2020年高考名校物理模拟试题分项解析热点08圆周运动(解析版)

1、热点 08 圆周运动高考真题1（ 2019 海南物理 6）.如图，一硬币（可视为质点）置于水平圆盘上，硬币与竖直转轴OO 的距离为 r，已知硬币与圆盘之间的动摩擦因数为 （最大静摩擦力等于滑动摩擦力），重力加速度大小为g。若硬币与A. 12B.C.2gD.参考答案】 B名师解析】硬币与圆盘一起绕 OO 轴匀速转动，隔离硬币，由牛顿第二定律，2mg=m2r，解得：圆盘转动的最大角速度为= rg选项 B 正确。2. （ 2019高考江苏卷物理 6）如图所示， 摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动 运动半径为 R，角速度大小为 ，重力加速度为 g，则座舱座舱的质量为 m，2RA）运动周期为B

2、）线速度的大小为 RC）受摩天轮作用力的大小始终为 mgD ）所受合力的大小始终为 m2R参考答案】 BD名师解析】2 2由于座舱做匀速圆周运动，由公式 ，解得： T ，故 A 错误；由圆周运动的线速度与角速度的 T关系可知， vR，故 B 正确；由于座舱做匀速圆周运动，所以座舱受到摩天轮的作用力是变力，不可能始终为 mg，故 C错误；由匀速圆周运动的合力提供向心力可得：F合 m 2R，故 D正确。3. （2018年 11月浙江选考物理） 一质量为 2.0 103kg 的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的径向最大静 摩擦力为 1.4 104N，当汽车经过半径为 80m 的弯道时，下列判断正确的

3、是第 9 题图A. 汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力B. 汽车转弯的速度为 20m/s 时所需的向心力为 1.4 104NC. 汽车转弯的速度为 20m/s 时汽车会发生侧滑D. 汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0m/s2【参考答案】 D名师解析】分析受力只能分析性质力，不能添加效果力，所以汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦2力，选项 A 错误；由 F=m v =2.0R103202804N=1.0 104N ，选项 B 错误；汽车转弯的速度为20m/s 时，所需向心力 1.0 104N，小于路面可提供的最大静摩擦力1.4 104N，汽车不会发生侧滑， 选项 C 错误；由

4、fmax=ma，解得 a=7.0m/s2，即汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0m/s2，选项 D 正确。4. （2017年 11月浙江选考） 如图所示，照片中的汽车在水平路面上做匀速圆周运动，已知图中双向四车道 的总宽度约为 15m，内车道边缘间最远的距离为 150m。假设汽车受到的最大静摩擦力等于车重的0.7 倍，则运动的汽车A 、所受的合力可能为零B、只受重力和地面的支持力作用C 、最大速度不能超过 25m/sD、所需的向心力由重力和支持力的合力提供【参考答案】 C 【名师解析】 汽车在水平路面上做匀速圆周运动， 受到重力、 支持力和摩擦力， 重力和地面的支持力平衡， 摩擦力提供向心力

5、，由 0.7mg=mv 2/R,R=0.5 150m+15m=90m ，联立解得最大速度 v=25m/s，选项 C 正确。5（ 2017 江苏卷 5）如图所示，一小物块被夹子夹紧，夹子通过轻绳悬挂在小环上，小环套在水平光滑细杆上，物块质量为 M，到小环的距离为 L，其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为F.小环和物块以速度 v向右匀速运动，小环碰到杆上的钉子 P 后立刻停止，物块向上摆动 .整个过程中，物块在夹子中没有滑动.小环和夹子的质量均不计，重力加速度为g.下列说法正确的是A ）物块向右匀速运动时，绳中的张力等于2FB）小环碰到钉子 P 时，绳中的张力大于 2FC）物块上升的最大高度为2v2

