圆周运动常考模型（学生版）-2025高考物理复习热点题型讲义

专题09圆周运动常考模型

目录

题型一圆周运动中的运动学分析.................................................................1

题型二水平面内的圆周运动.....................................................................4

类型1圆锥摆模型..........................................................................5

类型2生活中的圆周运动....................................................................8

题型三圆周运动中的临界极值问题..............................................................10

类型1水平面内圆周运动的临界问题.......................................................10

类型2竖直面内的圆周运动的临界问题.....................................................13

类型3斜面上圆周运动的临界问题..........................................................18

题型四圆周运动与图像结合问题................................................................22

类型1水平面内圆周运动与图像结合问题....................................................22

类型2竖直面内圆周运动与图像结合........................................................23

题型一圆周运动中的运动学分析

【解题指导】1.对公式v=s的理解

当①一定时，V与尸成正比.

当V一定时，G与尸成反比.

2.对a=-=co2r的理解

nr

在V一定时，Qn与尸成反比；在①一定时，〃n与尸成正比.

3.常见的传动方式及特点

(1)皮带传动：如图甲、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VA=VB.

验出B

甲乙

(2)摩擦传动和齿轮传动：如图甲、乙所示，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，即虫=VB.

（3）同轴转动：如图所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，（OA=COB,由v=cor知v与

r成正比.

【例1】（2024•辽宁・高考真题）"指尖转球"是花式篮球表演中常见的技巧。如图，当篮球在

指尖上绕轴转动时，球面上尸、。两点做圆周运动的（）

A.半径相等B.线速度大小相等

C.向心加速度大小相等D.角速度大小相等

【例2】（2024•甘肃酒泉•三模）如图所示为脚踏自行车的传动装置简化图，各轮的转轴均固

定且相互平行，甲、乙两轮同轴且无相对转动，已知甲、乙、丙三轮的半径之比为1:9:3,

传动链条在各轮转动中不打滑，则乙、丙转速之比为（）

C.3:1D.1:3

【变式演练1】（2024•四川成都•三模）一质点做匀速圆周运动，从圆周上的一点运动到另一

点的过程中，下列说法一定正确的是（）

A.质点速度不变B.质点加速度不变C.质点动能不变D.质点机械能不变

【变式演练2】进入冬季后，北方的冰雪运动吸引了许多南方游客。如图为雪地转转游戏，

人乘坐雪圈（人和雪圈总质量为50kg,大小忽略不计）绕轴以2rad/s的角速度在水平雪地

上匀速转动，已知水平杆长为2m,离地高为2m,绳长为4m,且绳与水平杆垂直。则雪圈

（含人）（）

A,所受的合外力不变B.所受绳子的拉力指向圆周运动的圆心

C.线速度大小为8m/sD.所需向心力大小为400N

【变式演练3】某款滚筒洗衣机的内筒直径为50cm,在进行衣服脱水甩干时转速可达到1200

转/分，则甩干时紧贴滚筒内壁衣服的线速度大小约为（）

A.31m/sB.63m/sC.126m/sD.600m/s

【变式演练4】如图为古代常见的一种板车，车前轮与后轮转动半径之比为1:3,车上放有

质量为加的重物（可视为质点），推动板车使重物恰好能够随车匀速前进，此时车板与水平

面间的倾角为6=37。，重物与车板间动摩擦因数〃固定，若将车板与水平面间倾角变大，

之后控制板车使其仍能水平匀速前行，则下列说法正确的是（）

A.板车前轮与后轮的角速度之比为3:1

B.重物与板车间动摩擦因数〃=0.5

C.板车倾角变大后重物所受摩擦力也会随之变大

D.板车倾角变大后重物的对地运动方向沿板车斜面向下

【变式演练5】如图所示为某自行车的大齿轮、小齿轮和后轮结构示意图，它们的边缘有三

个点a、b、c,半径大小关系为此〉凡〉用,下列判断正确的是（）

后轮

A.6比。的角速度小B.6和c的角速度相等

C.。比6的向心加速度大D.c比6的向心加速度大

【变式演练6］齿轮传动是现代工业中常见的一种动力传动方式，荷兰设计师丹尼尔•布朗设

计了世上最强齿轮一一古戈尔齿轮。如图，最左侧小齿轮转动就会带动后面的大齿轮转动，

古戈尔齿轮中有100个大齿轮，小齿轮与大齿轮的半径之比为1：10,若第一个小齿轮的转

动周期为1s,由图可知要使古戈尔齿轮中最后一个大齿轮转动一圈，需要的时间为()

D.10100s

题型二水平面内的圆周运动

【解题指导】1.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、摩擦力等各种力，也可以是几个力的

合力或某个力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力.

