮对铁轨恰好都没有侧向挤压。图乙为该段铁轨内、外轨道的截面图。下列说法正确的是（

）A．列车受到重力、轨道的支持力和向心力B．若列车以大于v的速度通过该圆弧轨道，车轮将侧向挤压外轨C．若列车空载时仍以v的速度通过该圆弧轨道，车轮将侧向挤压内轨D．若列车以不同的速度通过该圆弧轨道，列车对轨道的压力大小不变【变式训练2】（23-24高一下·福建福州·期末）如图为小明同学拍摄的高速公路某弯道处的照片，通过请教施工人员得知，该段公路宽度为16m，内外侧的高度差为2m，某车道设计安全时速为25m/s（无侧滑趋势）。已知角度较小时，角的正切值可近似等于正弦值，若g取。根据所学圆周运动得知识，可计算出该车道的转弯半径为m；若汽车在该处的行驶速度大于25m/s，则汽车有向弯道（填“内侧”或“外侧”）滑动的趋势。考向6和桥有关的向心力问题例6城市中为了解决交通问题，修建了许多立交桥。如图所示，桥面是半径为R的圆弧形的立交桥AB横跨在水平路面上，一辆质量为m的小汽车，从A端以不变的速率驶过该立交桥，小汽车速度大小为，则（）A．小汽车通过桥顶时处于超重状态B．小汽车通过桥顶时处于平衡状态C．小汽车在桥上最高点受到桥面的支持力大小为D．小汽车到达桥顶时的速度必须大于【变式训练1】（2025·福建漳州·模拟预测）如图所示，质量的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60m，如果桥面承受的压力不得超过，则：(1)汽车允许的最大速率(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力F=N。【变式训练2】（23-24高三上·福建泉州·期中）如图所示，质量的汽车以一定的速率驶过凸形桥面的顶部，桥面的圆弧半径为10m，桥面顶部与水平路面的高度差为。g取。（Ⅰ）若汽车以5m/s的速率驶过凸形桥面的顶部。求汽车对桥面的压力大小；（2）若汽车通过拱桥最高点时刚好腾空飞起，求汽车此时的速率；（3）若汽车以（2）的速率驶过凸形桥面的顶部，汽车到达水平路面时，离开桥顶的水平距离为多少？考向7倾斜圆盘中的向心力问题例7如图所示，倾角θ=30°的斜面固定在可以绕竖直轴转动的水平转台上，斜面最低点在转轴O1O2上。将质量为m的小物块（可视为质点）放置于斜面的顶端，斜面底面长为L，小物块始终和斜面相对静止；已知小物块与斜面之间动摩擦因数为，重力加速度为g，最大静摩擦等于滑动摩擦力；求：（1）当小物块不受摩擦力时，水平转台的角速度ω0为多少？（2）要使小物块始终和斜面相对静止，水平转台的角速度取值范围是多少？【变式训练1】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2.5m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，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10m/s2，则以下说法中不正确的是（）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，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1.0rad/s【变式训练2】如图（a）所示，倾斜圆盘与水平面的夹角为，它可绕过圆心且垂直于圆盘的转轴匀速转动，在圆盘平面内以圆心O为原点建立平面直角坐标系，x轴沿水平方向，y轴沿盘面向上。圆盘上一小滑块始终与圆盘保持相对静止，其所受摩擦力沿x、y轴的投影、的关系如图（b）所示。则滑块与圆盘之间的动摩擦因数至少为（）A． B． C． D．1．（2025·福建·高考真题）（多选）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O2．（2025·山东·高考真题）（多选）如图所示，在无人机的某次定点投放性能测试中，目标区域是水平地面上以O点为圆心，半径R1=5m的圆形区域，OO′垂直地面，无人机在离地面高度H=20m的空中绕O′点、平行地面做半径R2=3m的匀速圆周运动，A、B为圆周上的两点，∠AO′B=90°。若物品相对无人机无初速度地释放，为保证落点在目标区域内，无人机做圆周运动的最大角速度应为ωmax。当无人机以ωmax沿圆周运动经过A点时，相对无人机无初速度地释放物品。不计空气对物品运动的影响，物品可视为质点且落地后即静止，重力加速度大小g=10m/s2。下列说法正确的是（）A．B．C．无人机运动到B点时，在A点释放的物品已经落地D．无人机运动到B点时，在A点释放的物品尚未落地3.（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4．（2025·山东·高考真题）某同学用不可伸长的细线系一个质量为的发光小球，让小球在竖直面内绕一固定点做半径为的圆周运动。在小球经过最低点附近时拍摄了一张照片，曝光时间为。由于小球运动，在照片上留下了一条长度约为半径的圆弧形径迹。根据以上数据估算小球在最低点时细线的拉力大小为（）A． B． C． D．5．（2024·江苏·高考真题）制作陶瓷时，在水平面内匀速转动的台面上有一些陶屑。假设陶屑与台面间的动摩擦因数均相同，最大静摩擦力等于滑动摩檫力。将陶屑视为质点，则（

