圆周运动（五大题型）原卷版-2025年高考物理答题技巧与模板构建

模板05圆周运动（五大题型）

本节导航：

题型01水平平面内的圆周运动题型02竖直平面内的圆周运动

题型03斜面平面内的圆周运动题型04圆周运动的多解问题

题型05圆锥摆类问题

题型01水平平面内的圆周运动

口曼理解禳

1、水平平面内的圆周运动此类问题相对简单，物体所受合外力充当向心力，合外力大小不变，方向总

是指向圆心。当角速度发生变化时，物体有离心或向心运动的趋势，此时往往需要根据受力情况判断某个

力（如摩擦力等）的变化情况。

2、试题的呈现形式丰富，提问角度设置新颖，学生需要掌握圆周运动的规律和临界条件。

一、必备基础知识

1、描述圆周运动的物理量

物理量物理意义表达式

As2兀resc

线速度描述物体圆周运动快慢。o一加一丁—乙啊——a）r

角速度描述物体转动快慢。A6>2兀2cv

°=Z7=亍=2仔=2加=不

周期物体沿圆周运动一周所用的时间，描述7=迎

V

物体转动快慢

频率单位时间内完成周期性变化的次数，描户1/T

述物体转动快慢

转速做圆周运动的物体单位时间内沿圆周绕n=f=l/T

圆心转过的圈数。描述物体做圆周运动

的快慢。

2

2V4兀2

向心加指向圆心（曲率中心）的加速度，与曲-

an=rco=~=cov=下r

速度线切线方向垂直。反映圆周运动速度方

=4-7T2f2r=4712n2r

向变化快慢的物理量。

2

厂v9—4兀2

向心力当物体沿着圆周或者曲线轨道运动时，Fn—TTlCln—m丫—JTICOf——

指向圆心（曲率中心）的合外力作用力。mr^f

作用效果是产生向心加速度。

2、圆周运动物理量之间的关系如下

「

各

物

理

址

间

的

关

系

一

转速n

（频率〃

3、匀速圆周运动和非匀速圆周运动

类型匀速圆周运动非匀速圆周运动

定义线速度的大小不变的线速度的大小和方向不断变

圆周运动化的圆周运动。

性质①向心加速度、向心向心加速度、向心力、线速度

力和线速度的大小不和角速度均发生变化。

变，方向改变；

②角速度不变

条件合力大小不变，方向①合力沿速度方向分量产生

始终与速度方向垂直切向加速度，它只改变速度的

且指向圆心。大小;②合力沿半径方向分量

产生向心加速度,它只改变速

度的方向。

3、向心、离心运动

受力特点图例

当尸=机厂。2时，物体做匀速圆周运动。

尸二0一0

当尸=0时，物体沿切线方向飞出。

当代的丁时，物体逐渐远离圆心，P为实际提供的

F=mr(o2\.

