2026物理高考大一轮总复习讲义(全国)专题12：圆周运动(学生版+解析)

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TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc8194" 【链接高考】 PAGEREF _Tc8194 \h 1
\l "_Tc13656" 【知识梳理】 PAGEREF _Tc13656 \h 5
\l "_Tc3939" 【考纲要求】 PAGEREF _Tc3939 \h 5
\l "_Tc23372" 【知识网络】 PAGEREF _Tc23372 \h 5
\l "_Tc12512" 【考点梳理】 PAGEREF _Tc12512 \h 6
\l "_Tc28136" 考点一、描述圆周运动的物理量 PAGEREF _Tc28136 \h 6
\l "_Tc118" 1、描述圆周运动的物理量 PAGEREF _Tc118 \h 6
\l "_Tc8974" 2、匀速圆周运动 PAGEREF _Tc8974 \h 6
\l "_Tc18155" 考点三、传动装置中各物理量之间的关系 PAGEREF _Tc18155 \h 6
\l "_Tc10519" 考点四、圆周运动实例分析 PAGEREF _Tc10519 \h 6
\l "_Tc1850" 1、火车转弯 PAGEREF _Tc1850 \h 6
\l "_Tc21772" 2、汽车过拱桥 PAGEREF _Tc21772 \h 7
\l "_Tc4187" 4、离心运动 PAGEREF _Tc4187 \h 7
\l "_Tc6090" 【考向分析】 PAGEREF _Tc6090 \h 8
\l "_Tc7764" 考向一、传动装置中各物理量之间的关系 PAGEREF _Tc7764 \h 8
\l "_Tc6497" 考向二、向心力来源分析 PAGEREF _Tc6497 \h 9
\l "_Tc3246" 考向三、圆周运动的连接体问题 PAGEREF _Tc3246 \h 9
\l "_Tc5146" 考向四、圆周运动的临界问题（竖直面内圆周运动、圆锥摆） PAGEREF _Tc5146 \h 10
\l "_Tc28106" 考向五、圆周运动的综合应用 PAGEREF _Tc28106 \h 11
\l "_Tc5393" 【高考解题速通】 PAGEREF _Tc5393 \h 12
【链接高考】
1．（2024·江西·高考真题）雪地转椅是一种游乐项目，其中心传动装置带动转椅在雪地上滑动。如图（a）、（b）所示，传动装置有一高度可调的水平圆盘，可绕通过中心O点的竖直轴匀速转动。圆盘边缘A处固定连接一轻绳，轻绳另一端B连接转椅（视为质点）。转椅运动稳定后，其角速度与圆盘角速度相等。转椅与雪地之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，不计空气阻力。
（1）在图（a）中，若圆盘在水平雪地上以角速度匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕O点做半径为的匀速圆周运动。求与之间夹角的正切值。
（2）将圆盘升高，如图（b）所示。圆盘匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕点做半径为的匀速圆周运动，绳子与竖直方向的夹角为，绳子在水平雪地上的投影与的夹角为。求此时圆盘的角速度。
2．（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O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，杆与竖直转轴的夹角a始终为，弹簧原长，弹簧劲度系数，圆环质量；弹簧始终在弹性限度内，重力加速度大小取，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O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P时，细杆匀速转动的角速度大小。