2.向心力的确定

(1)确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置.

(2)分析物体的受力情况，所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力.

3.几种典型运动模型

运动模型向心力的来源图示运动模型向心力的来源图示

4方法技巧：求解圆周运动问题必须进行的三类分析,

几何分析目的是确定圆周运动的圆心、半径等

运动分析目的是确定圆周运动的线速度、角速度、向心加速度等

目的是通过力的合成与分解，表示出物体做圆周运动时，外界所提供的向心

受力分析

力

类型1圆锥摆模型

1.如图所示，向心力方向=zwgtan。=冽上=加口2/，且尸=£sin。，解得v=7gLtan心in仇co

r

/g

Zcos0

（i）

mg

2.稳定状态下，6角越大，对应的角速度。和线速度v就越大，小球受到的拉力/=〃蝎和

cos0

运动所需向心力也越大.

【例1】（2024•江苏•高考真题）如图所示，细绳穿过竖直的管子拴住一个小球，让小球在/

高度处作水平面内的匀速圆周运动，现用力将细绳缓慢下拉，使小球在3高度处作水平面

内的匀速圆周运动，不计一切摩擦，则（）

A.线速度B.角速度0/

C.向心加速度D.向心力

【变式演练1】如图所示，质量为机的小球用长为/的细线悬于尸点，使小球在水平面内以

角速度0做匀速圆周运动。已知小球做圆周运动时圆心。到悬点P的距离为力，重力加速

度为g。下列说法正确的是（）

A.绳对小球的拉力大小为加1/

B.小球转动一周，绳对小球拉力的冲量为0

C.保持〃不变，增大绳长/,。增大

D.保持〃不变，增大绳长/,绳对小球拉力的大小不变

【变式演练2】.一个单摆在竖直平面内摆动（摆角6较小），摆球运动到最高点时对细线的

拉力大小为不、摆动的周期为工；保持摆长不变，让该小球在水平面内做圆锥摆运动，摆

线偏离竖直方向的夹角也为凡运动过程中摆球对细线的拉力大小为心，摆动的周期为

B.-=cos20,—=cos0

D丘=湛瓜=0«8

工4

【变式演练3】.摩托车特技表演中的飞檐走壁让人震撼，其运动可简化为如图所示的小球

在光滑的半球形容器内做圆周运动。小球的质量为〃?，容器的球心为O、半径为R小球在

水平面内做圆周运动，运动到。点时，与竖直方向夹角为0,运动过程中容器静止在水平

地面上。半球形容器及底座的质量为重力加速度为g,则下列说法正确的是（）

B.小球运动的线速度大小为JgRtan8

C.底座受到地面的摩擦力大小为"zgtan。

D.底座对地面的压力大于（"+机）g

【变式演练4】如图所示，两根轻细线上端固定在S点，下端分别连一小铁球A、B,使两

者恰好在同一水平面内做匀速圆周运动，S。的高度为X,不计空气阻力，下列说法中正确

的是（）

s

A.小球做匀速圆周运动时，受到重力、细线拉力和向心力作用

B.如果两个小球的质量相等，则两条细线受到的拉力不相等

C.A、B做圆周运动的角速度均为栏

D.球A运动的周期小于球B运动的周期

类型2生活中的圆周运动

【例2】（2024•山东烟台•三模）如图所示，为半径为r的!圆弧路线，NP为长度19厂

的直线路线，M7V'为半径为4■的5圆弧路线，为长度16:•的直线路线。赛车从M点

4

以最大安全速度通过圆弧路段后立即以最大加速度沿直线加速至最大速度并保持V”,匀速