向心力，做离心运动。

当Q/Wm?时，物体逐渐向圆心靠近，做向心运动。

4、水平平面内圆周运动的临界问题

问题的描述：在水平面内做圆周运动的物体，当转速变化时，物体的受力可能发生变化，转速继续变

化，会出现绳子张紧、绳子突然断裂、静摩擦力随转速增大而逐渐达到最大值、弹簧弹力大小方向发生变

化等，从而出现临界问题，确定临界状态是分析临界问题的关键。

5、变速圆周运动

受力特点：当物体做变速圆周运动时，合外力指向圆心的分力就是向心力。合外力不等于向心力，合

外力一般产生两个效果。

下图表示小物体加速转动的情况。。是轨迹的圆心，F是绳子对小物体的拉力。

可以把F分解为与圆周相切的鼻和指向圆心的F„：

跟圆周相切的分力F„只改变线速度的大小，Ft=mat,产生切向加速度，此加速度描述线速度大小变

化的快慢；

跟圆周切线垂直而指向圆心的分力片，只改变线速度方向，Fn=man,产生向心加速度。此加速度描述

线速度方向变化快慢。

二、解题模板

1、解题思路

明确做圆周

受力分析，确定

运动的对象合力提供向心力

和所在平面

2、注意问题

绳子的拉力出现临界条件的情形有：①绳恰好拉直意味着绳上无弹力；②绳上拉力恰好为最大承受力

等。

物体间恰好分离的临界条件是：物体间的弹力恰好为零。

水平转盘上的物体恰好不发生相对滑动的临界条件是：物体与转盘间恰好达到最大静摩擦力。

3、解题方法

①选择做圆周运动的物体作为研究对象；②分析物体受力情况，其合外力提供向心力；③由Fn=m^

=mrco2列方程求解。

临界问题的分析方法：当确定了物体运动的临界状态和临界条件后，要分别针对不同的运动过程或现

象，选择相对应的物理规律，然后再列方程求解。

向心力的的确定方法：明确运动轨道所在的平面，找到轨道平面圆心的位置，分析做圆周运动的物体

所受的力，画出受力示意图，找出这些力指向圆心的合力就是向心力。

第一板运用

］（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

OO'上的。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L=0.2m,杆与竖直转轴的夹角a始终为60°,弹簧原长%=0.1m,弹簧劲度系数k=lOON/m,

圆环质量相=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。

（2024・安徽・一模）如图所示，水平转台上的小物体1、2通过轻质细线相连，质量分别为根、

2m,保持细线伸直且恰无张力，并静止在转台上，可绕垂直转台的中心轴O。'转动。两物体与转台表面的

动摩擦因数相同均为〃，最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力。两物体与轴。共线且物体1到转轴的距离为r,

