重难点04 圆周运动（原卷版）-高考物理重点难点热点专题

重难点04圆周运动重难点04圆周运动1.命题情境源自生产生活中的与圆周运动相关的情境或科学探究情境，解题时能从具体情境中抽象出物理模型，正确受力分析，画出受力分析图，运动过程分析，正确分析向心力的来源。2.命题既有重力场中的圆周运动，也有电场或磁场中的圆周运动，或更加复杂的复合场中的圆周运动。3.命题中经常极值、临界问题。抓住关键条件，例如：恰好做完整的圆周运动，刚好不发生相对滑动。4.命题中经常抛体运动相结合，结合动能定理或机械能守恒定律、动量守恒定律，注重物理思维与物理能力的考核。1．常见的圆周运动水平面内的圆周运动水平转盘上的物体Ff＝mω2r圆锥摆模型mgtanθ＝mrω2竖直面内的圆周运动轻绳模型最高点的临界条件：mg＝meq\f(v2,r)最高点和最低点间的过程要用能量观点(动能定理)轻杆模型最高点的临界条件vmin＝0倾斜面内的圆周运动倾斜转盘上的物体电场、重力场叠加中的圆周运动带电小球在叠加场中的圆周运动等效法关注六个位置的动力学方程，最高点、最低点、等效最高点、等效最低点，最左边和最右边位置磁场中的圆周运动带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动qvB＝meq\f(v2,r)（建议用时：30分钟）一、单选题1．（2023·山东潍坊·统考模拟预测）如图所示，质量为m的小物块开始静止在一半径为R的球壳内，它和球心O的连线与竖直方向的夹角为30°。现让球壳随转台绕转轴一起转动，物块在球壳内始终未滑动，重力加速度大小为g，则（）

A．静止时物块受到的摩擦力大小为B．若转台的角速度为，小物块不受摩擦力作用C．若转台的角速度为，小物块受到的摩擦力沿球面向下D．若转台的角速度为，小物块受到的摩擦力沿球面向下2．（2023·安徽·校联考二模）如图所示，某同学设计了如下实验装置研究向心力，轻质套筒A和质量为1kg的小球B通过长度为L的轻杆及铰链连接，套筒A套在竖直杆OP上与原长为L的轻质弹簧连接，小球B可以沿水平槽滑动，让系统以某一角速度绕OP匀速转动，球B对水平槽恰好无压力，此时轻杆与竖直方向夹角。已知弹簧的劲度系数为100N/m，弹簧始终在弹性限度内，不计一切摩擦，，则系统转动的角速度为（）A．2rad/s B．2.5rad/s C．4rad/s D．5rad/s3．（2024·全国·校联考一模）如图所示，竖直放置的半径为的四分之一光滑圆弧轨道与粗糙绝缘水平轨道在B处平滑连接，为圆弧轨道的圆心，OB左侧空间存在竖直向下的匀强电场，场强大小为。一质量为带负电的物块，电荷量，以一定的初速度从A点沿切线进入圆弧轨道。物块与水平轨道间的动摩擦因数为。已知重力加速度大小为，下列说法正确的是（）A．无论在A点的初速度多大，物块一定能沿圆弧轨道运动到B点B．物块以不同的初速度从A点沿圆弧轨道滑到B点，其在B点的速度最小为0C．物块以不同的初速度从A点沿圆弧轨道滑过B点后，最终可停在距B点的位置D．物块沿圆弧轨道滑过B点后，最终停在上，因摩擦产生的热量最小值为4．（2023·四川成都·统考一模）如图，空间存在范围足够大的匀强电场，场强大小，方向水平向右。竖直面内一绝缘轨道由半径为R的光滑圆弧与足够长的倾斜粗糙轨道AB、CD组成，AB、CD与水平面夹角均为45°且在B、C两点与圆弧轨道相切。带正电的小滑块质量为m，电荷量为q，从AB轨道上与圆心O等高的P点以的速度沿轨道下滑。已知滑块与AB、CD轨道间的动摩擦因数，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）