）A．离转轴越近的陶屑质量越大B．离转轴越远的陶屑质量越大C．陶屑只能分布在台面的边缘处D．陶屑只能分布在一定半径的圆内6．（2024·广东·高考真题）如图所示，在细绳的拉动下，半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动。卷轴上沿半径方向固定着长度为l的细管，管底在O点。细管内有一根原长为、劲度系数为k的轻质弹簧，弹簧底端固定在管底，顶端连接质量为m、可视为质点的插销。当以速度v匀速拉动细绳时，插销做匀速圆周运动。若v过大，插销会卡进固定的端盖。使卷轴转动停止。忽略摩擦力，弹簧在弹性限度内。要使卷轴转动不停止，v的最大值为（）A． B． C． D．6．（2023·浙江·高考真题）如图所示，在考虑空气阻力的情况下，一小石子从O点抛出沿轨迹运动，其中P是最高点。若空气阻力大小与瞬时速度大小成正比，则小石子竖直方向分运动的加速度大小（）A．O点最大 B．P点最大C．Q点最大 D．整个运动过程保持不变7．（2023·福建·高考真题）一种离心测速器的简化工作原理如图所示。细杆的一端固定在竖直转轴上的O点，并可随轴一起转动。杆上套有一轻质弹簧，弹簧一端固定于O点，另一端与套在杆上的圆环相连。当测速器稳定工作时，圆环将相对细杆静止，通过圆环的位置可以确定细杆匀速转动的角速度。已知细杆长度，杆与竖直转轴的夹角a始终为，弹簧原长，弹簧劲度系数，圆环质量；弹簧始终在弹性限度内，重力加速度大小取，摩擦力可忽略不计（1）若细杆和圆环处于静止状态，求圆环到O点的距离；（2）求弹簧处于原长时，细杆匀速转动的角速度大小；（3）求圆环处于细杆末端P时，细杆匀速转动的角速度大小。8.（2022·辽宁·高考真题）2022年北京冬奥会短道速滑混合团体2000米接力决赛中，我国短道速滑队夺得中国队在本届冬奥会的首金。（1）如果把运动员起跑后进入弯道前的过程看作初速度为零的匀加速直线运动，若运动员加速到速度时，滑过的距离，求加速度的大小；（2）如果把运动员在弯道滑行的过程看作轨道为半圆的匀速圆周运动，如图所示，若甲、乙两名运动员同时进入弯道，滑行半径分别为，滑行速率分别为，求甲、乙过弯道时的向心加速度大小之比，并通过计算判断哪位运动员先出弯道。第14讲圆周运动目录01TOC\o"1-3"\h\u考情解码·命题预警 202体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一圆周运动的基本知识 4知识点圆周运动的物理量 4考向1圆周运动的传动问题 5【解题技巧】传动问题考向2圆周运动的周期性问题 8【解题技巧】圆周运动的周期性和多解问题考点二圆周运动的向心力 11知识点1向心力 11知识点2向心加速度 11知识点3生活中的圆周运动 12考向1水平圆盘的向心力问题 13【归纳总结】水平面内的圆周运动常见的临界问题考向2圆锥摆问题 17考向3和绳（外轨）有关的向心力问题 10【归纳总结】轻绳模型情况讨论考向4和杆（管道）有关的向心力问题 24【归纳总结】轻杆模型情况讨论考向5向心力中的转弯问题 27考向6和桥有关的向心力问题 30考向7倾斜圆盘中的向心力问题 3204真题溯源·考向感知 36考点要求考察形式2025年2024年2023年圆周运动的基本知识选择题非选择题江苏卷T4，4分辽宁卷T2，4分圆周运动的向心力选择题非选择题重庆卷T3，4分福建卷T5，6分广东卷T5，4分福建卷T13，9分考情分析：1．高考对这部分内容的考查，以多种题型的形式出现，整体难度一般，个别题目有些难度，往往会以实际生活中的例子或者设定一定的具体问题模型作为试题背景考查知识。2．从命题思路上看，试题情景为情景探究类：绳或杆有关的圆周运动问题。生活实践类：齿轮类的传动问题，射击类的周期性问题，桥或者车拐弯有关问题。复习目标：目标一：理解圆周运动的概念，知道什么是圆周运动、匀速圆周运动。目标二：掌握描述圆周运动的物理量，如线速度、角速度、周期、频率、转速等，并能理解它们之间的关系。目标三：会运用圆周运动的规律解决一些实际问题，如计算线速度、角速度、向心力等。考点一圆周运动的基本知识知识点圆周运动的物理量1.圆周运动的认识（1）圆周运动：轨迹为圆周或一段圆弧的机械运动。（2）线速度：弧长Δs与时间Δt之比反映了物体在A点附近运动的快慢，如果Δt非常非常小，就可以表示物体在A点时运动的快慢。公式：。线速度的方向为物体做圆周运动时该点的切线方向。（3）匀速圆周运动：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等。（4）角速度：物体转过的角Δθ与所用时间Δt之比。公式：。角速度的单位是弧度每秒，符号是rad/s。匀速圆周运动是线速度大小不变的运动，物体在相等时间内通过的弧长相等，所以物体在相等时间内转过的角度也相等。（5）周期：做匀速圆周运动的物体，运动一周所用的时间，用T表示。（6）转速：物体转动的圈数与所用时间之比，常用符号n表示，转速的单位为转每秒（r/s），或转每分（r/min）。