3．（2020·全国I卷·高考真题）如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10 m，该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计，当该同学荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为（ ）
A．200 NB．400 NC．600 ND．800 N
4．（2024·全国·模拟预测）如图所示，小物块A、B、C与水平转台相对静止，B、C间通过原长为1.5r、劲度系数的轻弹簧连接，已知A、B、C的质量均为m，A与B之间的动摩擦因数为2μ，B、C与转台间的动摩擦因数均为μ，A和B、C离转台中心的距离分别为r、1.5r，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，以下说法正确的是（ ）
A．逐渐增大转台角速度，B先相对于转台滑动
B．当B与转台间摩擦力为零时，C受到的摩擦力方向沿半径背离转台中心
C．当B与转台间摩擦力为零时，A受到的摩擦力为
D．当A、B及C均相对转台静止时，允许的最大角速度为
5．如图所示，小球A可视为质点，装置静止时轻质细线AB水平，轻质细线AC与竖直方向的夹角37°。已知小球的质量为m，细线AC长l，B点距C点的水平和竖直距离相等。装置能以任意角速度绕竖直轴转动，且小球始终在平面内，那么在角速度从零缓慢增大的过程中（ ）（重力加速度g取，，）
A．两细线张力均增大
B．细线AB中张力一直变小，直到为零
C．细线AC中张力一直增大
D．当AB中张力为零时，角速度可能为
6．（2019·江苏·高考真题）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．座舱的质量为m，运动半径为R，角速度大小为ω，重力加速度为g，则座舱

A．运动周期为
B．线速度的大小为ωR
C．受摩天轮作用力的大小始终为mg
D．所受合力的大小始终为mω2R
7．（2022·全国·模拟预测）如图所示， 两个可视为质点的、相同的木块A和B放在转盘上且木块A、B与转盘中心在同一条直线上， 两木块用长为 L的细绳连接， 木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的 k倍， A 放在距离转轴L处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O1O2转动，开始时， 绳恰好伸直但无弹力， 现让该装置从静止转动，角速度缓慢增大， 以下说法不正确的是（ ）
A．当时， 绳子一定有弹力
B．当时， A、B会相对于转盘滑动
C．当ω在范围内增大时， A所受摩擦力一直变大
D．当ω在范围内增大时， B所受摩擦力变大
【知识梳理】
【考纲要求】
1、知道匀速圆周运动的定义及相关物理量；
2、知道匀速圆周运动的动力学特征；
3、会正确分析向心力的来源；
4、知道向心力的公式；
5、理解圆周运动的临界条件；
6、掌握利用牛顿运动定律分析匀速圆周运动问题。
【知识网络】
角速度
线速度
向心加速度
运行周期
向心力
【考点梳理】
考点一、描述圆周运动的物理量
1、描述圆周运动的物理量
描述圆周运动的物理量主要有线速度、角速度、周期、频率、转速、向心加速度、向心力等。
2、匀速圆周运动
特点：线速度的大小恒定，角速度、周期和频率都是恒定不变的，向心加速度和向心力的大小也都是恒定不变的。
要点诠释：1、匀速圆周运动是速度大小不变而速度方向时刻在变的变速曲线运动，并且是加速度大小不变、方向时刻变化的变加速曲线运动。2、只存在向心加速度，向心力就是做匀速圆周运动的物体所受的合外力。3、质点做匀速圆周运动的条件（1）物体具有初速度；
（2）物体受到的合外力F的方向与速度的方向始终垂直。（匀速圆周运动）
考点二、向心力的性质和来源
要点诠释：向心力是按力的效果命名的，它可以是做圆周运动的物体受到的某一个力或是几个力的合力或是某一个力的分力，要视具体问题而定。
在匀速圆周运动中，由于物体运动的速率不变，动能不变，故物体所受合外力与速度时刻垂直、不做功，其方向指向圆心，充当向心力，只改变速度的方向，产生向心加速度。
考点三、传动装置中各物理量之间的关系
