2022年高中物理--圆周运动--最全讲义及典型习题及答案详解 .pdf

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1、优秀学习资料欢迎下载第三节圆周运动【知识清单】（一）匀速圆周运动的概念1、 质点沿圆周运动，如果_ ，这种运动叫做匀速圆周运动。2、 匀速圆周运动的各点速度不同，这是因为线速度的_时刻在改变。（二）描述匀速圆周运动的物理量1、 匀速圆周运动的线速度大小是指做圆周运动的物体通过的弧长与所用时间的比值。方向沿着圆周在该点的切线方向。2、 匀速圆周运动的角速度是指做圆周运动的物体与圆心所连半径转过的角度跟所用时间的比值。3、 匀速圆周运动的周期是指_ 所用的时间。（三）线速度、角速度、周期1、 线速度与角速度的关系是V= r ，角速度与周期的关系式是 =2 /T。2、 质点以半径r=0.1m 绕定点

2、做匀速圆周运动，转速n=300r/min ，则质点的角速度为_rad/s,线速度为 _m/s。3、 钟表秒针的运动周期为_s，频率为 _Hz，角速度为 _rad/s。（四）向心力、相信加速度1、 向心力是指质点做匀速圆周运动时，受到的总是沿着半径指向圆心的合力，是变力。2、 向心力的方向总是与物体运动的方向_，只是改变速度的_，不改变线速度的大小。3、 在匀速圆周运动中，向心加速度的_不变，其方向总是指向_，是时刻变化的，所以匀速圆周运动是一种变加速曲线运动。4、 向心加速度是由向心力产生的，在匀速圆周运动中，它只描述线速度方向变化的快慢。5、 向心力的表达式_。向心加速度的表达式_。6、 向

3、心力是按照效果命名的力，任何一个力或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生 _，它就是物体所受的向心力。7、 火车拐弯时，如果在拐弯处内外轨的高度一样，则火车拐弯所需的向心力由轨道对火车的弹力来提供，如果在拐弯处外轨高于内轨，且据转弯半径和规定的速度，恰当选择内外轨的高度差，则火车所需的向心力完全由_和_的合力来提供。8、 汽 车 通 过 拱 桥 或 凹 的 路 面 时 ， 在 最 高 点 或 最 低 点 所 需 的 向 心 力 是 由_的合力来提供。【考点导航】一、匀速圆周运动中，线速度、角速度、周期、频率、转速之间的关系T=1/f =2 /T=2 f V=2 r/T = 2 rf =2

4、 n n=f 二、匀速圆周运动的特点加速度的大小不变，方向总是指向圆心，时刻在改变，是变加速曲线运动，做匀速圆周运动的物体所受的合外力全部用来提供向心力，即合力的方向指向圆心。三、向心加速度、向心力1、 根据 F=ma 知，向心力和向心加速度的方向相同，都时刻指向圆心，时刻在发精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载生变化。2、 向心力的来源：可以是任何一个力，可以是任何一个力的分力，也可以是某几个力的合力。一、描述圆周运动的物理量及其相互关系1、线速度定义：质点做圆周运动通过的弧长s 和所用时间t

5、的比值叫做线速度. 大小：2srvtT单位为 m/s. 方向：某点线速度的方向即为该点的切线方向.（与半径垂直）物理意义：描述质点沿圆周运动的快慢. 注：对于匀速圆周运动，在任意相等时间内通过的弧长都相等，即线速度大小不变，方向时刻改变。2、角速度定义：在匀速圆周运动中，连接运动质点和圆心的半径转过的角度跟所用时间t 的比值，就是质点运动的角速度. 大小：单位 :rad/s. 物理意义：描述质点绕圆心转动的快慢. 注：对于匀速圆周运动，角速度大小不变。说明 ：匀速圆周运动中有两个结论：同一转动圆盘(或物体 )上的各点角速度相同不打滑的摩擦传动和皮带(或齿轮 )传动的两轮边缘上各点线速度大小相等