2.线速度与角速度的关系（1）v＝ωr，在圆周运动中，线速度的大小等于角速度的大小与半径的乘积。3.传动模型（1）‌皮带传动‌特点：两轮边缘线速度大小相等（若皮带不打滑）。物理量关系：线速度关系；角速度关系；齿数比与半径成正比。同轴转动特点：绕同一转轴转动的物体角速度相同。物理量关系：角速度关系；线速度与半径成正比。得分速记对匀速圆周运动的理解(1)匀速圆周运动是曲线运动，其速度方向沿着圆周上各点的切线方向，所以速度的方向时刻在变化。(2)“匀速”的含义：速度的大小不变，即速率不变。(3)运动性质：匀速圆周运动是一种变速运动，做匀速圆周运动的物体所受合外力不为零。考向1圆周运动的传动问题例1如图，自行车传动装置中，Ⅰ是半径为的主动齿轮，Ⅱ是半径为的被动齿轮，Ⅲ是半径为且与Ⅱ共轴的后轮，A、B、C分别为边缘上的一个点，自行车前进时，传动装置不打滑。则（

）A．A、B两点的线速度之比 B．A、B两点的角速度之比C．B、C两点的线速度之比 D．B、C两点的角速度之比【答案】C【详解】A．A、B两点链条传动，线速度之比故A错误；B．由，可得A、B两点的角速度之比故B错误；D．B、C两点同轴转动，角速度之比故D错误；C．由，可得B、C两点的线速度之比故C正确。故选C。解题技巧传动问题在处理传动装置中各物理量间的关系时，关键是确定其相同的量(线速度或角速度)，再由描述圆周运动的各物理量间的关系，确定其他各量间的关系。【变式训练1】如图，某同学用圆规匀速画了一个圆，用时，并测得这个圆的半径为。关于该同学画圆，下列说法正确的是（）A．笔尖运动的角速度为B．笔尖运动的线速度大小为C．笔尖运动的转速为D．笔尖做匀变速运动【答案】B【详解】A．根据题意，由公式可得，笔尖运动的角速度为故A错误；B．笔尖运动的线速度大小为故B正确；C．笔尖运动的转速为故C错误；D．转动过程中加速度方向改变，笔尖做非匀变速运动，故D错误。故选B。【变式训练2】（多选）如图是一种新概念自行车，它没有链条，共有三个转轮，A、B、C转轮半径依次减小。轮C与轮A啮合在一起，骑行者踩踏板使轮C动，轮C驱动轮A转动，从而使得整个自行车沿路面前行，轮胎不打滑。下列说法正确的是（）A．转轮A、C转动方向相同，转轮A、B转动方向不相同B．转轮A、B、C角速度之间的关系是C．转轮A、B、C边缘线速度之间的关系是D．转轮A、B、C边缘向心加速度之间的关系是【答案】BD【详解】A．由于A、C啮合在一起，转动方向相同，转轮A、B向着同一方向运动，故转动方向相同，故A错误；BC．自行车运动过程中，前后轮A、B的线速度相等，由于A、C啮合在一起，A、C线速度也相等，故转轮A、B、C线速度大小相同，由线速度、角速度与半径关系可得可知在线速度大小相等的情况下，半径越小角速度越大，结合题图可知，A轮半径最大，C轮半径最小，故故B正确，C错误；D．由向心加速度由于转轮A、B、C线速度大小相同，所以半径越大，向心加速度越小，结合以上分析可知故D正确。故选BD。【变式训练3】（2025·福建·模拟预测）如图所示，是带有一白点的黑色圆盘，可绕过其中心，垂直于盘面的轴匀速转动，每秒沿顺时针方向旋转圈。在暗室中用每秒闪光次的频闪光源照射圆盘。当时，观察到白点每秒沿（选填“顺”或“逆”）时针方向旋转；当时，白点转动一圈的时间为s。【答案】逆【详解】[1]由于光源的闪光周期小于白点做圆周运动的周期，光源每次闪光时，白点都没有来得及回到前一次闪光时的位置，即都在前一次闪光时位置的左侧，光源连续闪光，白点的位置就连续向左逆时针移到，所以白点逆时针旋转；[2]白点的频率为，白点的角速度为光源的频率为，光源的角速度为设白点转动一圈的时间为t，则解得考向2圆周运动的周期性问题例2（多选）如图所示，直径为的薄圆筒绕竖直中心轴线匀速转动。一颗子弹以水平速度靠近薄圆筒沿截面的直径方向从左侧水平射入，若子弹击穿薄圆筒前后水平速度不变，从右侧射出薄圆筒后，发现两弹孔在同一竖直线上，高度差为，重力加速度为，则以下说法正确的是（）A．B．C．圆筒转动的角速度可能为D．圆筒转动的角速度可能为【答案】AC【详解】AB．子弹在圆筒中做平抛运动，在竖直方向有在水平方向上有解得故A正确，B错误；CD．因为两弹孔在同一竖直线上，所以有又联立解得当n=1时当n=2时故C正确，D错误。故选AC。解题技巧圆周运动的周期性和多解问题(1)研究对象：匀速圆周运动的多解问题含有两个做不同运动的物体。(2)运动特点：一个物体做匀速圆周运动，另一个物体做其他形式的运动(如平抛运动、匀速直线运动等)。(3)运动的关系：根据两物体运动的时间相等建立等式，求解待求物理量。【变式训练1】（多选）如图所示，半径为R的竖直圆筒绕中心轴线以恒定的转速匀速转动。子弹（可视为质点）以大小为v0的水平速度沿圆筒直径方向从左侧射入圆筒，从右侧射穿圆筒后发现两弹孔在同一竖直线上，不计空气阻力及圆筒对子弹运动的影响，重力加速度大小为g，圆筒足够长，下列说法正确的是（）A．子弹在圆筒中的运动时间为B．圆筒转动的周期为C．两弹孔的高度差为D．若仅改变圆筒的转速，则子弹不可能在圆筒上只打出一个弹孔【答案】CD【详解】A．子弹在圆筒中的运动时间为，A错误；B．根据题意解得