物体2到转轴的距离为2r,重力加速度为g。当转台从静止开始转动，角速度极其缓慢地增大，针对这个

过程，求解下列问题：

o

.rn团,

।।

O,

⑴求轻绳刚有拉力时转台的角速度；

⑵求当转台角速度为。、母1时，物体1受到的摩擦力；

V3r

⑶求当物体1和物体2均被甩离转台时的角速度。

题型02竖直平面内的圆周运动

母敦四族

1、竖直平面内的圆周运动主要常考的模型为轻绳模型和轻杆模型，这类题型要注意分清受力特征以及

掌握临界条件的分析方法。

2、题型难道一般不是很大，考查内容比较综合，需要学生具备一定的综合分析能力。

一、必备基础知识

1、拱桥模型

受力特征：下有支撑，上无约束。

2

临界特征：FN=0，mg^mvmax^即Vmax=M^。过最高点条件：怯如^。讨论分析：臼■•时：”打一

尺=此，FN=mg—*<mg（失重）7时：到达最高点前做斜上抛运动飞离桥面。

2、轻绳模型

受力特征：除重力外，物体受到的弹力方向：向下或等于零。

临界特征：FN=0，加8=导片即丫而产^^。过最高点条件：在最高点的速度v>y[gRo讨论分析：过

最高点时，丫小麻，F^+mg=in^,绳、圆轨道对球产生弹力尸N;不能过最高点时，v<y[gr,在到达最高点

前小球已经脱离了圆轨道。

3、轻杆模型

受力特征：除重力外，物体受到的弹力方向：向下、等于零或向上。

临界特征：v=0即F向=0F^=mga过最高点条件：在最高点的速度佗0。讨论分析：当v=0时，

_V2

F^=mg,为支持力，沿半径背离圆心；当0<v<<还时，一尺+小?=机厂，厂N背离圆心，随u的增大而减

V2

小；当还时，FN=O；当uX历时，FN+mg=mr,尸N指向圆心并随u的增大而增大。

二、解题模板

1、解题思路

2、注意问题

小球的不脱轨问题，如下图所示，该问题包含两种情景：①小球没有通过最高点，但没有脱离圆轨道，

这种情况下小球最高上升到与圆心等高位置处然后原路返回；②小球通过最高点并完成圆周运动，这种情

况下最高点的速度要满足v>V^o

绳子模型和杆模型的比较如下表所示。

模型绳子模型杆模型

:/绳

图例AW轨季）

、、

'、一

尸弹

%

人弹

mg\mgF袋

mgmgmg

受力分析

o1。

olo

尸弹痘[下或等于零0

尸弹庐1下、等于零或向上

V2V2

力学方程mg+F弹=mg±F弹=^^

小球恰好通过轨道最高点、恰好能做完由小球恰能运动到最高点得r临=0。

过最高点整的圆周运动，隐含着小球运动到最高

的临界条点时绳或轨道对小球的作用力恰好为

件2

零。由侬=年得-小=近？

若通过最高点时v>y[gr,则绳、轨道2

当侬=向即v=y[gi^,7^=0此时杆或

对球产生一个向下的弹力F,由F+mg

讨论分析2

V管道对小球恰好没有作用力；

="可得户随V的增大而增大；

当0〈区41时，球受到向上的支持力，

不能过最高点时人，晶，在到达最高V2

由侬一人=”可得A随r的增大而减

点前小球已经脱离了圆轨道。

小；

当力正用寸，球受到向下的拉力，

2

由A+侬=/可得A随y的增大而增

r

大；

当p=0时，R=mg,A为支持力，沿半

径背离圆心。

3、解题方法

①确定模型：首先判断是轻绳模型还是轻杆模型，两种模型过最高点的临界条件不同，其原因主要是

“绳”不能支持物体，而“杆”既能支持物体，也能拉物体。

②确定临界点：V隘=收，对轻绳模型来说是能否通过最高点的临界点，而对轻杆模型来说尸N表现为

支持力或者是拉力的临界点。

③确定研究状态：通常情况下竖直平面内的圆周运动只涉及最高点和最低点的运动情况。

④进行受力分析：对物体在最高点或最低点时进行受力分析，根据牛顿第二定律列出方程P/P向。

⑤进行过程分析：应用动能定理或机械能守恒定律将初、末两个状态联系起来列方程。

（2024•安徽•高考真题）如图所示，一实验小车静止在光滑水平面上，其上表面有粗糙水平轨道

与光滑四分之一圆弧轨道。圆弧轨道与水平轨道相切于圆弧轨道最低点，一物块静止于小车最左端，一小

球用不可伸长的轻质细线悬挂于。点正下方，并轻靠在物块左侧。现将细线拉直到水平位置时，静止释放

小球,小球运动到最低点时与物块发生弹性碰撞。碰撞后,物块沿着小车上的轨道运动，已知细线长L=L25m。

小球质量加=020kg。物块、小车质量均为0.30kg。小车上的水平轨道长s=1.0m。圆弧轨道半径