行驶。已知赛车匀速转弯时径向最大静摩擦力和加速时的最大合外力均为车重的左倍，最大

速度g为重力加速度，赛车从“点按照间加路线运动到P点与按照跖路

线运动到P点的时间差为（）

【变式演练1】如图所示为我国某平原地区从P市到。市之间的高铁线路，线路上方，

4位置处的曲率半径分别为r,八2八若列车在P市到。市之间匀速率运行，列车在经过工,

T2,刀位置处与铁轨都没有发生侧向挤压，三处铁轨平面与水平面间的夹角分别为/3,

Y0下列说法正确的是（）

A.列车依次通过3个位置的角速度之比为1：1：2

B.列车依次通过3个位置的向心加速度之比为1：1：2

C.3个位置的tana:tan£:tan/=2:2:1

D.3个位置的内外轨道的高度差之比为1：1：2

【变式演练2】如图所示，有一辆汽车在前挡风玻璃内悬挂了一个挂件。当汽车在水平公路

上转弯时，司机发现挂件向右倾斜并且倾斜程度在缓慢减小，已知汽车的转弯半径一定，则

下列说法正确的是（）

A.汽车正在向右加速转弯

B.汽车正在向右减速转弯

C.汽车正在向左加速转弯

D.汽车正在向左减速转弯

【变式演练3】.运球转身是运球中的一种基本方法，是篮球运动中重要进攻技术之一。拉

球转身的动作是难点，例如图。所示为运动员为拉球转身的一瞬间，由于篮球规则规定手掌

不能上翻，我们将此过程理想化为如图b所示的模型，薄长方体代表手掌，转身时球紧贴竖

立的手掌，绕着转轴（中枢脚所在直线）做圆周运动，假设手掌和球之间的最大静摩擦因数

为0.5,篮球质量为600克，直径24厘米，手到转轴的距离为0.5米，则要顺利完成此转身

动作，篮球和手至少要有多大的速度（)

B.2.76m/s

C.3.16m/sD.3.52m/s

题型三圆周运动中的临界极值问题

类型1水平面内圆周运动的临界问题

三种临界情况

（1）接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是弹力尸N=0.

（2）相对滑动的临界条件：两物体相接触且处于相对静止时，常存在着静摩擦力，则相对滑

动的临界条件是静摩擦力达到最大值.

（3）绳子断裂与松弛的临界条件：绳子所能承受的张力是有限度的，绳子断与不断的临界条件

是绳中张力等于它所能承受的最大张力，绳子松弛的临界条件是无=。

【例1】（2024・江苏•高考真题）陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、

成型和煨烧制得的材料以及各种制品。如图所示是生产陶磁的简化工作台，当陶瓷匀速转动

时，台面面上掉有陶屑，陶屑与桌面间的动摩因数处处相同（台面够大），则（）

A.离轴OO'越远的陶屑质量越大

B.离轴。。'越近的陶屑质量越小

C.只有平台边缘有陶屑

D.离轴最远的陶屑距离不会超过某一值

【变式演练1】如图所示，天花板下通过两个支架固定一根细钢管，轻绳从钢管穿过后，在

其两端分别挂质量为如、小2的小球。、b（均可视为质点），两小球的质量之比为—

m2

3

钢管左端轻绳N3段长度为/=lm,当钢管一侧悬挂小球的轻绳上张力不小于另一侧张力的：

时，绳不会发生滑移，为使小球6保持静止状态，已知重力加速度大小为g,sin370=0.6,

cos370=0.8,下列说法正确的是（）

35

A.若小球.也保持静止状态,则产汨

B.若仁1,可将小球。拉至轻绳段与竖直方向成夹角53。无初速度释放

C.若左可使小球a在水平面内做匀速圆周运动，其角速度范围为3反<0《吏"