，B错误；C．两弹孔的高度差为，解得，C正确；D．因为子弹在竖直方向做自由落体运动，若仅改变圆筒的转速，则子弹在圆筒上一定打出两个弹孔，而且两个弹孔不在同一个水平面上，D正确。故选CD。【变式训练2】（23-24高一下·福建福州·期末）如图所示，直径的纸筒以转速绕轴O逆时针匀速转动，从玩具枪枪口发射的子弹（可视为质点）沿直径穿过圆筒。若子弹在圆筒上只留下一个弹孔，则圆桶转动的角速度为rad/s；子弹穿过纸筒的最大平均速度为m/s。（）【答案】62.810【详解】[1]匀速圆周运动的角速度为[2]在子弹飞行的时间内，圆筒转动的角度为时间可得时子弹的平均速度最大考点二圆周运动的向心力知识点1向心力1.向心力（1）定义：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心。这个指向圆心的力就叫作向心力。（2）特点：向心力是由某个力或者几个力的合力提供的，是根据力的作用效果命名的。向心力只改变速度的方向。（3）公式：。2.匀速圆周运动和变速圆周运动的区别和联系（1）匀速圆周运动所受的合力等于向心力，指向圆心；变速圆周运动所受的合力不等于向心力，不指向圆心。（2）匀速圆周运动所受的合力只改变速度的方向；变速圆周运动所受的合力既改变速度的方向又改变速度的大小。知识点2向心加速度（1）定义：物体做匀速圆周运动时的加速度总指向圆心，我们把它叫作向心加速度。（2）公式：。知识点3生活中的圆周运动1.火车拐弯火车车轮有突出的轮缘果两轨高度相同，重力G与支持力FN外轨作用在轮缘上的力F提供了向心力的合力F提供了向心力在弯道处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。2.汽车过桥汽车通过拱形桥汽车在竖直方向受到重力G和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力FF＝G－FN汽车通过凹形路面汽车在竖直方向受到重力G和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力FF＝FN－G3.航天器中的失重现象航天器中的航天员除了地球引力外，还可能受到飞船座舱对他的支持力FN。引力与支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力。。4.离心运动（1）做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。物体的离心运动与受力情况（2）在水平公路上行驶的汽车，如果转弯时速度过大，所需向心力F很大，大于最大静摩擦力Fmax，汽车将做离心运动而造成事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。考向1水平圆盘的向心力问题例1（多选）如图，水平圆盘的圆心О处开一小孔，沿径向固定一长度为L的细玻璃管PQ，Р端与圆盘边缘重合，Q端与圆心О重合，管内有一半径略小、质量为m的小球，系在小球上的轻绳穿过小孔，下端悬挂重物，圆盘在电机驱动下可绕竖直轴OO匀速转动，转速为n时重物处于悬停状态，不计一切摩擦，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（

）

A．小球越靠近Q端，悬停的重物质量越大B．小球越靠近Р端，悬停的重物质量越大C．若小球处于玻璃管正中间，悬停的重物质量为D．若略微增大圆盘转速，重物将上升一定高度后再悬停【答案】BC【详解】AB．重物重力等于小球的向心力，根据小球越靠近Q端，悬停的重物质量越小；小球越靠近Р端，悬停的重物质量越大，A错误，B正确；C．若小球处于玻璃管正中间，则得C正确；D．若略微增大圆盘转速，小球所需向心力变大，小球做离心运动，由于重物的重力不变，则重物持续上升，D错误。故选BC。归纳总结水平面内的圆周运动常见的临界问题(1)物体恰好(没有)发生相对滑动，静摩擦力达到最大值。(2)物体恰好要离开接触面，物体与接触面之间的弹力为0。(3)绳子恰好断裂，绳子的张力达到最大承受值。(4)物体所受支持力为0或绳子刚好伸直，绳子的张力恰好为0。【变式训练1】（多选）如图甲所示，将质量为m的物块A和质量为M的物块B放在水平转盘上，两者用长为L的水平轻绳连接，物块与转盘间的最大静摩擦力均为各自重力的k倍，物块A与转轴的距离等于轻绳长度，整个装置能绕通过转盘中心的竖直轴转动。开始时，轻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，绳中张力与转动角速度的平方的关系如图乙所示，当角速度的平方超过时，物块A、B开始滑动。若图乙中的、及重力加速度g均为已知，下列说法正确的是（）A． B．C． D．【答案】AC【详解】由题图乙可知，当转盘角速度的二次方为时，A、B间的细绳开始出现拉力，可知此时B达到最大静摩擦力，根据牛顿第二定律有当转盘角速度的二次方为时，A达到最大静摩擦力，对A分析，根据牛顿第二定律有对B分析有联立解得，，故选AC。