R=Q15m。小球、物块均可视为质点。不计空气阻力，重力加速度g取lOm/s?。

（1）求小球运动到最低点与物块碰撞前所受拉力的大小；

L

mo-----O

R

M

OO

（2024•陕西榆林•一模）如图1所示，位于竖直面内的固定光滑弧形轨道的最低点8与固定光滑

圆形轨道3a见平滑连接，圆形轨道半径R=0.40m、C点与圆心。点等高。现有一质量〃?=（）.10kg的滑块

(可视为质点)，从位于轨道上的A点由静止开始滑下，滑块经8点后沿圆形轨道上滑。取重力加速度

图1图2

⑴若滑块经5点后，恰好能通过圆形轨道的最高点。，求滑块通过。点时的速度大小；

(2)若要求滑块在运动过程中，不会从BCD部分脱离光滑圆形轨道，请分析说明A点距离8点竖直高度应满

足什么条件；

⑶为了更好地研究滑块的运动特点，某同学更换了滑块，并设计了相似装置，且在圆轨道最低点8处安装

了压力传感器，利用多组A3竖直高度H与力传感器的读数尸的数据，绘制了图像如图2所示，测得

图线的斜率上=0.40。请根据上述情景和图像信息，求解滑块的质量和圆形轨道半径。

题型03斜面平面内的圆周运动

②敢也篌

在斜面上做圆周运动的物体，因所受的控制因素不同，如静摩擦力控制、绳控制、杆控制，物体的受

力情况和所遵循的规律也不相同。

的槿笆的建

一、必备基础知识

1、斜面平面上的圆周运动分类

静摩擦力控制下的圆周运动；轻杆控制下的圆周运动；轻绳控制下的圆周运动。

2、两种类型

静摩擦力控制下的斜面圆周运动，如下图所示。

轻杆控制下的斜面圆周运动，如下图所示。

二、解题模板

1、解题思路

明确斜面上受力分析，分析物

物体做圆周体在最高点和最低

运动的类型点的受力情况

2、注意问题

斜面内的圆周运动与竖直面内的圆周运动类似，斜面上的圆周运动也是集中分析物体在最高点和最低

点的受力情况，列牛顿运动定律方程来解题。只是在受力分析时，一般需要进行立体图到平面图的转化，

这是解斜面上圆周运动问题的难点。

3、解题方法

明确研究对象；将物体的立体图转化为平面图；进行受力分析和运动分析；列方程进行求解

物体在斜面上做圆周运动时，如下图所示，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，物体运动到斜面任意位置时由斜面内指向圆心方向的合力提供向心力。

◎槿电¥用

］（2024•广东•阶段练习）如图，倾角为夕=30。的光滑斜面体固定在水平面上，斜面ABCD为边

长2.5L的正方形，斜面上一点。为AC、8。连线的交点。长为L的轻绳一端系着质量为机的小球，另一端

系在。点，小球在斜面上绕。点做完整的圆周运动，且运动到最高点时轻绳的拉力恰好为零。已知重力加

速度为g，小球运动过程中无机械能损失。

（1）求小球运动到圆周最高点时速度的大小；

（2）求小球所受轻绳的最大拉力；

B

|(2024•广东•模拟预测)如图所示，楔形物体放在水平地面上，斜面光滑，倾角为6。轻绳一端

固定在斜面，另一端系一质量为，"的小球在斜面上做圆周运动，A、8分别是圆周运动轨迹的最低点和最高

点，已知小球恰能通过8点。在小球运动过程中楔形物体始终静止不动，重力加速度为g。求：

(1)小球运动到最低点A时绳对小球的拉力大小；

(2)小球经过最高点3时，地面对楔形物体的摩擦力大小。

题型04圆周运动的多解问题

1、这类题目常涉及两个物体的两种不同的运动，其中一个物体做匀速圆周运动，另一个物体做其它形

式的运动。

2、圆周运动具备周期性，因此会出现多解问题。两个物体的运动是同时进行的，因此运动时间是一致

的，这是解题的突破口。

一、必备基础知识

1、问题特点

圆周运动具有周期性，使得不同周期内发生的运动可能是相同的，这将造成多解。

2、三种传动模型

方式同轴转动皮带传动齿轮传动

A、B两点在同轴的一个两个轮子用皮带连接，A、B两个齿轮轮齿啮合，A、B两

装置圆盘上，到圆心的距离两点分别是两个轮子边缘点分别是两个齿轮边缘上的

不同。上的点。点。

图例4

--*

A、B两点角速度、周期A、B两点线速度相同A、B两点线速度相同

特点

相同

转动方

相同相同相反

向

角速度与半径成反比与齿轮

角速度与半径成反比：齿数成反比：

线速度与半径成正比：丝=二，丝=工=8，

（oBRgqN2'

规律

VBR周期与半径成正比：周期与半径成正比，与齿轮

齿数成正比：

T±_R

Tr

BZA=A=A

TBr2N?