6、。3、周期、频率、转速周期：做匀速圆周运动的物体，转过一周所用的时间叫做周期。用T 表示，单位为s。频率：做匀速圆周运动的物体在1 s 内转的圈数叫做频率。用f 表示，其单位为转/秒(或赫兹 )，符号为r/s(或 Hz)。转速： 工程技术中常用转速来描述转动物体上质点做圆周运动的快慢。转速是指物体单位时间所转过的圈数，常用符号n表示，转速的单位为转/秒，符号是r/s，或转 /分(r/min) 。4、向心加速度定义：做圆周运动的物体，指向圆心的加速度称为向心加速度. 大小：2tT精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 23 页优秀

7、学习资料欢迎下载方向：沿半径指向圆心. 意义：向心加速度的大小表示速度方向改变的快慢. 说明 : 向心加速度总指向圆心，方向始终与速度方向垂直，故向心加速度只改变速度的方向，不改变速度的大小。向心加速度方向时刻变化，故匀速圆周运动是一种加速度变化的变加速曲线运动(或称非匀变速曲线运动). 向心加速度不一定是物体做圆周运动的实际加速度。对于匀速圆周运动，其所受的合外力就是向心力， 只产生向心加速度，因而匀速圆周运动的向心加速度是其实际加速度。对于非匀速圆周运动， 例如竖直平面内的圆周运动。如图所示， 小球的合力不指向圆心，因而其实际加速度也不指向圆心，此时的向心加速度只是它的一个分加速度，其只改

8、变速度的方向。而沿切线的分加速度只改变速度的大小。5、向心力定义：做圆周运动的物体受到的指向圆心的合外力，叫向心力。方向： 向心力的方向沿半径指向圆心，始终和质点运动方向垂直，即总与圆周运动的线速度方向垂直。大小 : 向 心力的效果：向心力只改变线速度的方向，不改变线速度的大小。补充知识：同轴传动、皮带传动和齿轮传动两个或者两个以上的轮子绕着相同的轴转动时，不同轮子上的点具有相同的角速度，通过皮带传动的两个轮子上，与皮带接触的点具有相同的线速度，齿轮传动和皮带传动具有相同的规律。二、离心运动和向心运动1、离心运动定义： 做圆周运动的物体，在所受到的合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的

9、情况下，就做逐渐远离圆心的运动本质：做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向受力特点当 F m 2r 时，物体做匀速圆周运动；当 F 0 时，物体沿切线方向飞出；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载当 Fm2r， 物体逐渐向圆心靠近 如图所示三、圆周运动中的动力学问题分析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

10、面，确定圆心的位置。(2)分析物体的受力情况，找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力3、解决圆周运动问题的主要步骤(1)审清题意，确定研究对象；(2)分析物体的运动情况，即物体的线速度、角速度、周期、轨道平面、圆心、半径等；(3)分析物体的受力情况，画出受力示意图，确定向心力的来源；(4)据牛顿运动定律及向心力公式列方程；(5)求解、讨论四、圆周运动当中的各种模型分析1、汽车转弯问题(1)路面水平时，转弯所需的向心力由静摩擦力提供，若转弯半径为R，路面与车轮之间的最大静摩擦力为车重的倍，汽车转弯的最大速度为计算车辆通过倾斜弯道问题时应注意：公路弯道倾斜或铁路弯道外轨高于内轨，如果车辆转

11、弯时的速度大于设计速度，此时汽车受到的静摩擦力沿斜面向内侧，火车受到外轨的压力沿斜面向内侧。（如图所示）这个力不是全部用于提供向心力。只有其水平分力提供向心力。原因是车辆做圆周运动的轨道平面是水平面。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载Nmgf( N1)ONmgyxf (N1)O受力分析如下图Nmgyxf (N1)O受力分析如图所示，可得：解得：如果车辆转弯时的速度小于设计速度，同理可得：2、水流星模型(竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动) 研究物体通过最高点和最低点的情况，并且经常出现临界