【变式训练2】（多选）如图所示，有一个很大的圆形餐桌，水平桌面中间嵌着一可绕中心轴О转动的圆盘，圆盘上A处放一质量为m的菜盘，B处放一质量为的菜盘，，圆盘匀速转动，两菜盘均视为质点且不打滑。下列说法正确的是（）A．A、B两处菜盘的周期之比为B．A、B两处菜盘的线速度大小之比为C．A、B两处菜盘的向心加速度大小之比为D．A、B两处菜盘受到的静摩擦力大小之比为【答案】BD【详解】A．两菜盘均视为质点且不打滑，圆盘上A、B两个点，属于同轴转动，则根据角速度与周期关系式知可知A、B两处菜盘的周期之比为，A错误；B．根据公式知由题可知可知A、B两处菜盘的线速度大小之比为，B正确；C．根据公式知可知A、B两处菜盘的向心加速度大小之比为，C错误；D．根据公式知由题可知A、B两处菜盘受到的静摩擦力提供菜盘做圆周运动向心力，则受到的静摩擦力大小之比为，D正确；故选BD。【变式训练3】如图，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台缓慢加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径，离水平地面的高度，物块与转台间的动摩擦因数。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度，求：(1)物块离开转台边缘时转台的角速度；(2)物块落地时速度与水平方向夹角的正切值；(3)物块落地点到转台中心O点的水平距离。【答案】(1)(2)2(3)1m【详解】（1）物块恰好滑离转台时物块与转台之间为滑动摩擦力，即解得（2）物块竖直方向做自由落体运动，则解得物块做平抛运动时，水平方向的速度为物块落地时的速度与水平方向夹角的正切值为（3）物块做平抛运动时竖直方向有解得t=0.4s物块做平抛运动的水平位移为由几何关系得：物块落地点到转台中心O点的水平距离为解得L=1m考向2圆锥摆问题例2如图所示，半球形陶罐固定在可绕竖直轴转动的水平转台上，转台转轴与过陶罐球心O的对称轴OO'重合。转台以一定角速度匀速转动，一小物块落入陶罐内，经过一段时间后小物块随陶罐一起转动且相对陶罐壁静止，此时小物块受到的摩擦力恰好为0，且它和O点的高度差为h，重力加速度为g，则转台的角速度大小为（）A． B． C． D．【答案】B【详解】设半球形陶罐的半径为R，物体到球心O的连线跟竖直方向成θ角，则对小物块，由牛顿第二定律有mgtanθ=mω2Rsinθ由几何关系有h=Rcosθ联立两式解得故选B。【变式训练1】（2025·福建漳州·模拟预测）如图所示，竖直转轴垂直于光滑水平桌面，A是距水平桌面高h的轴上的一点，A点固定有两铰链。两轻质细杆的一端接到铰链上，并可绕铰链上的光滑轴在竖直面内转动，细杆的另一端分别固定质量均为m的小球B和C，杆长，重力加速度为g。当轴转动时，B、C两小球以O为圆心在桌面上做圆周运动。在轴的角速度由零缓慢增大的过程中，下列说法正确的是（

）A．两小球的线速度大小相等 B．小球B先离开桌面C．两小球的向心加速度大小相等 D．当时，两小球对桌面均无压力【答案】D【详解】A．由题知，两球同轴转动，故两球的角速度相同，但半径不同，根据可知线速度大小不相等，故A错误；BD．设杆与竖直方向的夹角为，要离开桌面需满足可得解得此时对桌面无压力，与角度无关，则两球同时离开桌面，故D正确，B错误；C．向心加速度因半径不同，则加速度大小不相等，故C错误。故选D。【变式训练2】（24-25高三上·福建泉州·期末）（多选）如图，某同学用玻璃杯扣住乒乓球快速摇晃，使球在杯壁内侧转动而不掉下来。若乒乓球近似在水平面上做匀速圆周运动，杯子侧壁与竖直方向的夹角约为，忽略摩擦力和空气阻力，则乒乓球（）A．所需的向心力方向不变 B．所需的向心力大小不变C．所需的向心力小于弹力 D．所需的向心力大于弹力【答案】BC【详解】AB．对小球进行受力分析，如图所示则小球的向心力为可知向心力的大小不变，方向时刻变化，故A错误，B正确；CD．由受力分析，可得小球受到的弹力为因，所以所需的向心力小于弹力，故C正确，D错误。故选BC。【变式训练3】（24-25高三上·福建厦门·期中）如图所示，一根原长为L的轻弹簧套在光滑直杆AB上，其下端固定在杆的A端，质量为m的小球也套在杆上且与弹簧的上端相连。小球和杆一起绕经过杆A端的竖直轴OO′匀速转动，且杆与水平面间始终保持θ＝37°角。已知杆处于静止状态时弹簧长度为0.5L，重力加速度为g，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)求弹簧的劲度系数k；(2)求弹簧为原长时，小球对杆的压力；(3)求弹簧为原长时，小球角速度ω0。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）对球受力分析，由平衡条件解得弹簧的劲度系数为（2）当弹簧弹力为零时，小球在水平方向做圆周运动，竖直方向受力平衡，则（3）当弹簧弹力为零时，小球只受到重力和杆的支持力，它们的合力提供向心力，则有解得考向3和绳（外轨）有关的向心力问题例3（多选）长为L的轻质细绳一端固定，另一端拴一小球在竖直面内做圆周运动，如图所示，重力加速度大小为g，则下列说法正确的是（

）