351I

D.若轻绳段与竖直方向的夹角为37。，可使小球。在水平面内做匀速圆周运动，则

1275

——<k<—

253

【变式演练2】如图所示，竖直平面内的光滑金属细圆环半径为凡质量为优的带孔小球穿

于环上，同时有一长为R的轻杆一端固定于球上，另一端通过光滑的较链固定于圆环最低

点，当圆环以角速度。=卷绕竖直直径转动时，轻杆对小球的作用力大小和方向为（）

A.沿杆向上B.沿杆向下

C.(6-1)加g沿杆向上D.(6-1)加g沿杆向下

【变式演练3】如图所示，水平圆台可以绕其中心轴转动。在圆台中心两侧放上甲、乙两物

体，两物体的质量均为心，均可视为质点，甲、乙两物体到圆台中心距离分别为2尺、R,其

连线过圆台中心。两物体与圆台间的动摩擦因数均为〃，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，

重力加速度为g。

(1)若圆台以某一角速度转动时，甲、乙均未滑动。求两物体的加速度之比佛：。乙；

(2)若圆台的角速度逐渐增大，请分析说明甲、乙两物体谁先滑动；

(3)若将甲、乙两物体用不可伸长的轻绳连接，轻绳最初拉直而不张紧，缓慢增加圆台的

转速，求两物体刚要滑动时圆台转动的角速度。。

【变式演练4】.(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。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A=0.2m,杆与竖直转轴

的夹角。始终为60。，弹簧原长x°=0.1m,弹簧劲度系数上=100N/m,圆环质量”=lkg；

弹簧始终在弹性限度内，重力加速度大小取lOm/s2,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。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尸时，细杆匀速转动的角速度大小。

【变式演练5】如图所示，在水平圆盘上放置一个质量为0.5kg的小滑块，滑块离圆盘中心

0.25mo滑块与圆盘之间的动摩擦因数为0.1,现使圆盘绕垂直于盘面的中心轴缓慢加速转

动，至小滑块与盘面发生相对滑动。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/

A.圆盘缓慢加速转动过程中，滑块所受的摩擦力做功为0

B.小滑块与盘面发生相对滑动时圆盘的角速度为4rad/s

C.在小滑块上面再放置一个相同的小滑块，发生相对滑动时的角速度为26rad/s

D.在小滑块上面再放置一个质量为0.4kg的小滑块，两者之间的动摩擦因数为0.05,发

生相对滑动时的角速度为J5rad/s

类型2竖直面内的圆周运动的临界问题

1.两类模型对比

轻绳模型（最高点无支撑）轻杆模型（最高点有支撑）

球与绳连接、水流星、沿内轨道运动的

实例球与杆连接、球在光滑管道中运动等

“过山车”等

B懑

图示

尸弹

卜、卜、

受力

\rngF弹

mg\mgmgmg

示意

0

1。0

图

歹弹向下或等1F零尸弹向下、等于零或向上

力学V2V2

冽g+尸弹=4一m健F弹=mR

方程R

尸弹=0

v=0

临界_Vmin?

即尸向=0

特征

即Vmin=Y^F»=mg

(1)当v=0时，%=mg,歹弹背离圆心

(2)当时，mg—F弹=由一,T7弹背

(1)取另1点，右定履k,歹弹+冽g—加，R

R

离圆心并随V的增大而减小

讨论绳或轨道对球产生弹力/弹

分析(3)当v=W卜时，方弹=0

(2)若v〈而，则不能到达最高点，即至U

达最高点前小球已经脱离了圆轨道

(4)当时，机g+尸弹一加,产弹指向

R

圆心并随V的增大而增大

2.解题技巧

(1)物体通过圆周运动最低点、最高点时，利用合力提供向心力列牛顿第二定律方程；

(2)物体从某一位置到另一位置的过程中，用动能定理找出两处速度关系；

(3)注意：求对轨道的压力时，转换研究对象，先求物体所受支持力，再根据牛顿第三定律

求出压力.

［例1］如图所示，一长为£的轻绳拉着质量为加的小球保持静止。现在给小球一个水平初

速度，使小球在竖直面内做完整的圆周运动，不计空气阻力，重力加速度为g,则下列判断

正确的是()

A.小球在最高点的速度可以等于0

B.小球获得的初速度大小为小戢

C.小球做圆周运动的过程中仅有一处合力指向圆心

D.小球过最低点与最高点时受到绳的拉力大小之差等于6mg

【例2】（2024•安徽蚌埠•三模）如图所示，长为Z的轻绳悬挂于。点，另一端连接质量为加

的小球，小球可视为质点。在。点正下方的C处固定一光滑小钉，将小球拉起使悬线呈水平

绷紧状态后，无初速地释放，小球运动到最低点后绕C点运动，不计空气阻力，重力加速度

为g.