12、状态。(圆周运动实例 ) 火车转弯汽车过拱桥、凹桥3 飞机做俯冲运动时，飞行员对座位的压力。物体在水平面内的圆周运动（汽车在水平公路转弯，水平转盘上的物体，绳拴着的物体在光滑水平面上绕绳的一端旋转）和物体在竖直平面内的圆周运动（翻滚过山车、水流星、杂技节目中的飞车走壁等）。万有引力 卫星的运动、库仑力 电子绕核旋转、洛仑兹力 带电粒子在匀强磁场中的偏转、重力与弹力的合力 锥摆、（关健要搞清楚向心力怎样提供的）（1）火车转弯 ：设火车弯道处内外轨高度差为h，内外轨间距 L，转弯半径 R。由于外轨略高于内轨，使得火车所受重力和支持力的合力F合提供向心力。为转弯时规定速度）（得由合0020sinta

13、nvLRghvRvmLhmgmgmgFRgvtan0(是内外轨对火车都无摩擦力的临界条件) 当火车行驶速率V等于 V0时， F合=F向，内外轨道对轮缘都没有侧压力当火车行驶 V大于 V0时， F合F向，内轨道对轮缘有侧压力，F合-N=R2mv即当火车转弯时行驶速率不等于V0时，其向心力的变化可由内外轨道对轮缘侧压力自行调节，但调节程度不宜过大，以免损坏轨道。火车提速靠增大轨道半径或倾角来实现精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载（2）无支承 的小球，在竖直平面内作圆周运动过最高点情况：受力：由 mg

14、+T=mv2/L知,小球速度越小 ,绳拉力或环压力 T越小,但T的最小值只能为零 ,此时小球以重力提供作向心力. 结论：通过最高点时绳子(或轨道 )对小球没有力的作用(可理解为恰好通过或恰好通不过的条件)，此时只有重力提供作向心力. 注意讨论：绳系小球从最高点抛出做圆周还是平抛运动。能过最高点条件：VV临（当 VV临时，绳、轨道对球分别产生拉力、压力）不能过最高点条件：VV临(实际上球还未到最高点就脱离了轨道) 讨论：恰能通过最高点时：mg=Rm2临v，临界速度 V临=gR；可认为距此点2Rh(或距圆的最低点 )25Rh处落下的物体。此时最低点需要的速度为V 低临 =gR5最低点拉力大于最高点

15、拉力F=6mg 最高点状态 : mg+T1=L2m高v(临界条件 T1=0, 临界速度 V临=gR, VV临才能通过 ) 最低点状态 : T2- mg = L2m低v高到低过程机械能守恒:mg2Lmm221221高低vvT2- T1=6mg(g 可看为等效加速度) 半圆：过程mgR=221mv最低点T-mg=R2vm绳上拉力T=3mg ；过低点的速度为V低=gR2小球在与悬点等高处静止释放运动到最低点，最低点时的向心加速度a=2g 与竖直方向成角下摆时 ,过低点的速度为V低=)cos1 (2gR, 此时绳子拉力T=mg(3-2cos) （3）有支承 的小球，在竖直平面作圆周运动过最高点情况：临

16、界条件：杆和环对小球有支持力的作用知）（由RUmNmg2当V=0时， N=mg（可理解为小球恰好转过或恰好转不过最高点）圆心。增大而增大，方向指向随即拉力向下时，当时，当增大而减小，且向上且随时，支持力当vNgRvNgRvNmgvNgRv)(000作用时，小球受到杆的拉力，速度当小球运动到最高点时时，杆对小球无作用力，速度当小球运动到最高点时长短表示）（力的大小用有向线段，但（支持）时，受到杆的作用力，速度当小球运动到最高点时NgRvNgRvmgNNgRv0恰好过最高点时，此时从高到低过程mg2R=221mv低点： T-mg=mv2/R T=5mg ；恰好过最高点时，此时最低点速度：V低=gR

17、2注意物理圆与几何圆的最高点、最低点的区别：(以上规律适用于物理圆,但最高点 ,最低点 , g 都应看成等效的情况)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载竖直面内圆周运动的应用：汽车通过拱桥和凹型地面mgNAAmgNBB五、补充定理： 在竖直平面内的圆周，物体从顶点开始无初速地沿不同弦滑到圆周上所用时间都相等。（等时圆）一质点自倾角为的斜面上方定点O 沿光滑斜槽OP 从静止开始下滑， 如图所示。 为了使质点在最短时间内从O 点到达斜面，则斜槽与竖直方面的夹角等于多少？六、注意：临界不脱轨有两种：1.