A．小球在最高点时所需向心力一定等于重力 B．小球在最高点时细绳的拉力不可能为零C．小球在最低点时细绳的拉力不可能为零 D．小球在最高点的速度不小于【答案】CD【详解】ABD．小球在最高点时，根据牛顿第二定律有可知小球在最高点时细绳的拉力为零时，小球在最高点的速度最小，为可知小球在最高点时所需向心力不一定等于重力，小球在最高点时细绳的拉力可能为零，小球在最高点的速度不小于，故AB错误，D正确；C．小球在最低点时，根据牛顿第二定律有小球在最低点时，速度最大，不为零，故小球在最低点时细绳的拉力不可能为零，故C正确。故选CD。【变式训练1】（多选）杂技表演水流星如图所示，一根绳系着盛水的杯子，随着演员的抡动，杯子就在竖直平面做圆周运动，已知轨迹半径为，水的质量200g，杯子的质量50g，绳子质量不计，重力加速度为，则下列说法正确的是（）A．杯子运动到最高点时，水刚好不落下，则最高点速度为B．当杯子到最高点速度为时，则水对杯子的弹力大小为16N，方向竖直向下C．杯子在运动过程中做的是变速圆周运动，沿圆周下降过程速度增加是因为合力沿切线方向的分力与速度同向D．杯子在最低点时处于超重状态【答案】CD【详解】A．杯子运动到最高点时，水刚好不落下，对水则有所以杯子在最高点时的速度为故A错误；B．当杯子到最高点速度为6m/s时，对水根据牛顿第二定律有解得即杯子对水的弹力为16N，方向竖直向下，根据牛顿第三定律可得水对杯子的弹力大小为16N，方向竖直向上，故B错误；C．杯子在运动过程中做的是变速圆周运动，沿圆周下降过程速度增加是因为其受到的合力沿切线方向的分力与速度同向，故C正确；D．杯子在最低点时加速度方向竖直向上，此时杯子处于超重状态，故D正确。故选CD。归纳总结轻绳模型情况讨论（1），即重力恰好提供小球所需要的向心力，小球所受绳的拉力(或轨道的压力)为零。（2），即重力大于小球所需要的向心力，小球脱离轨道，不能达到最高点。（3），即重力小于小球所需要的向心力，小球还受到向下的力，重力和向下的力的合力提供向心力。【变式训练2】秋千是一项很刺激的娱乐项目，人们可以尽情享受失重所带来的快感。秋千荡的越高，摆幅越大，就越刺激。荡秋千是孩子们非常喜欢的游戏运动，如图所示。若小孩可看做质点，不计一切阻力，则小孩在最高点A所受的合力方向是图中的（选填a、b、c或d），小孩从最高点A摆至最低点B的过程中，绳子所受的拉力（选填“变大”、“变小”或“不变”），若小孩摆至A点时，所有的外力消失，小孩将（选填“竖直下落”、“静止”或“匀速直线运动”）。【答案】变大静止【详解】[1]小孩在最高点A受重力与绳子拉力作用，将重力分解，沿绳方向平衡，则合力方向是图中的b；[2]小孩从最高点A摆至最低点B的过程中，速度逐渐增大，根据可知拉力不断增大；[3]小孩摆至A点时，速度为0，若所有的外力消失，根据牛顿第一定律可知，小孩将静止。【变式训练3】如图,一不可伸长的轻绳上端悬挂于O点，下端系一质量m=1.0kg的小球，轻绳所能承受的最大拉力大小T=26N。现将小球拉到A点（保持绳绷直）由静止释放，当它经过B点时绳恰好被拉断，小球平抛后落在水平地面上的C点。地面上的D点与OB在同一竖直线上，已知绳长L=1.0m，B点离地高度H=5.0m，重力加速度g取10m/s2，不计空气影响，求：(1)小球运动到B点的速度大小vB；(2)地面上DC两点间的距离s。【答案】(1)4m/s(2)4m【详解】（1）小球下摆到B，绳子的拉力和小球重力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律可得由题意可知，解得小球运动到B点的速度大小为（2）小球从B到C做平抛运动，水平方向有竖直方向有联立解得地面上DC两点间的距离考向4和杆（管道）有关的向心力问题例4（2025·福建厦门·三模）（多选）如图甲所示，轻杆的一端固定一小球（可视为质点），另一端套在光滑的水平轴O上，水平轴的正上方有一速度传感器（图中未画出），可以测量小球通过最高点时的速度大小v，水平轴O处有一力传感器（图中未画出），可以测量小球通过最高点时水平轴受到的杆的作用力F，若取竖直向下为F的正方向，在最低点时给小球不同的初速度，得到的F﹣v2（v为小球在最高点时的速度）图像如图乙所示，取重力加速度大小g＝10m/s2。下列说法正确的是（）

A．小球的质量为10kgB．轻杆的长度为1.8mC．若小球通过最高点时的速度大小为3.6m/s，则轻杆对小球的作用力大小为6.4ND．若小球通过最高点时的速度大小为6m/s，则小球受到的合力为10N【答案】CD【详解】AB．设杆的长度为L，水平轴受到的杆的作用力F与杆对小球的作用力大小相等、方向相反，因此对小球受力分析则有整理可得对比题图乙可知m＝1kg，L＝3.6mAB错误；CD．当v＝3.6m/s时，代入上式得F＝6.4N，即杆对小球的作用力大小为6.4N，若小球通过最高点时的速度大小为6m/s，则小球受到的合力CD正确。故选CD。归纳总结轻杆模型情况讨论（1），即重力恰好提供小球所需要的向心力，轻杆（或管道）与小球之间无作用力。（2），即重力大于小球所需要的向心力，小球受到向上的支持力，重力和向上的支持力的合力提供向心力。（3），即重力小于小球所需要的向心力，小球还受到向下的力，重力和向下的力的合力提供向心力。【变式训练1】（2023高三·福建莆田·专题练习）如图所示，长为的轻杆一端与小球相连，另一端可绕光滑转轴在竖直面内自由转动。现在最低点使小球获得的水平速度，使小球开始绕轴圆周运动，重力加速度g取，小球质量为0.1kg，则当小球运动到最高点时，杆对小球的作用力大小为（）