6、D）速度 v 不能超过(2F Mg)LM【参考答案】 D【名师解析】：物块向右匀速运动时，则夹子与物体 M ，处于平衡状态，那么绳中的张力等于Mg，与 2F大小关系不确定，选项 A 错误；小环碰到钉子 P 时，物体 M 做圆周运动，依据最低点由拉力与重力的合力 提供向心力，因此绳中的张力大于 Mg，而与 2F 大小关系不确定，选项 B 错误；依据机械能守恒定律，减小的动能转化为重力势能，则有：1 mv2=mgh，那么物块上升的最大高度为h= v ，选项 C 错误；因夹子2 2g2 对物体 M 的最大静摩擦力为 2F，依据牛顿第二定律， 结合向心力表达式， 对物体 M ，则有：2F-Mg=M v

7、 ，L解得： v= （2F Mg）L ，选项 D 正确。 M【名师点睛】在分析问题时，要细心。题中给的力 F 是夹子与重物间的最大静摩擦力，而在物体运动的过程中，没有信息表明夹子与物体间静摩擦力达到最大。另小环碰到钉子后，重物绕钉子做圆周运动，夹子与重物间的静摩擦力会突然增大。6. （2017 全国 II 卷 17）如图，半圆形光滑轨道固定在水平地面上，半圆的直径与地面垂直，一小物块以速度 v 从轨道下端滑入轨道， 并从轨道上端水平飞出，小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关，此距离最大时，对应的轨道半径为（重力加速度为g）v A.16g2vB.8g2vC.4g2vD.2g参考答案】名师解

8、析】设小物块运动到最高点的速度为vt ，半圆形光滑轨道半径为R，小物块由最低点运动到最高11点，由机械能守恒定律， 1mvt2 1mv2mg22122R ；小物块从最高点飞出做平抛运动，x=vtt，2R= gt2，联2立解得， x=2v2v R 4R2 =42 Rv8g4v2v 2 . 当 R= v 时， x 最大，选项 B 正确。 16g28g7. （ 2018浙江 4月选考） A、B 两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动（如图），在相同的时间内，它们通过的路程之比是 4：3，运动方向改变的角度之比是 3： 2，则它们（）【参考答案】 A【名师解析】根据线速度，A、B 通过的路程之比为 4：3，时

9、间相等，则线速度之比为 4： 3，选项 A正确；根据角速度 ，运动方向改变的角度等于圆周运动转过的角度，A、 B 转过的角度之比为 3： 2，时间相等， 则角速度大小之比为 3：2，故 B 错误；根据得，圆周运动的半径 ，线速度之比为 4：3，角速度之比为 3：2，则圆周运动的半径之比为 8：9，故 C 错误；根据得，线速度之比为 4： 3，角速度之比为 3：2，则向心加速度之比为 2：1，选项 D 错误。【名师点评】线速度等于单位时间内走过的路程，结合路程之比求出线速度大小之比；角速度等于单位时 间内转过的角度，结合角度之比求出角速度之比；根据线速度与角速度的关系，求出半径之比；抓住向心 加

10、速度等于线速度与角速度的乘积，结合线速度和角速度之比求出向心加速度之比。本题考查了描述圆周 运动的一些物理量，知道各个物理量之间的关系，并能灵活运用。8. （2017年 4月浙江选考） 图中给出了一段 “ S形”单行盘山公路的示意图。弯道 1、弯道 2可看作两个不同 水平面上的圆弧， 圆心分别为 O1、O2，弯道中心线半径分别为 r 1 =10m，r 2=20m ，弯道 2 比弯道 1 高 h=12m， 有一直道与两弯道圆弧相切。 质量 m=1200kg 的汽车通过弯道时做匀速圆周运动， 路面对轮胎的最大径向静 摩擦力时车重的 1.25 倍，行驶时要求汽车不打滑。（ sin37 =0.6，si