18、达不到半圆2.能到最高 . 【例 1】质点做匀速圆周运动，则（ BD ）在任何相等的时间里，质点通过的位移都相等在任何相等的时间里，质点通过的路程都相等在任何相等的时间里，质点运动的平均速度的都相等在任何相等的时间里，连接质点和圆心的半径转过的角度都相等【解析】此题考查的是曲线运动的特点，即位移、速度的方向变化。故此题选BD 【例 2】质点做匀速圆周运动时，下列说法正确的是(CD) A速度的大小和方向都改变B匀速圆周运动是匀变速曲线运动C当物体所受合力全部用来提供向心力时，物体做匀速圆周运动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共

19、 23 页优秀学习资料欢迎下载D向心加速度大小不变，方向时刻改变解析 :匀速圆周运动的速度的大小不变，方向时刻变化，A 错；它的加速度大小不变，但方向时刻改变，不是匀变速曲线运动，B 错， D 对；由匀速圆周运动的条件可知，C 对【例 3】关于匀速圆周运动的说法，正确的是 (BD) A匀速圆周运动的速度大小保持不变，所以做匀速圆周运动的物体没有加速度B做匀速圆周运动的物体，虽然速度大小不变，但方向时刻都在改变，所以必有加速度C做匀速圆周运动的物体，加速度的大小保持不变，所以是匀变速曲线运动D匀速圆周运动加速度的方向时刻都在改变，所以匀速圆周运动一定是变加速曲线运动解析速度和加速度都是矢量，做匀

20、速圆周运动的物体，虽然速度大小不变，但方向时刻在改变，速度时刻发生变化，必然具有加速度加速度大小虽然不变，但方向时刻改变，所以匀速圆周运动是变加速曲线运动故本题选B、D. 【例 4】在一个水平圆盘上有一个木块P，随圆盘一起绕过 O 点的竖直轴匀速转动，下面说法正确的是（AC ）圆盘匀速转动的过程中，P 受到的静摩擦力的方向指向圆心 O 点。圆盘匀速转动的过程中，P 受到的静摩擦力为0。在转速一定得条件下，P 受到的静摩擦力跟P 到圆心 O 的距离成正比在 P 到圆心O 的距离一定的条件下，P 受到的静摩擦力的大小跟圆盘匀速转动的角速度成正比。【例 5】如右图所示，一小球用细绳悬挂于O 点，将其

21、拉离竖直位置一个角度后释放，则小球以 O 点为圆心做圆周运动，运动中小球所需的向心力是(CD) A绳的拉力B重力和绳的拉力的合力C重力和绳的拉力的合力沿绳方向的分力D绳的拉力和重力沿绳方向分力的合力【例 6】一般的曲线运动可以分成很多小段，每小段都可以看成圆周运动的一部分，即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替如图 14 甲所示，曲线上的A 点的曲率圆定义为：通过 A 点和曲线上紧邻A 点两侧的两点作一圆，在极限情况下，这个圆就叫做A 点的曲率圆，其半径叫做 A 点的曲率半径现将一物体沿与水平面成角的方向以速度v0 抛出，如图乙所示则在其轨迹最高点P 处的曲率半径是(C) 图 14 A.v

22、 2 0gB.v 20 sin2 gC.v 2 0 cos2 gD.v 20 cos2 gsin 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载答案C 解析物体在最高点时速度沿水平方向，曲率圆的P 点可看做该点对应的竖直平面内圆周运动的最高点， 由牛顿第二定律及圆周运动规律知：mgmv2， 解得 v2gv0cos 2gv 20 cos2 g. 【例 7】 如图所示为一皮带传动装置,右轮的半径为r,a 是它边缘上的一点.左侧是一轮轴 ,大轮的半径为 4r,小轮的半径为2r.b 点在小轮上 ,b 到小轮中心的距