A．0 B．2N C．0.5N D．【答案】B【详解】小球从最低点到达最高点，由动能定理有在最高点对小球受力分析，有解得故选B。【变式训练2】（23-24高一下·福建福州·期末）电动打夯机可以用来平整地面。如图为某小型电动打夯机的结构示意图，质量为m的摆锤通过轻杆与总质量为M的底座（含电动机）上的转轴相连，电动机通过皮带传动，使摆锤绕转轴O在竖直面内以角速度匀速转动，转动半径为R。已知打夯机底座始终没有离开地面。求：（1）摆锤在最低点和最高点时打夯机对地面的压力差；（2）要使第（1）问压力差达到最大，求：打夯机角速度的值和压力差的最大值。【答案】（1）；（2），【详解】（1）当摆锤转到顶端时，轻杆对摆锤的作用力大小为，有对打夯机有当摆锤转到底端时，轻杆对摆锤的作用力大小为，有对打夯机有故联立解得（2）当底座刚好对地面无压力，打夯机转动的角速度达到最大，有解得角速度为代入得考向5向心力中的转弯问题例5（23-24高一下·福建福州·期末）（多选）鼓岭是位于福州晋安区宦溪镇的避暑胜地，山高800多米，吸引了游客来参观。盘山公路转弯处路面造得外高内低，例如当车向右转弯时，司机左侧的路面比右侧的要高一些。设路面与水平面的夹角为，某质量为m的汽车，转弯时速度大小为v，转弯轨迹均可视为半径为R的圆弧。下列表达式正确的是（）A．汽车此时所需向心力F的大小B．汽车此时所需向心力F的大小C．若汽车超过某速度而向外滑动时，一定受到沿转弯轨迹半径方向向外的作用力D．若车轮与路面的横向（即垂直于前进方向）摩擦力为零，则车速为【答案】BD【详解】AB．根据向心力公式可知汽车此时所需向心力F的大小故B正确，A错误；C．汽车在路面上行驶，最多可能受到的力为重力、路面的摩擦力和路面的支持力三个力，不可能受到沿转弯轨迹半径方向向外的作用力，故C错误；D．若车轮与路面的横向（即垂直于前进方向）摩擦力为零，此时车的受力分析如图所示根据可得车速故D正确。故选BD。【变式训练1】（2024·福建泉州·二模）2023年9月28日中国首条时速350公里跨海高铁——福厦高铁正式开通运营，福州至厦门两地间形成“一小时生活圈”。如图甲，一满载旅客的复兴号列车以大小为v的速度通过斜面内的一段圆弧形铁轨时，车轮对铁轨恰好都没有侧向挤压。图乙为该段铁轨内、外轨道的截面图。下列说法正确的是（

）A．列车受到重力、轨道的支持力和向心力B．若列车以大于v的速度通过该圆弧轨道，车轮将侧向挤压外轨C．若列车空载时仍以v的速度通过该圆弧轨道，车轮将侧向挤压内轨D．若列车以不同的速度通过该圆弧轨道，列车对轨道的压力大小不变【答案】B【详解】A．根据题意可知，列车受重力、轨道的支持力，由这两个力的合力提供列车做圆周运动的向心力，故A错误；B．设轨道的倾角为，圆弧轨道半径为，则可知，当列车以速度v通过圆弧轨道时，由牛顿第二定律有当速度大于v时，重力与轨道的支持力不足以提供火车转弯时的向心力，此时火车车轮将侧向挤压外轨，使外轨产生弹力，以补足火车转弯所需的向心力，则有（）故B正确；C．若列车以v的速度通过该圆弧轨道，由可得即只要满足转弯时的速度为，列车就不会对内外轨产生挤压，与列车是否空载无关，故C错误；D．根据以上分析可知，若列车速度大于v，列车车轮将挤压外轨，根据（）可知，速度越大，外轨对火车的弹力越大，即火车对外轨的弹力越大，则根据平行四边形定则可知，火车在垂直轨道方向的压力与对侧向轨道的压力的合力将随着速度的增加而增加；同理，当火车速度小于v时，重力与支持力的合力将大于其转弯所需的向心力，此时火车车轮将挤压内轨，有（）显然速度越小对内侧轨道的压力越大，根据平行四边形定则可知，火车对整个轨道的压力越大，故D错误。故选B。【变式训练2】（23-24高一下·福建福州·期末）如图为小明同学拍摄的高速公路某弯道处的照片，通过请教施工人员得知，该段公路宽度为16m，内外侧的高度差为2m，某车道设计安全时速为25m/s（无侧滑趋势）。已知角度较小时，角的正切值可近似等于正弦值，若g取。根据所学圆周运动得知识，可计算出该车道的转弯半径为m；若汽车在该处的行驶速度大于25m/s，则汽车有向弯道（填“内侧”或“外侧”）滑动的趋势。【答案】500外侧【详解】[1]汽车受力如图由牛顿第二定律可知由几何关系知联立解得[2]若汽车在该处的行驶速度大于25m/s，因为速度变大，汽车需要的向心力增大，而由重力和支持力的合力提的向心力不足，则汽车将要有做离心运动的趋势，所以有向外滑动的趋势。考向6和桥有关的向心力问题例6城市中为了解决交通问题，修建了许多立交桥。如图所示，桥面是半径为R的圆弧形的立交桥AB横跨在水平路面上，一辆质量为m的小汽车，从A端以不变的速率驶过该立交桥，小汽车速度大小为，则（）A．小汽车通过桥顶时处于超重状态B．小汽车通过桥顶时处于平衡状态C．