11、n53 =0.8）（1）求汽车沿弯道 1 中心线行驶时的最大速度 v1；（2）汽车以 v1进入直道，以 P=30kW 的恒定功率直线行驶了 t=8.0s 进入弯道 2，此时速度恰为通过弯道中 心线的最大速度，求直道上除重力以外的阻力对汽车做的功；（3）汽车从弯道 1的 A点进入，从同一直径上的 B点驶离，有经验的司机会利用路面宽度，用最短时间匀 速安全通过弯道。设路宽 d=10m，求此最短时间（ A、 B 两点都在轨道中心线上，计算时视汽车为质点）。运动情景分析】汽车在两个水平面内的弯道上做匀速圆周运动和倾斜直道上变速运动。此题存在两个临 界状态（径向静摩擦力达到最大值，轨迹与弯道内侧相切），

12、要注意应用轨迹图的几何关系。【思路分析】（ 1）当路面对轮胎的径向静摩擦力达到最大时，最大径向静摩擦力等于向心力。列出方程得 到汽车沿弯道 1中心线行驶时的最大速度 v1和沿弯道 1 中心线行驶时的最大速度 v2。（2）利用动能定理列方程得出直道上除重力以外的阻力对汽车做的功。（3）画出汽车从弯道 1的 A点进入，从同一直径上的 B点驶离的最短轨迹图， 利用几何关系得出轨迹半径， 利用最大径向静摩擦力等于向心力得出运动速度，然后应用速度公式得出运动的最短时间。【考点】本题主要考察知识点：水平面内圆周运动临街问题，能量守恒2【名师解析】（ 1）设汽车在弯道 1 的最大速度 v1，有： kmg=m

13、 v1r1解得： v1=5 5m/s。22）设汽车在弯道 2 的最大速度 v2，有： kmg=m v2 r2解得： v2=5 10 m/s。1 2 1 2 汽车在直道上运动，由动能定理：Pt-mgh+W f= mv22- mv12 。22代入数据可得： Wf=- 2.1 104J。2 （3）设汽车在弯道 2按照最短时间行驶的最大速度v，轨迹半径为 r，有： kmg=m vr解得： v= kgr 。由此可知，轨迹半径 r 增大 v增大， r最大， AB弧长最小，对应时间最短，所以轨迹设计应如下图所示。 由图可以得到： r2= r12+r -（r1-d/2）2代入数据可以得到 r =12.5m汽车

14、沿着该路线行驶的最大速度： v= kgr =12.5m/s由 sin=r1=0.8，则对应的圆心角2=106线路长度： s=106 2 r=23.1m 。 360最短时间： t =s/=v1.8s。【总结】对于圆周运动，主要运用的知识点是圆周运动规律和牛顿运动定律。解答圆周运动问题一般是根 据题述情景画出轨迹图，根据图中的几何关系可得出根据半径；利用合外力提供向心力列方程可得出待求 量。最新模拟题1.（2020 河南高三第三次段考） 如图所示，某同学用手水平托着一物体以身体（视为竖直直线）为轴匀速 转动，已知物体到身体的距离为R，手与物体间的动摩擦因数为 ，重力加速度为 g，假设最大静摩擦力等

15、于滑动摩擦力，慢慢增大转速，要使物体能水平滑出，人转动的角速度至少应大于（ ）A.B.C.D.【参考答案】 A【名师解析】物体刚好发生滑动时的向心力，有：F 向=mg=m2R，解得： = ，当角速度大于 时，物体发生滑动。故 A 正确， BCD 错误。【方法归纳】根据受力分析知：摩擦力提供向心力，根据向心力公式求解即可。 本题考查匀速圆周运动的规律，目的是考查学生的推理能力。2. . （2019 高考仿真模拟 4）太极球是广大市民中较流行的一种健身器材将太极球（拍和球）简化成如图 所示的平板和小球，熟练的健身者让球在竖直面内始终不脱离板而做半径为 R 的匀速圆周运动，且在运动 到图中的 A 、