23、离为r.c 点和 d 点分别位于小轮和大轮的边缘上.若在传动过程中,皮带不打滑 .则( AB) Aa 点与 b 点的线速度大小相等Ba 点与 b 点的角速度大小相等Ca 点与 c 点的线速度大小相等Da 点与 d 点的向心加速度大小相等【解析】 a 和 c 是与皮带接触的两点，二者具有相同的线速度， b、 c、d 属于同轴传动，它们具有相同的角速度，由 v=r、向心加速度的表达式和它们半径之间的关系，不难选出正确答案为AB。【例 8】如图 1 所示 ,传动轮 A、B、C 的半径之比为2：1：2， A、B 两轮用皮带传动，皮带不打滑，B、C 两轮同轴， a、b、c 三点分别处于A、B、C 三轮的

24、边缘， d 点在 A 轮半径的中点。试求：a、b、c、d 四点的角速度之比， 即 a:b:c:d 1:2:2:1 ， 线速度之比 ,即 va:vb:vc:vc= 2:2:4:1 ;向心加速度之比,即:aa:ab:ac:ad= 2:4:8:1 . 【例 9】下列关于离心现象的说法正确的是(C) A当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象B做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失后，物体将做背离圆心的圆周运动C做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失后，物体将沿切线做直线运动D做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失后，物体将做曲线运动解析物体只要受到力，必有施力物体，但

25、“ 离心力 ” 是没有施力物体的，故所谓的离心力是不存在的，只要向心力不足，物体就做离心运动，故A 选项错；做匀速圆周运动的物体，当所受的一切力突然消失后，物体做匀速直线运动，故B、D 选项错， C 选项对【例 10】如图 1 所示，洗衣机脱水筒在转动时，衣服贴靠在匀速转动的圆筒内壁上而不掉下来，则衣服(C) A受到重力、弹力、静摩擦力和离心力四个力的作用B所需的向心力由重力提供C所需的向心力由弹力提供图 1 D转速越快，弹力越大，摩擦力也越大解析衣服只受重力、 弹力和静摩擦力三个力作用，A 错；衣服做圆周运动的向心力为它所受到的合力，由于重力与静摩擦力平衡，故弹力提供向心力，即FNmr2 ，

26、转速越大， FN越大 C 对， B、D 错精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载【例 11】如图， A、 B 两质点绕同一圆心沿顺时针方向做匀速圆周运动，A、B 的周期分别为 T1、T2，且 T1T2 ，在某一时刻两质点相距最近时开始计时，问何时两质点再次相距最近？【例 12】如图所示，线段OA 2AB，A、B 两球质量相等当它们绕()点在光滑的水平桌面上以相同的角速度转动时，两线段的拉力TAB 与 TOA 之比为多少 ? 答案： 5:3 【例 13】如图所示，长为r 的细杆一端固定一个质量为m 的

27、小球，使之绕另一端O 在竖直面内做圆周运动，小球运动到最高点时的速度 vgr/2，在这点时(B) A小球对杆的拉力是mg2B小球对杆的压力是mg2C小球对杆的拉力是32mg D小球对杆的压力是mg 解析设在最高点，小球受杆的支持力FN，方向向上，则由牛顿第二定律得：mgFNmv2r，得出 FN12mg，故杆对小球的支持力为12mg，由牛顿第三定律知，小球对杆的压【例 14】“ 飞车走壁 ” 杂技表演比较受青少年的喜爱，这项运动由杂技演员驾驶摩托车沿表演台的侧壁做匀速圆周运动，简化后的模型如图 7 所示若表演时杂技演员和摩托车的总质量不变，摩托车与侧壁间沿侧壁倾斜方向的摩擦力恰好为零，轨道平面离