小汽车在桥上最高点受到桥面的支持力大小为D．小汽车到达桥顶时的速度必须大于【答案】C【详解】ABC．由圆周运动知识知，小汽车通过桥顶时，其加速度方向向下，由牛顿第二定律得解得小汽车在桥上最高点受到桥面的支持力大小为物体处于失重状态，故AB错误，C正确；D．由解得故D错误。故选C。【变式训练1】（2025·福建漳州·模拟预测）如图所示，质量的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60m，如果桥面承受的压力不得超过，则：(1)汽车允许的最大速率(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力F=N。【答案】(1)(2)【详解】（1）汽车在最低点受到的支持力最大，即，此时速度最大，根据牛顿第二定律得代入数据解得（2）当汽车运动到最高点时，支持力最小，根据牛顿第二定律得联立以上，代入数据解得根据牛顿第三定律，最小压力为【变式训练2】（23-24高三上·福建泉州·期中）如图所示，质量的汽车以一定的速率驶过凸形桥面的顶部，桥面的圆弧半径为10m，桥面顶部与水平路面的高度差为。g取。（Ⅰ）若汽车以5m/s的速率驶过凸形桥面的顶部。求汽车对桥面的压力大小；（2）若汽车通过拱桥最高点时刚好腾空飞起，求汽车此时的速率；（3）若汽车以（2）的速率驶过凸形桥面的顶部，汽车到达水平路面时，离开桥顶的水平距离为多少？【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）汽车以5m/s的速率驶过凸形桥面的顶部时，设桥面的支持力为FN，则有代入数据得根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力大小为；（2）汽车驶过凸形桥面的顶部，刚脱离桥面的速度为，则有解得（3）若汽车以10m/s的速率驶过凸形桥面的顶部，汽车将离开桥面做平抛运动，由汽车在空中运动时间离桥顶的水平距离考向7倾斜圆盘中的向心力问题例7如图所示，倾角θ=30°的斜面固定在可以绕竖直轴转动的水平转台上，斜面最低点在转轴O1O2上。将质量为m的小物块（可视为质点）放置于斜面的顶端，斜面底面长为L，小物块始终和斜面相对静止；已知小物块与斜面之间动摩擦因数为，重力加速度为g，最大静摩擦等于滑动摩擦力；求：（1）当小物块不受摩擦力时，水平转台的角速度ω0为多少？（2）要使小物块始终和斜面相对静止，水平转台的角速度取值范围是多少？【答案】（1）；（2）【详解】（1）当小物块不受摩擦力时解得（2）当小物块刚要沿斜面下滑时，受力分析如图水平方向竖直方向解得当小物块刚要沿斜面上滑时，受力分析如图水平方向竖直方向解得则要使小物块不下滑，水平转台的角速度取值范围【变式训练1】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2.5m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，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10m/s2，则以下说法中不正确的是（）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，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1.0rad/s【答案】B【详解】AD．当物体转到圆盘的最低点且恰好不滑动时，圆盘的角速度最大，此时小物体受竖直向下的重力、垂直于圆盘向上的支持力、沿圆盘指向圆心的摩擦力，则沿圆盘的合力提供向心力有代入题中数据，解得当物体在最高点时，若只受到重力与支持力2个力的作用，合力提供向心力，此时有解得ω=此时物体不能随圆盘一直保持静止，故假设不成立，物体一定受摩擦力作用，故AD正确，不符合题意；BC．由以上分析可知小物体在最高点时若，摩擦力的方向沿半径向上（背离圆心），ω越大，小物体在最高点处受到的摩擦力越小，故B错误，符合题意，C正确，不符合题意。故选B。【变式训练2】如图（a）所示，倾斜圆盘与水平面的夹角为，它可绕过圆心且垂直于圆盘的转轴匀速转动，在圆盘平面内以圆心O为原点建立平面直角坐标系，x轴沿水平方向，y轴沿盘面向上。圆盘上一小滑块始终与圆盘保持相对静止，其所受摩擦力沿x、y轴的投影、的关系如图（b）所示。则滑块与圆盘之间的动摩擦因数至少为（）A． B． C． D．【答案】A【详解】设图（b）圆与轴正方向的交点的纵坐标为，则解得结合图（b）知，滑块运动至最高点时，所受的静摩擦力最小，方向指向圆心，大小为。由牛顿第二定律得滑块运动至最低点时，所受的静摩擦力最大，方向指向圆心，大小为由牛顿第二定律得且满足联立知，滑块与圆盘之间的动摩擦因数。故选A。1．（2025·福建·高考真题）（多选）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【答案】AD【详解】B．手绢做匀速圆周运动，由图可知、属于同轴传动模型，故角速度相等，即角速度之比为，B错误；A．由可知，、线速度