16、 B、C、D 位置时球与板间无相对运动趋势 A 为圆周的最高点， C 为最低点， B、D 与圆心 O 等高球的质量为 m，重力加速度为 g，则A 在 C 处板对球施加的力比在 A 处大 6mgB球在运动过程中机械能不守恒C球在最低点 C 的速度最小值为 5gRD 板在 B 处与水平方向的倾角随速度的增大而增大参考答案】 BD名师解析】 设球运动的线速率为v，半径为 R，则在 A 处时：2vmg m 2在 C处时： F mg mvR 2 根据 mg mvR ，由式得： F 2mg ，即在 C 处板对球所需施加的力比 A 处大 mg ，故 A 错误； 球在运动过程中，动能不变，势能时刻变化，故机械

17、能不守恒，故 B 正确； 球在任意时刻的速度大小相等， 即球在最低点 C 的速度最小值为等于在最高点最小速度， 得 v gR ，故 C 错误；2 根据重力沿水平方向的分力提供向心力，即 mgtan mv ，故 v grtan ，故板在 B 处与水平方向倾 r斜角 随速度的增大而增大，故 D 正确。【名师点睛】 本题考查了向心力公式的应用，重点要对物体的受力做出正确的分析，列式即可解决此类问 题。3（ 2019 杭州模拟） 如图甲所示，用一轻质绳拴着一质量为m 的小球，在竖直平面内做圆周运动（不计切阻力 ），小球运动到最高点时绳对小球的拉力为T，小球在最高点的速度大小为 v，其 T-vmv 2

18、1mv2， F mg mLv，可知小球在最低点和最高点时绳的拉力差为6mg即6a，故 D 正确。4.（2019 海南联考 ）如图，光滑圆轨道固定在竖直面内，一质量为m 的小球沿轨道做完整的圆周运动。已知N1，在最高点时对轨道的压力大小为N2。重力加速度大小为 g，则 N1 图象如图乙所示，A 轻质绳长为 bB 当地的重力加速度为 maC当 v2 c 时，轻质绳的拉力大小为 abcaD 只要 v2b，小球在最低点和最高点时绳的拉力差均为6a参考答案】 BD名师解析】 设绳长为L，最高点由牛顿第二定律得：T2mvmg L ，则2TmLv mg。对应图象有： mga得 gma，故 B正确。：Lmab

19、，故 A错误。v2b 时， 小球能通过最高点，恰好通过最高点时速度为当 v2c 时，TmL2v，则 mLv mg。在最低点的速度 v，c mg bac a，故 C 错误。当21mv2 mg2L小球在最低点时对轨道的压力大小为A.3mgB.4mgC.5mgD.6mg参考答案】 D名师解析】 设小球在最低点速度为 v1，在最高点速度为 v2，根据牛顿第二定律，在最低点： N1 mg2v1mR，2在最高点： N2 mgmv2R同时从最高点到最低点，根据机械能守恒定律得1212mg2R 2mv1 2mv2联立以上三式可得 N1N2 6mg，故选项 D 正确。5（ 2019安徽合肥二模） 图示为运动员在

20、水平道路上转弯的情景，转弯轨迹可看成一段半径为 R 的圆弧，运动员始终与自行车在同一平面内。转弯时，只有当地面对车的作用力通过车（ 包括人 ）的重心时，车才不会倾倒。 设自行车和人的总质量为 M ，轮胎与路面间的动摩擦因数为 ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力， 重力 加速度为 g。下列说法正确的是A 车受到地面的支持力方向与车所在平面平行B 转弯时车不发生侧滑的最大速度为gRC转弯时车与地面间的静摩擦力一定为 MgD 转弯速度越大，车所在平面与地面的夹角越小【参考答案】 BD【命题意图】此题以运动员在水平道路上转弯的为情景，考查水平面内的匀速圆周运动，摩擦力及其相关 知识点。2【解题思路】车受到地