二、解题模板

1、解题思路

明确两种分析各自的运动

运动形式特点和受力特点

2、注意问题

分析此类问题，周期性是得出多解通式的关键。求解过程切记不能只考虑第一个周期的情况，要注意

问题的多解。

3、解题方法

①明确两个运动的物体，分析各自的运动形式；

②对两者进行受力分析和运动分析；

③根据各自的运动特点列出规律方程；

④根据题意要求，建立两者的联系，根据等时性得出多解通式；

⑤对结果进行分析和讨论。

。根极运用

（2024•广东•模拟预测）如图所示，水平圆盘直径A3与C点同线，在C点正上方h处有一可视

为质点的小球沿与圆盘直径AB平行的方向以一定的初速度水平抛出，。点为圆盘圆心，已知圆盘半径为R,

B、C两点间的距离为R,。为圆周边缘上一点，且。。与垂直，重力加速度为g,不计空气阻力。

（1）求当圆盘固定时，要使小球落在圆盘上，求速度大小范围；

（2）若圆盘绕圆心。点由图示位置沿逆时针做匀速圆周运动，经过一段时间后，小球恰好与圆盘在。点相

遇，求圆盘转动线速度大小的可能值。

—

磨写0（2024・广东•期中）如图所示的游戏装置中，一高度为/7的固定杆的顶部固定一光滑圆弧形轨道,

一处于水平面内的圆盘可绕固定杆转动，圆盘上距圆盘中心为L的。।处有一小圆孔。现让圆盘匀速转动，

当过的直线处于轨道AB正下方且。।在杆右侧时，将小球从A点静止释放，小球经导轨从8点水平抛

出后恰好穿过圆孔。「已知小球由A点到8点的时间为f。，不计空气阻力。求:

（1）4、2间的竖直高度差;

⑵圆盘转动的角速度。

题型05圆锥摆类问题

韵散型解裱

该类问题往往是由重力和弹力的合力提供向心力，使物体在水平面内做匀速圆周运动。掌握圆锥摆的

运动特征可以快速解决这类问题。

一、必备基础知识

1、结构特点

一根轻绳系一个摆球（可看成质点），让摆球在水平面内做匀速圆周运动。

2、运动图示

3、类圆锥摆

有些物体的运动从表面上看不属于圆锥摆模型，但其受力情况和运动情况与圆锥摆模型类似，利用相

似的分析方法即可求解。

常见的类圆锥摆模型有：圆锥筒、火车转弯、飞车走壁等。模型图如下所示。

二、解题模板

1、解题思路

对物体进行明确向心力

劭分析的来源

2、注意问题

物体做圆周运动的轨道圆心一定与轨道共面，所以做圆锥摆运动的物体，轨道圆心不是悬点，而是与

轨道共面的中心，半径则为轨道平面上面的半径。

3、解题方法

圆锥摆：向心力=加苏厂，且厂=/^11仇解得v=NgLtan6sin仇

稳定状态下,。越大,角速度。和线速度v就越大，小球受到的拉力尸=枭和运动所需向心力也越大。

圆锥筒：

筒内壁光滑，向心力由重力根g和支持力尸N的合力提供，即^^》=吟=冽①兄解得口=\/潦3=

g

rtan0°

__mg

稳定状态下小球所处的位置越局，半径厂越大，角速度。越小，线速度V越大，支持力FN=sin。和向

心力Ei=tan*6»并不随位置的变化而变化。

金蟆极运用

］（2024•安徽•一模）乒乓球是我国的国球，中国乒乓球队更是奥运梦之队。在刚刚结束的第33

届巴黎奥运上，我国包揽了5枚金牌，为国乒喝彩。乒乓球训练入门简单，一支球拍，一个球，就能做颠

球训练，也能对着墙壁开展对练模式。为了避免捡球的烦恼，现在推出了一种悬挂式乒乓球训练器，如图

甲所示。该训练器可简化成一根长为/的轻质细绳下悬挂一可视为质点、质量为机的小球。不计空气阻力，

重力加速度为g。

甲

⑴敲击小球，可以让小球在竖直平面内摆动，最大偏转角度为仇则小球摆到最高点时，求绳子拉力大小;