（1）要使小球能以C为圆心做完整的圆周运动，OC长度至少为多大？

（2）小球从/运动到3的过程中，当重力功率最大时，绳对小球的拉力为多大。

-B

【例3】（2024•陕西咸阳•模拟预测）如图所示,长为0.1m的轻杆一端固定一小球质量为0.1kg

的小球，小球绕圆心。在竖直面内做圆周运动。尸是圆周上的最高点，重力加速度g=10m/s2,

下面说法正确的时（）

A.当小球运动到与O相平的水平位置时，杆对小球作用力为零

B.若小球经过尸点时速度为lm/s,杆对小球作用力为零

C.若小球经过尸点时杆对小球作用力等于0.36N,小球的速度一定等于0.8m/s

D.若小球经过0点时杆对小球作用力等于5N,小球速度一定等于2m/s

【变式演练1】如图所示，在。点用长为L不可伸长的轻绳悬挂一质量为机的小球，。点

正下方的尸点固定一细钉子，OP距离为d,。点和尸点等高。小球处于。点右侧同一水平

高度的/点时，绳刚好拉直，将小球从N点由静止释放。不计空气阻力。下列说法正确的

A.小球从/点运动2点的过程中，重力的功率逐渐变大

B.绳撞钉子前后，小球的角速度不变

C.“取某个值（不等于0）时，小球运动到C点的速度恰好为零

D.若"=,时，小球不能绕钉子做圆周运动

【变式演练2】如图所示，粗糙的水平轨道和光滑的竖直圆轨道ABCD相切于/点，小滑

块尸静置在水平轨道上，现对尸施加水平向右的恒力尸使之由静止向右运动，到N点时撤

去尸。研究发现：当起点在M点左侧或N点右侧时，P进入圆轨道后不会脱离轨道。设朋N

与协的比值为左，小滑块与水平轨道间的动摩擦因数为〃，则（）

A.〃越大，左越大B.〃越大，左越小

5

C.k=2D.^=—

2

【变式演练3】（2024•河北•三模）如图所示，在竖直平面内有一固定光滑轨道，其中N2是

长度为R的水平轨道，8CDE是圆心为。、半径为R的士圆弧轨道，两轨道相切于3点。

4

一可视为质点的小球从4点以某速度%（大小未知）水平向左运动，重力加速度大小为g。

下列说法正确的是（）

A.当V。=，5gR时，小球刚好过最高点D点

B.当%=小碗时，小球不会脱离圆弧轨道

C.若小球能通过£点，则%越大，小球在8点与E点所受的弹力之差越大

D.小球从£点运动到/点的最长时间为（囱-6）看

【变式演练4】如图所示，一轻绳系一质量为比小球，竖直悬挂在。点，现将小球沿圆弧

拉至与。等高的/点，由静止自由释放。小球运动过程中经过C点时，绳与竖直方向的夹

角为。，以下判断正确的是（）

A.小球下摆到最低点的过程中，重力平均功率为0,细绳拉力一直增大

B.小球运动至C点时，其加速度大小为gsina

C.小球运动至C点时，轻绳对小球的拉力大小为3zwgcosa

D.若小球经过C点时重力功率最大，则cosa=Y3

3