21、面的支持力方向与车所在平面垂直，选项 A 错误；由 mg=mv ,解得转弯时车不发 R生侧滑的最大速度为 v= gR ，选项 B 正确；转弯时车与地面间的静摩擦力一定小于或等于最大静摩擦力 Mg，选项 C错误；转弯速度越大，所需向心力越大，车所在平面与地面的夹角越小，选项D 正确。【易错警示】 解答此类题一定要注意静摩擦力与最大静摩擦力的区别， 静摩擦力小于或等于最大静摩擦力。6 （2019 浙江稽阳联谊学校联考模拟 ）如图所示的三叶指尖陀螺是一个由三向对称体作为主体，在主体中嵌入轴承，整体构成可平面转动的玩具装置。其中O 为转轴中心， A、 B 分是指尖陀螺上不同位置的两点，用 v 代表线速

22、度大小， 代表角速度大小， a 代表向心加速度大小， T 代表周期， 则下列说法中正确的是 （ ）A vA vB，TATBCvA vB，aA vBD AB，aA aB参考答案】 .B命题意图】 本题以 “三叶指尖陀螺 ”为情景，考查匀速圆周运动及其相关的知识点。解题思路】以 O 为转轴转动，图中 A 到 O点的距离大于 B 到O 点的距离，AB 两点的角速度相等， A=B 由 T=2/ 可知 TA=TB，由 v=r可知 vAvB，选项 A 错误 B 正确；向心加速度 a=2r，由于 rArB，所以 aAaB， 选项 CD 错误。7（2019 四川泸州一诊） 在考驾驶证的科目二阶段，有一项测试叫

23、半坡起步，这是一条类似于凸型桥面设 计的坡道。要求学员在半坡定点位置 a 启动汽车，一段时间后匀速率通过最高点 b 以及剩下路段，如图所示。下列说法正确的是A. 若汽车以额定功率从 a 点加速到 b 点，牵引力一直增大B. 在最高点 b 汽车处于平衡状态C. 在最高点 b 汽车对路面的压力小于汽车的重力D. 汽车从 a到 b运动过程中，合外力做功为 0【参考答案】 .C【名师解析】由 P=Fv 可知，若汽车以额定功率从 a 点加速到 b 点，牵引力一直减小，选项 A 错误；匀速率 通过最高点 b 以及剩下路段，在最高点 b 汽车处于匀速圆周运动，加速度向下，不是平衡状态，是失重状 态， .在最

24、高点 b汽车对路面的压力小于汽车的重力，选项B 错误 C正确；汽车从 a到 b运动过程中，动能增大，由动能定理可知，合外力做正功，选项D 错误。【名师点评】 驾考，是每个人司机都经历的。驾考很多情景都可以作为高考命题素材，可以考查匀变速直线运动规律、 圆周运动、 牛顿运动定律、 功和功率等知识点， 以驾考为情景命题可能是高考命题的新热点。8 （2018 安徽第三次联考 ）如图所示，光滑轨道由 AB、BCDE 两段细圆管平滑连接组成，其中AB 段水平，BCDE 段为半径为 R 的四分之三圆弧，圆心 O 及 D 点与 AB 等高，整个轨道固定在竖直平面内，现有一质 量为 m，初速度 v0 120gR的光滑小球水平进入圆管 AB，设小球经过轨道交接处无能量损失，圆管孔径远小于 R，则 （小球直径略小于圆管内径)(A 小球到达 C 点时的速度大小3 gR2B 小球能通过 E 点且抛出后恰好落至 B 点C无论小球的初速度 v0为多少，小球到达 E 点时的速度都不能为零D 若将 DE 轨道拆除，则小球能上升的最大高度与D 点相距 2R【参考答案】 B【名师解析】 对小球从 A 点至 C 点过程，由机械能守恒有 12mv02 mgR21mvC2，解得 vC3 22gR，选项 A 错误；对小球从 A 点至 E 点的过程，由