A．滑块在AB轨道下滑时的加速度大小为gB．滑块在轨道中对轨道的最大压力为3mgC．滑块最终将在轨道之间做往复运动D．滑块在AB轨道及CD轨道上运动的总路程为2R二、多选题5．（2023·浙江宁波·校考模拟预测）如图所示，一个上表面粗糙、中心有孔的水平圆盘绕轴MN转动，系有不可伸长细线的木块置于圆盘上，细线另一端穿过中心小孔O系着一个小球。已知木块、小球质量均为m，且均可视为质点，木块到O点的距离为R，O点与小球之间的细线长为L。当圆盘以角速度匀速转动时，小球以角速度随圆盘做圆锥摆运动，木块相对圆盘静止；连接小球的细线与竖直方向的夹角为，小孔与细线之间无摩擦，木块与圆盘间的动摩擦因数为，且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（）A．若不变，L越大，则越大B．若，当时，木块将相对于圆盘发生滑动C．若，木块所受摩擦力方向可能指向圆心D．若，当增大时，木块所受摩擦力可能增大6．（2024·四川成都·四川省成都列五中学校考一模）如图所示，竖直平面内有固定的光滑绝缘圆形轨道，匀强电场的方向平行于轨道平面水平向左，分别为轨道上的最高点和最低点，是轨道上与圆心等高的点。质量为、电荷量为的带正电的小球（可视为质点）在轨道内能做完整的圆周运动，已知重力加速度为，电场强度大小，则下列说法正确的是（）

A．小球在轨道上运动时，动能最小的位置在之间，且此处小球的电势能最大B．小球在轨道上运动时，机械能最小的位置在点C．小球经过两点时所受轨道弹力大小的差值为D．小球经过两点时所受轨道弹力大小的差值为三、解答题7．（2023·浙江绍兴·统考模拟预测）如图所示，水平地面左侧固定半径R=0.5m的竖直半圆弧光滑轨道ABC，A点为圆弧最高点，B点与圆心O等高，C点与水平地面相切。用三根材料相同、质量分布均匀的长方木条制成直角三角形框架DEF，斜木条DE的上表面光滑，倾角为。在F点右侧相距较远处有一P点，P点左侧的水平地面光滑，P点右侧的水平地面与框架底面木条DF之间的动摩擦因数为μ=0.1.一可视为质点的小滑块从框架的最高点E由静止开始释放，滑块恰好能通过半圆弧轨道的最高点A水平飞出，落到地面后停止运动。已知滑块质量m=1.0kg，框架质量滑块从框架进入水平地面时，速度由沿斜面方向变为水平方向，而速度的大小保持不变，不计其余一切阻力，重力加速度（1）求滑块经过B点时对轨道的压力FN；（2）求框架竖直边EF的高度h；（3）求框架停止运动时F点与P点的距离s。8．如图所示，有一半圆形区域的半径为R，内部及边界上均存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，直径MN和NP处放有一个很薄的接收屏，NP长为R。有一个位置可以移动的粒子源A可以向纸面内各个方向持续均匀发射速度为v（速度大小可调）的同种带电粒子，每秒发射粒子数为N，已知粒子质量为m，电量为。粒子打在接收屏上被吸收不反弹，粒子重力及粒子间的相互作用力不计。（1）若，粒子源A位于圆弧MN的中点，求从粒子源A发出的粒子射到接收屏O点所需要的时间以及接收屏NP受到带电粒子的作用力大小；（2）若，把粒子源A从N点沿圆弧逐渐移到M点的过程中，接收屏MN能接收到粒子的总长度；（3）若粒子源A位于圆弧MN中点，记从A点向左侧出射方向与AO方向夹角为θ，求能被MN板吸收的粒子打中板时速度方向与MN的夹角α的余弦值（用θ、粒子速度v以及题目中的已知量表示）。（建议用时：30分钟）一、单选题1．（2023·四川德阳·统考一模）如图所示，水平地面上放一质量为M的落地电风扇，一质量为m的小球固定在叶片的边缘，启动电风扇小球随叶片在竖直平面内做半径为r的圆周运动。已知小球运动到最高点时速度大小为v，重力加速度大小为g，则小球在最高点时地面受到的压力大小为（）

A． B．C． D．2．（2023·新疆·统考二模）如图所示，水平向右的匀强电场中，一根长的不可伸长的绝缘细线，一端连着一质量的带电小球，另一端固定于O点。把小球拉起至A点，此时细线水平，把小球从A点由静止释放，小球经最低点B后到达B的另一侧C点时速度为零，与夹角为，g取。则（）A．小球一定带负电B．小球从A点经过B点再到C点的过程中，机械能先增加后减小C．细线所受的最大拉力为D．小球到达B点时的动能为二、多选题3．（2023·湖南株洲·统考一模）如图，两轻绳左端系于竖直细杆上，右端与第三根轻绳在O点连结，当三根绳均拉直时，系于细杆上的两轻绳与竖直方向的夹角分别为30°和60°，上方绳长和第三根绳长均为L，第三根绳的末端连一质量为m的小球，小球可在水平面内绕细杆做匀速圆周运动。不计空气阻力，重力加速度为g，在转动过程中，当第三根绳与竖直方向成45°时（）