在分析传动装置中各物理量的关系时，一定要明确哪个量是相等的，哪个量是不等的。
1、角速度相等：同轴转动的物体上的各点角速度相等。
2、线速度大小相等：（要求：在不打滑的条件下）
（1）皮带传动的两轮在皮带不打滑的条件下，皮带上及两轮边缘各点的线速度大小相等；
（2）齿轮传动；（3）链条传动；（4）摩擦轮传动；
（5）交通工具的前后轮（自行车、摩托车、拖拉机、汽车、火车等等）
考点四、圆周运动实例分析
1、火车转弯
在转弯处，若向心力完全由重力G和支持力的合力来提供，则铁轨不受轮缘的挤压，此时行车最安全。R为转弯半径，为斜面的倾角， ， 所以。
（1）当时，即，重力与支持力的合力不
足以提供向心力，则外轨对轮缘有侧向压力。（2）当时，即，重力与支持力的合力大于所需向心力，则内轨对轮缘有侧向压力。（3）当时，，火车转弯时不受内、外轨对轮缘的侧向压力，火车行驶最安全。
2、汽车过拱桥
如汽车过拱桥桥顶时向心力完全由重力提供（支持力为零），则据向心力公式得： （R为圆周半径），故汽车是否受拱桥桥顶作用力的临界条件为：，此时汽车与拱桥桥顶无作用力。
3、航天器中的失重现象
航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时，航天员只受地球引力，座舱对航天员的支持力为零，航天员处于完全失重状态。引力提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力。
4、离心运动
做圆周运动的物体，当提供的向心力等于做圆周运动所需要的向心力时，沿圆周运动。
当提供的向心力小于做圆周运动所需要的向心力时，物体沿切线与圆周之间的一条曲线运动。当产生向心力的合外力消失，F=0，物体便沿所在位置的切线方向飞出去。
【考向分析】
考向一、传动装置中各物理量之间的关系
1．（2019·上海·高考真题）以A、B为轴的圆盘，A以线速度v转动，并带动B转动，A、B之间没有相对滑动则（ ）
A．A、B转动方向相同，周期不同
B．A、B转动方向不同，周期不同
C．A、B转动方向相同，周期相同
D．A、B转动方向不同，周期相同
2．（2024·广西南宁·二模）如图所示，修正带是一种常见的学习用具，是通过两个齿轮的相互咬合进行工作的，其原理可简化为图中所示的模型。A、B是转动的大小齿轮边缘的两点，C是大轮上的一点，若A、B、C的轨道半径之比为2：3：2，则A、B、C的向心加速度大小之比（ ）
A．9：6：4B．9：6：2C．6：4：3D．6：3：2
考向二、向心力来源分析
向心力不是和重力、弹力、摩擦力相并列的一种性质力，而是根据力的效果命名的。在分析做圆周运动的质点受力情况时，切不可在物体所受的作用力（重力、弹力、摩擦力、万有引力等）以外再添加一个向心力。向心力可能是物体受到的某一个力，也可能是物体受到的几个力的合力或某一个力的分力。
1．（2021·广东·二模）如图，小明在游乐园乘坐摩天轮。已知摩天轮在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动。当小明从最低点a处转动到水平位置d处的过程中，小明（ ）
A．对座舱的压力大小不变
B．所受合外力的大小逐渐变大
C．在水平方向的受力大小逐渐变大
D．在水平方向的受力大小保持不变
考向三、圆周运动的连接体问题
1．如图所示，两个可视为质点的、相同的木块A和B放在转盘上，两者用长为L的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K倍，A放在距离转轴L处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O1O2转动，开始时，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，以下说法正确的是（ ）
A．当时，A、B相对于转盘会滑动
B．当，绳子一定有弹力
C．ω在范围内增大时，B所受摩擦力变大
D．ω在范围内增大时，A所受摩擦力一直变大
考向四、圆周运动的临界问题（竖直面内圆周运动、圆锥摆）
1．（2022·全国·模拟预测）轻杆一端连着质量为的小球，另一端固定，使小球在竖直面内做半径为的圆周运动，如图所示，重力加速度为，下列说法正确的是（ ）