⑵敲击小球，也可以让小球做圆锥摆运动，当轻绳偏离竖直方向夹角为。时，求绳子拉力大小及小球线速

度大小。

麦式（2024•江苏南通•模拟预测）某装置如图所示，两根轻杆。4、03与小球及一小滑块通过较链连

接，杆。4的A端与固定在竖直杆上的银链相连。小球与小滑块的质量均为优，轻杆04、OB长均为/,原

长为/的轻质弹簧与滑块都套在该竖直杆上，弹簧连接在A点与小滑块之间。装置静止时，弹簧长为1.6/,

重力加速度为g,sin53o=0.8,cos53o=0.6,不计一切阻力。求：

（1）轻杆对小球的作用力；

（2）弹簧的劲度系数左；

（3）若整个装置以竖直杆为轴转动，当弹簧将恢复原长时，小球的角速度。。

横板演秣

1.（2024•福建泉州•模拟预测）智能呼啦圈可以提供全面的数据记录，让人合理管理自己的身材。如图甲，

腰带外侧带有轨道，其简化模型如图乙所示。可视为质点的配重质量为0.4kg,轻绳长为0.4m,悬挂点p到

腰带中心。点的距离为0.26m,水平固定好腰带，通过人体微小扭动，使配重在水平面内做匀速圆周运动。绳

子与竖直方向夹角0=37。，运动过程中腰带可视为静止，不计一切阻力，重力加速度g=10m/s2sin370=0.6,

cos37°=0.8）o求：

（1）轻绳拉力的大小；

（2）配重做匀速圆周运动的角速度；

（3）配重从静止开始加速旋转至。=37。的过程中，绳子对配重所做的功。

2.（2024•江苏扬州,模拟预测）如图，餐桌上表面离地面的高度〃=1.25m,餐桌中心是一个半径为r=2m

的圆盘，圆盘可绕中心轴转动，近似认为圆盘与餐桌在同一水平面内且两者之间的间隙可忽略不计。已知

放置在圆盘边缘的根=1kg的小物体与圆盘间的动摩擦因数为4=0.45,小物体与餐桌间的动摩擦因数为

生=0.3,最大静摩擦力等于滑动摩擦力，缓慢增大圆盘的转动速度，物体从圆盘上甩出后，在餐桌上做匀

减速直线运动，恰好不会滑出餐桌落到地上，g取10m/s2,不计空气阻力。

（1）为使物体不从圆盘滑到餐桌上，求圆盘的边缘线速%的最大值;

（2）物体在餐桌上滑行的时间;

（3）若餐桌上洒上了油，导致物体与餐桌间的动摩擦因数减小，物体沿桌面匀减速直线运动后落地，落地

点距离圆桌中心的水平距离20m，求此过程桌面对物体做的功。

3.（2024•江苏•模拟预测）如图所示，为竖直放置的光滑圆筒，一根长细绳穿过圆筒后一端连着质量

叫=5kg的小球P,另一端和细绳8c（悬点为8）在结点C处共同连着质量为丐的小球Q,长细绳能承受

的最大拉力为60N,细绳能承受的最大拉力为27.6N。转动圆筒使BC绳被水平拉直，小球Q在水平面

内做匀速圆周运动，小球P处于静止状态，此时圆筒顶端A点到C点的距离4=L5m,细绳8c的长度

4=0.9m,重力加速度g取10m/s2,两绳均不可伸长，小球P、Q均可视为质点。求:

（1）当角速度。多大时，8c绳刚好被拉直（结果可用根号表示）；

绳刚好被拉断。

4.（2024•四川自贡•模拟预测）长为L=2.0m的细线，拴一质量为机=2.0kg的小球，一端固定于。点，让

2

其在水平面内做匀速圆周运动。如图所示，当细线与竖直方向的夹角是a=37°时,重力加速度为g=10m/so

sin37°=0.6,cos37°=0.8o求:

o

（1）细线的拉力尸大小

⑵小球运动的线速度的大小

⑶小球运动的角速度是多少

5.（2024•广东•阶段模拟）如图所示，半径R=0.4m的圆盘水平放置，绕竖直轴00,匀速转动，在圆心。正

上方〃=0.8m高处固定一水平轨道PQ,转轴和水平轨道交于0'点.一质量m=2kg的小车（可视为质点），

在F=6N的水平恒力作用下（一段时间后，撤去该力），从。’左侧飞=2m处由静止开始沿轨道向右运动,

当小车运动到0,点时，从小车上自由释放一小球，此时圆盘半径0A与x轴重合.规定经过0点水平向右为

x轴正方向.小车与轨道间的动摩擦因数〃=0.2,g取10m/s2.

圆盘转动的角速度应为多大?

(2)为使小球能落到圆盘上