高考物理二轮专题学案：圆周运动的规律及应用

锲而不舍，金石可镂考点03圆周运动的规律及应用基础知识一、常见的传动方式及特点同轴转动同缘传动装置图基本特点、、相同轮缘处______相同转动方向相同______【例题1】如图所示,三个齿轮的半径之比为1:3:5,当齿轮转动时,小齿轮边缘的A点和大齿轮边缘的B点,若A轮顺时针转动,则B轮会_____转动,AB两轮的转速之比为______。【总结】同缘传动,线速度大小相同;同轴转动,角速度、周期、转速相同。二、圆周运动的多解性问题【例题2】一位同学玩飞镖游戏,已知飞镖距圆盘为L,对准圆盘上边缘的A点水平抛出,初速度为v0,飞镖抛出的同时,圆盘以垂直圆盘且过盘心O点的水平轴匀速转动。若飞镖恰好击中A点,空气阻力忽略不计,重力加速度为g,则飞镖打中A点所需的时间为______;圆盘的半径R为______;圆盘转动的线速度的可能值为______。【总结】分析思路:1.两个物体运动的有关联性;2.物体做圆周运动有周期性。三、匀速圆周运动1.特点：速度与加速度的不变、不断变化。2.性质：匀速圆周运动是一种___________________________运动。3.离心运动和近心运动①当时,物体做匀速圆周运动;②当时,物体沿切线飞出;③当时,物体做离心运动;④当时,物体做近心运动。四、向心力的来源运动模型汽车转弯水平转台(光滑)火车转弯图示向心力提供动力学问题【例题3】如图所示,一同学用轻绳拴住一个装有水(未满)的水杯,让水杯在水平面内做匀速圆周运动,不计空气阻力,下列说法中正确的是()A.水杯匀速转动时,杯中水面呈水平B.水杯转动的角速度越大,轻绳与竖直方向的夹角越大C.水杯转动的周期越小,轻绳在水平方向上的分力越大D.水杯转动的线速度越大,轻绳在竖直方向上的分力越大【总结】思路：1.确定研究对象。2.确定圆周运动的轨道平面,以及、。3.对物体进行分析,确定向心力来源。4.根据牛顿运动定律和圆周运动知识列方程求解。临界问题【例题4】如图所示,细绳一端系着质量M=0.6kg的物体,静止在水平面上,另一端通过光滑的小孔吊着质量m=0.3kg的物体,M的中心与圆孔距离为0.2m,已知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取【总结】1.常见的临界情况(1)水平转盘上的物体恰好不发生相对运动的条件是。(2)物体间恰好分离的临界条件是。(3)绳恰好拉直是指绳上无拉力,绳即将断裂是指。2.分析方法(1)让线速度或角速度从小逐渐增大,分析各量的变化,找出临界状态,确定临界条件。(2)选择研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解。竖直面内的圆周运动问题【例题5】杂技演员表演“水流星”,在长为L=1.6m的细绳的一端,系一个与水的总质量为m=0.5kg的盛水容器,以绳的另一端为圆心,在竖直平面内做圆周运动,如图所示,若“水流星”通过最高点时的速率为4m/s,则下列说法中正确的是g取10m/A.“水流星”通过最高点时,没有水从容器中流出B.“水流星”通过最高点时,绳的拉力及容器底部受到的压力均为零C.“水流星”通过最高点时,处于完全失重状态,不受力的作用D.“水流星”通过最高点时,绳子的拉力大小为5N【总结】绳模型杆模型实例水流星、过山车(内轨型)球与杆连接、球在光滑管道中运动常见类型受力示意图力学方程过最高点临界条件高考真题考向一、水平面内圆周运动及动力学问题1.（2023高考真题）一质点做匀速圆周运动，若其所受合力的大小与轨道半径的n次方成正比，运动周期与轨道半径成反比，则n等于（

）A．1 B．2 C．3 D．42．（2023高考真题）在太空实验室中可以利用匀速圆周运动测量小球质量。如图所示，不可伸长的轻绳一端固定于O点，另一端系一待测小球，使其绕O做匀速圆周运动，用力传感器测得绳上的拉力为F，用停表测得小球转过n圈所用的时间为t，用刻度尺测得O点到球心的距离为圆周运动的半径R。下列说法正确的是（）A．圆周运动轨道可处于任意平面内B．小球的质量为C．若误将圈记作n圈，则所得质量偏大D．若测R时未计入小球半径，则所得质量偏小3.(2022高考真题)运动员滑雪时运动轨迹如图所示，已知该运动员滑行的速率保持不变，角速度为ω，向心加速度为a。则(

)A.ω变小，a变小 B.ω变小，a变大 C.ω变大，a变小 D.ω变大，a变大4．（2021高考真题）“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（）A．10m/s2 B．100m/s2 C．1000m/s2 D．10000m/s25.（2023高考真题）“转碟”是传统的杂技项目，如图所示，质量为m的发光物体放在半径为r的碟子边缘，杂技演员用杆顶住碟子中心，使发光物体随碟子一起在水平面内绕A点做匀速圆周运动。当角速度为时，碟子边缘看似一个光环。求此时发光物体的速度大小和受到的静摩擦力大小f。考向二、竖直平面内圆周运动问题绳、杆模型6.（2022高考真题）我国航天员在“天宫课堂”中演示了多种有趣的实验，提高了青少年科学探索的兴趣。某同学设计了如下实验：细绳一端固定，另一端系一小球，给小球一初速度使其在竖直平面内做圆周运动。无论在“天宫”还是在地面做此实验（）A．小球的速度大小均发生变化 B．小球的向心加速度大小均发生变化C．细绳的拉力对小球均不做功 D．细绳的拉力大小均发生变化考向三、圆周运动的临界问题7.（2021高考真题）（多选）如图，矩形金属框竖直放置，其中、足够长，且杆光滑，一