A．小球通过最高点时，轻杆中弹力不可以为0
B．小球恰好通过最高点时的速度是
C．若小球通过最高点时速度，则小球此时受到轻杆的作用力为拉力
D．小球通过最低点时，受到轻杆拉力必大于
2．（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O在竖直面内做圆周运动。P是圆周上的最高点，重力加速度，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P点时速度为1m/s，杆对小球作用力为零
C．若小球经过P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Q点时杆对小球作用力等于5N，小球速度一定等于2m/s
3．如图1所示一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上，其轴线竖直，母线与轴线之间夹角为，一条长度为l的轻绳，一端固定在圆锥体的顶点O处，另一端拴着一个质量为m的小球（可看作质点），小球以角速度绕圆锥体的轴线做匀速圆周运动，细线拉力F随变化关系如图2所示。重力加速度g取，由图2可知（ ）
A．小球的角速度为时，小球刚离开锥面
B．母线与轴线之间夹角
C．小球质量为
D．绳长为
4．（2024·四川自贡·模拟预测）长为的细线，拴一质量为的小球，一端固定于点，让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时，重力加速度为。。求：
(1)细线的拉力大小
(2)小球运动的线速度的大小
(3)小球运动的角速度是多少
考向五、圆周运动的综合应用
1．（2019·重庆·一模）如图甲所示，小物块A放在长木板B的左端，一起以v0在光滑水平面上向右匀速运动，在其运动方向上有一固定的光滑四分之一圆弧轨道C，已知轨道半径R=0.1m，圆弧的最低点D切线水平且与木板等高，木板撞到轨道后立即停止运动，小物块继续滑行，当小物块刚滑上圆弧轨道时，对轨道压力恰好是自身重力的2倍．从木板右端距离圆弧轨道左端s=8m开始计时，得到小物块的v-t图像，如图乙所示，小物块3s末刚好滑上圆弧轨道，图中v0和v1均未知，重力加速度g取10m/s2，求：
(1)长木板的长度；
(2)物块与木板之间的动摩擦因数．
【高考解题速通】
1．如图所示，、B、C三个物体放在水平旋转圆台上，用细线连接并固定在转轴上。已知物体与圆台间的动摩擦因数均为，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力；细线能承受的最大拉力为，的质量为，B、C的质量均为，、B离轴的距离为，C离轴的距离为，重力加速度取，当慢慢增加圆台转速，最先滑动的是（ ）

A．B．BC．CD．三个物体同时滑动
2．（2021·浙江·高考真题）质量为m的小明坐在秋千上摆动到最高点时的照片如图所示，对该时刻，下列说法正确的是（ ）
A．秋千对小明的作用力小于
B．秋千对小明的作用力大于
C．小明的速度为零，所受合力为零
D．小明的加速度为零，所受合力为零
3．（2024·河北石家庄·三模）如图所示，竖直平面内的光滑金属细圆环半径为R，质量为m的带孔小球穿于环上，一长为R的轻杆一端固定于球上，另一端通过光滑的铰链连接于圆环最低点，重力加速度为g。当圆环以角速度绕竖直直径转动时，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．，沿杆向上D．，沿杆向下
4．（2024·辽宁·一模）如图所示，质量为、半径为、内壁光滑的圆形轨道竖直放置在水平地面上，轨道圆心为是轨道上与圆心等高的两点。一质量为的小球沿轨道做圆周运动且刚好能通过轨道最高点，运动过程中轨道始终保持静止状态。已知重力加速度为，下列说法正确的是（ ）
A．小球经过轨道最高点时，轨道对地面的压力最小
B．小球经过轨道最低点时，轨道对地面的压力最大
C．小球经过点时，轨道对地面的压力为
D．小球经过点时，轨道对地面的摩擦力沿水平面向左
5．（2024·江西·模拟预测）如图，玩具小车在轨道上做匀速圆周运动，测得小车1s绕轨道运动一周，圆轨道半径为0.3m，玩具小车的质量为0.5kg，AC为过圆心竖直线，BD为过圆心水平线，重力加速度g大小取，小车看作质点，下列说法正确的是（ ）