【变式演练5].如图所示，被锁定在墙边的压缩弹簧右端与质量为0.2kg、静止于N点的滑

块P接触但不粘连，滑块P所在光滑水平轨道与半径为0.8m的光滑半圆轨道平滑连接于B

点，压缩的弹簧储存的弹性势能为2.8J,重力加速度取10m/s2,现将弹簧解除锁定，滑块P

被弹簧弹出，脱离弹簧后冲上半圆轨道的过程中（）

A.可以到达半圆轨道最高点。

B.经过3点时对半圆轨道的压力大小为9N

C.不能到达最高点。，滑块产能到达的最大高度为1.35m

D.可以通过C点且在CD之间某位置脱离轨道，脱离时的速度大小为2.2m/s

【变式演练6】如图所示，长为£的杆一端固定在过。点的水平转轴上，另一端固定质量

为加的小球。杆在电动机的驱动下在竖直平面内旋转，带动小球以角速度。做匀速圆周运

动，其中/点为最高点，C点为最低点，8、。点与。点等高。已知重力加速度为g,下列

说法正确的是（）

A

A.小球在2、。两点受到杆的作用力大于加g

B.小球在/、C两点受到杆的作用力大小的差值为6优g

C.小球在2、。两点受到杆的作用力大小等于％疗工

D.小球从/点到3点的过程，杆对小球做的功等于加g£

【变式演练7】如图半径为£的细圆管轨道竖直放置，管内壁光滑，管内有一个质量为

的小球做完整的圆周运动，圆管内径远小于轨道半径，小球直径略小于圆管内径，下列说法

不正确的是（）

z

A.经过最低点时小球可能处于失重状态

B.经过最高点Z时小球可能处于完全失重状态

C.若小球能在圆管轨道做完整圆周运动，最高点Z的速度v最小值为0

D.若经过最高点Z的速度v增大，小球在Z点对管壁压力可能减小

【变式演练8】如图所示，竖直平面内固定有一个半径为R的光滑圆环形细管，现给小球（直

径略小于管内径）一个初速度，使小球在管内做圆周运动，小球通过最高点时的速度为V。

已知重力加速度为g,则下列叙述中正确的是（）

A.v的最小值为71^

B.当丫=麻时，小球处于完全失重状态，不受力的作用

C.当丫=岳万时，轨道对小球的弹力方向竖直向下

D.当v由而逐渐减小的过程中，轨道对小球的弹力也逐渐减小

类型3斜面上圆周运动的临界问题

物体在斜面上做圆周运动时，设斜面的倾角为仇重力垂直斜面的分力与物体受到的支持力

相等，解决此类问题时，可以按以下操作，把问题简化.

立体图

【例1】如图所示，倾角为6=37°的斜面体固定在水平地面上，在斜面上固定一个半圆管轨

道4EB,圆管的内壁光滑、半径为r,其最低点4最高点3的切线水平，是半圆管轨

道的直径，现让质量为别的小球（视为质点）从N点以一定的水平速度滑进圆管，圆管的

内径略大于小球的直径、重力加速度为g,sin370=0.6cos370-0.8,下列说法正确的是

（）

A.当小球到达3点时受到沿斜面方向的弹力刚好为0,则小球在3点的速度为

小球离开2点做平抛运动的时间为2、）

B.