A．小球运动的加速度大小为B．小球运动的角速度大小为C．第三根绳子的拉力大小为mgD．系于细杆上的两轻绳的拉力大小相等4．（2023·陕西咸阳·校考模拟预测）如图所示，ab和bc区域的宽度均为d．ab区域存在水平向左、电场强度大小为E的匀强电场；bc区域存在正交的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向上，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小。今有一带正电的微粒从a边缘平行电场方向以初速度水平向右射入电场，从b边缘的P点进入bc区域时的速度大小不变，方向变为竖直向下。已知重力加速度为g，下列说法正确的是（

）A．a、P两点间距离为B．微粒在ab区域中做半径为d的匀速圆周运动C．微粒在bc区域中做半径为的匀速圆周运动D．微粒在ab、bc区域中运动的总时间为三、解答题5．（2023·黑龙江·校联考模拟预测）如图所示，长度l=3m的水平传送带AB在右端B点平滑连接着一个半径R=0.35m的光滑半圆弧轨道CEFD，其中C点为轨道的最低点，E点和圆心O等高，FD段为光滑圆管，∠EOF=30°。可视为质点的小物块从A点以v0=5.5m/s的初速度向右滑动，已知小物块的质量m=1kg，与传送带之间的动摩擦因数μ=0.3，且小物块尺寸小于光滑圆管内径。重力加速度g取10m/s2。（1）若传送带以v=6.1m/s的速率顺时针方向转动，求小物块第一次运动到C点的过程中电动机多消耗的电能；（2）若传送带以的速率顺时针方向转动，求：①小物块第一次运动到C点时对轨道的压力大小；②试通过计算判断小物块是否会脱离轨道CEFD；若脱离，求出落点到C点的距离，若不脱离，求小物块最终稳定运动时的最大动能。

6．（2024·四川自贡·统考一模）如图，在竖直平面内，固定有半径R1=1m和半径R2=0.3m的光滑圆形轨道，他们轨道弧长分别占圆周的和，圆轨道与水平轨道分别相切于B点和D点，且平滑连接。某时刻，让质量为m1=0.1kg，不带电的绝缘小滑块P从A点静止释放，经圆轨道滑至B点，从B点进入水平轨道，与静止在C点的带电小滑块Q发生弹性碰撞，滑块Q的质量为m2=0.1kg，电荷量为q=+1C。整个过程中滑块Q的电荷量始终保持不变，滑块P、Q均可视为质点，与水平轨道BC间的动摩擦因数均为μ=0.1，BC间距x=2m，CD段光滑。滑块Q从D点进入光滑轨道DMN时，此时加入水平向右范围足够大的匀强电场，场强大小。已知重力加速度g=10m/s2。求：（1）小滑块P刚到滑道最低点B时对圆轨道的压力；（2）小滑块P与小滑块Q碰撞后Q的速度大小为多少？（3）通过计算判断当Q进入光滑绝缘半圆轨道DMN后是否会脱离轨道？若不会，则求经过N点的速度大小；若会，试求Q离开半圆轨道时的速度大小为多少？（计算结果可用根式表示）7．（2023·山东·模拟预测）如图甲所示，空间直角坐标系中，界面均与xOy平面平行，界面将空间分为区域Ⅰ、区域Ⅱ两部分，界面M与xOy平面和界面N间的距离均为轴与界面M相交于与界面N相交于。区域Ⅰ中在y>0的范围内存在着沿y轴负方向的匀强电场，在的范围内存在着沿y轴正方向的匀强电场，两个电场强度大小相等；区域Ⅱ中，在的区域里有垂直xOz平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，如图乙所示，B随时间t的变化规律如图丙所示（和均未知），规定磁场方向沿y轴负方向为正。有一质量为m、电荷量为的粒子，初速度为零，经加速器加速后获得大小为的速度，然后从y轴上的点沿z轴正方向进入区域Ⅰ，之后经过z轴后从Q点垂直穿过界面M进入区域Ⅱ。不考虑粒子的重力，求：（1）加速器的加速电压；（2）区域Ⅰ中匀强电场的场强大小；（3）若粒子从时刻射入区域Ⅱ，在的某时刻从平面的点（以Q点为坐标原点）射出磁场，求的大小；（4）若粒子的比荷为，粒子在