A．小车在BD下方运动时处于失重状态
B．小车在B点不受摩擦力作用
C．小车在C点时对轨道的压力恰好为零
D．小车在A点时对轨道的压力比在C点时大10N
6．（2024·安徽安庆·三模）如图所示，水平地面上固定有倾角为45°，高为h的斜面。O点位于A点正上方且与B点等高。细绳一端固定于O点，另一端与质量为m的小球相连。小球在竖直平面内做圆周运动，到最低点时细绳恰好拉断，之后做平抛运动并垂直击中斜面的中点（重力加速度为g），下列说法正确的是（ ）
A．细绳的长度为
B．绳刚要拉断时张力为
C．小球做平抛运动的时间为
D．若球击中斜面反弹的速度大小为击中前的一半，则反弹后球能落到A点
7．（2024·北京西城·一模）如图1所示，长为R且不可伸长的轻绳一端固定在O点，另一端系一小球，使小球在竖直面内做圆周运动。由于阻力的影响，小球每次通过最高点时速度大小不同。测量小球经过最高点时速度的大小v、绳子拉力的大小F，作出F与的关系图线如图2所示。下列说法中正确的是（ ）
A．根据图线可以得出小球的质量
B．根据图线可以得出重力加速度
C．绳长不变，用质量更小的球做实验，得到的图线斜率更大
D．用更长的绳做实验，得到的图线与横轴交点的位置不变
8．如图所示，圆锥的底角，顶点处有固定挡板，通过轻绳使质量为的小物块静止在圆锥侧面上，轻绳长，小物块与圆锥面间的动摩擦因数。现让小物块和圆锥一起（无相对滑动）绕圆锥轴做匀速圆周运动，角速度为，小物块与圆锥面恰好无挤压。已知：，，重力加速度取。下列说法正确的是（ ）
A．小物块做圆周运动的角速度为
B．小物块做圆周运动的角速度为
C．若小物块速度突然变为零，则其与圆锥侧面无摩擦力作用
D．若小物块速度突然变为零，则其与圆锥侧面的摩擦力为0.6N
9．（2025·四川遂宁·二模）如图甲所示，倾角为的光滑斜面固定在水平地面上，细线一端与可看成质点的质量为的小球相连，另一端穿入小孔与力传感器（位于斜面体内部）连接，传感器可实时记录细线拉力大小及扫过的角度。初始时，细线水平，小球位于小孔的右侧，现敲击小球，使小球获得一平行于斜面向上的初速度，此后传感器记录细线拉力的大小随细线扫过角度的变化图像如图乙所示，图中已知，小球到点距离为，重力加速度为，则下列说法不正确的是（ ）
A．小球位于初始位置时的加速度为
B．小球通过最高点时速度为
C．小球通过最高点时速度为
D．小球通过最低点时速度为
10．如图，单杠比赛中运动员身体保持笔直绕杠进行双臂大回环动作，此过程中运动员以单杠为轴做圆周运动，重心到单杠的距离始终为d=1m。当运动员重心运动到A点时，身体与竖直方向间的夹角为α，此时双手脱离单杠，此后重心经过最高点B时的速度，最后落到地面上，C点为落地时重心的位置。已知A、B、C在同一竖直平面内，运动员的质量m＝60kg，A、C两点间的高度差h=1.2m，重力加速度，，，忽略空气阻力。求：
（1）运动员重心在A点时单杠对每只手的拉力大小F；
（2）A、C两点间的水平距离L。
11．（2022·福建·高考真题）清代乾隆的《冰嬉赋》用“躄躠”（可理解为低身斜体）二字揭示了滑冰的动作要领。短道速滑世界纪录由我国运动员武大靖创造并保持。在其创造纪录的比赛中，
（1）武大靖从静止出发，先沿直道加速滑行，前用时。该过程可视为匀加速直线运动，求此过程加速度大小；
（2）武大靖途中某次过弯时的运动可视为半径为的匀速圆周运动，速度大小为。已知武大靖的质量为，求此次过弯时所需的向心力大小；
（3）武大靖通过侧身来调整身体与水平冰面的夹角，使场地对其作用力指向身体重心而实现平稳过弯，如图所示。求武大靖在（2）问中过弯时身体与水平面的夹角的大小。（不计空气阻力，重力加速度大小取，、、、）
12．（2022·辽宁·高考真题）2022年北京冬奥会短道速滑混合团体2000米接力决赛中，我国短道速滑队夺得中国队在本届冬奥会的首金。
（1）如果把运动员起跑后进入弯道前的过程看作初速度为零的匀加速直线运动，若运动员加速到速度时，滑过的距离，求加速度的大小；
（2）如果把运动员在弯道滑行的过程看作轨道为半圆的匀速圆周运动，如图所示，若甲、乙两名运动员同时进入弯道，滑行半径分别为，滑行速率分别为，求甲、乙过弯道时的向心加速度大小之比，并通过计算判断哪位运动员先出弯道。