N5g

C.若小球在8点的加速度大小为2g,则/点对小球沿斜面方向的弹力大小为5加g

D.若小球到达B点时受到沿斜面方向的弹力刚好为0,则小球的落地点与P点间的距离为

6

—r

5

【变式演练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。转

动，盘面上离转轴距离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

擦因数为心，盘面与水平面的夹角为30。，g取10面J。则。的可能取值为（）

2

A.0.5rad/sB.0.7rad/sC.l.Orad/sD.1.5rad/s

【变式演练2】如图所示，在倾角为e的足够大的固定斜面上，一长度为工的轻杆一端可绕

斜面上的。点自由转动，另一端连着一质量为〃?的小球（视为质点）。现使小球从最低点/

以速率V开始在斜面上做圆周运动，通过最高点瓦重力加速度大小为g,轻杆与斜面平行,

不计一切摩擦。下列说法正确的是（）

A.小球通过/点时所受轻杆的作用力大小为加gsinS+zn工

B.小球通过2点时的最小速度为疯而万

C.小球通过N点时斜面对小球的支持力与小球的速度无关

D.若小球以VI高泡的速率通过3点时突然脱落而离开轻杆，则小球到达与/点等高处

时与N点间的距离为2工

【变式演练3】如图所示，在倾角为。的光滑斜面上，有一长为/的细线，细线的一端固定在

。点，另一端拴一质量为小的小球，现使小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动，则（）

A.小球通过最高点A时的速度匕=yjglsin6

B.小球通过最高点A时的速度巳=9

C.小球通过最高点/时，细线对小球的拉力7=0

D.小球通过最高点/时，细线对小球的拉力T=mgsin0

题型四圆周运动与图像结合问题

类型1水平面内圆周运动与图像结合问题

【例1】（2024・北京•一模）当做圆周运动的物体角速度。变化时，我们可以引用角加速度用

来描述角速度。的变化快慢，即6=竺。图甲中某转盘自f=0时由静止开始转动，其前4s

Nt

内角加速度£随时间/变化如图乙所示。则（）

A.第4s末，转盘停止转动B,角加速度的变化率的单位为：rad/s

C.0~2s内转盘做匀角加速圆周运动D.第2s末，转盘的角速度大小为10rad/s

【例2】如图甲所示，将质量为M的物块A和质量为加的物块B放在水平转盘上，两者用

长为£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后倍，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，绳中张力耳与转动角速度的

平方疗的关系如图乙所示，当角速度的平方疗超过3病时，物块A、B开始滑动。若图乙

中的£、叼及重力加速度g均为已知，下列说法正确的是（）

▼AB

IIh~~n

甲

A.L=JD.T

B.C.m=M

m①1mg

【变式演练1】如图甲所示，两个完全一样的小木块a和6（可视为质点）用轻绳连接置于

水平圆盘上，。与转轴的距离为圆盘从静止开始绕转轴极缓慢地加速转动，木块和

圆盘保持相对静止。。表示圆盘转动的角速度，。、6与圆盘保持相对静止的过程中所受摩擦

力与“满足如图乙所不关系，图中力=歹，下列判断正确的是（）

O

ab

__________.nri

O'

O①：①2

甲乙

A.图线（1）对应物体6B.绳长为2/

3

c.①2=3①iD.CO=02时绳上张力大小为g力

【变式演练2】如图所示，相同的物块。、6用沿半径方向的细线相连放置在水平圆盘上.当

圆盘绕转轴转动时，物块。、6始,冬相对圆盘静止.下列关于物块。所受的摩擦力随圆盘角

速度的平方（。与的变化关系正确1的是（）

：ab

11

3

：CD

\fa

2

0a>。CD2

丁\fa\fa

0Oco2

【变式演练3】如图所示，长为£的细绳上端固定在天花板上，下端拴一个可视为质点的小

球，小球在水平面内做匀速圆周运动。细绳跟竖直方向的夹角为仇小球做匀速圆周运动的

角速度为。。当小球以不同的角速度。做匀速圆周运动时，细绳与竖直方向的夹角。随之变化,

已知当地的重力加速度大小为g,下列关于。与。的关系图像可能正确的是()

类型2竖直面内圆周运动与图像结合

【解题指导】

1.清楚圆周运动中绳、杆模型的物理规律，列出正确的物理方程。

2.对一次函数＞=履+6要非常熟练，会用会画。

3.熟练地将数学和物理结合起来，用图像法来解决物理问题。

【数理思想与模型建构】

1.数理思想是基于物理现象的数学模型，利用数学知识解决物理问题的科学思维方法。

2.模型建构

(1)轻绳模型：①丫〉^^时绳子的弹力9=族^mg,方向竖直向下

R

②丫=版时绳子的弹力为零，是安全通过最高点的临界条件

（2）轻杆模型

①v＞加时轻杆对物体的弹力F=n^-mg,方向竖直向下

R

②?=而时轻杆对物体的弹力为零，是物体所受弹力方向变化的临界速度。

③时轻杆对物体的弹力F^=mg—nr-,方向竖直向上。

R

【思维建构】

1.根据物理现象列出物理方程。

2.根据物理方程整理成函数关系。

3.将物理方程与一次函数相对应。

4.根据函数思想对应物理图像分析求解。

【例1】如图甲所示，用一轻质绳拴着一质量为加的小球，在竖直平面内做圆周运动（不计

一切阻力），小球运动到最高点时绳对小球的拉力为尸，小球在最高点的速度大小为%其

尸-丫2图像如图乙所示，则（）

A.轻质绳长为2

a

B.当地的重力加速度为依

a

C.当V?=C时，轻质绳的拉力大小为华+。

b

D.只要V?26,小球在最低点和最高点时绳的拉力差均为6a

【例2】如图甲所示，一质量机=4kg的小球（可视为质点）以vo=4m/s的速度从N