28、地面的高度为H，侧壁倾斜角度不变，则下列说法中正确的图 7 是(B) A摩托车做圆周运动的H 越高，向心力越大B摩托车做圆周运动的H 越高，线速度越大C摩托车做圆周运动的H 越高，向心力做功越多D摩托车对侧壁的压力随高度H 增大而减小解析经分析可知，摩托车做匀速圆周运动的向心力由重力及侧壁对摩托车弹力的合力提供，由力的合成知其大小不随H 的变化而变化，A 错误；因摩托车和杂技演员整体做匀速圆周运动，所受合外力等于向心力，即F 合 mv2r，随 H 的增大， r 增大，线速度增大，B正确；向心力与速度一直垂直，不做功，C 错误；由力的合成与分解知识知摩托车对侧壁的精选学习资料 - - - - -

29、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载压力恒定不变，D 错误力为12mg，B 正确【例 15】如图所示，半径为R 的光滑圆形轨道竖直固定放置，小球m 在圆形轨道内侧做圆周运动，对于半径R 不同的圆形轨道，小球m 通过轨道最高点时都恰好与轨道间没有相互作用力下列说法中正确的是(AD) A半径 R 越大，小球通过轨道最高点时的速度越大图 4 B半径 R 越大，小球通过轨道最高点时的速度越小C半径 R 越大，小球通过轨道最低点时的角速度越大D半径 R 越大，小球通过轨道最低点时的角速度越小解析小球通过最高点时都恰好与轨道间没有相互作用

30、力，则在最高点mgmv 2 0R，即v0gR，选项 A 正确而 B 错误；由动能定理得，小球在最低点的速度为v5gR，则最低点时的角速度 vR5gR，选项 D 正确而 C 错误【例 16】长为 L 的细线一端拴一质量为m 的小球，另一端固定于O 点，让其在水平面内做匀速圆周运动，如图所示，摆线L 与竖直方向的夹角是时，求：线的拉力F 小球运动的线速度的大小小球运动的角速度及周期【例 17】在用高级沥青铺设的高速公路上，汽车的设计时速是108 km/h. 汽车在这种路面上行驶时，它的轮胎与地面间的最大静摩擦力为车重的0.6 倍. 取 g10 m/s2.试问：汽车在这种高速公路的水平弯道上安全拐弯

31、时，其弯道的最小半径是多少？OL解析：OLFmgF合r（2）（ 1）（3）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载【例 18】质量为m 的飞机以恒定速率v 在空中水平盘旋，如图6 所示，其做匀速圆周运动的半径为R，重力加速度为g，则此时空气对飞机的作用力大小为(C) Amv2R图 6 Bmg Cm g2v4R2Dm g2v2R4解析飞机在空中水平盘旋时在水平面内做匀速圆周运动，受到重力和空气的作用力两个力的作用，其合力提供向心力F 向 mv2R.飞机受力情况示意图如图所示，根据勾股定理得：Fmg2F

32、 2向 m g2v4R2. 【例 19】如图所示，竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上，半径 r0.4 m，最低点处有一小球(半径比 r 小的多 )，现给小球一水平向右的初速度v0，则要使小球不脱离圆轨道运动， v0 应满足 (g10 m/s2)(CD) 图 9 Av0 0 Bv0 4 m/sCv025 m/s Dv022 m/s 解析解决本题的关键是全面理解“ 小球不脱离圆轨道运动” 所包含的两种情况：(1)小球通过最高点并完成圆周运动；(2)小球没有通过最高点，但小球没有脱离圆轨道对于第 (1)种情况，当v0 较大时，小球能够通过最高点，这时小球在最高点处需要满足的条件是 mg mv2/

33、r，又根据机械能守恒定律有mv2/22mgr mv2 0/2，可求得v02 5 m/s，故选项 C 正确；对于第 (2)种情况，当v0 较小时，小球不能通过最高点，这时对应的临界条件是小球上升到与圆心等高位置处，速度恰好减为零，根据机械能守恒定律有mgr mv2 0/2，可求得 v02 2 m/s，故选项D 正确【例 20】用一根细线一端系一小球(可视为质点 )，另一端固定在一光滑圆锥顶上，如图10 所示，设小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为 ，细线的张力为FT，则 FT 随 2变化的图象是下列选项中的 (C) 图 10 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -

34、- - - - - -第 12 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载解析小球未离开锥面时，设细线的张力为FT，线的长度为L，锥面对小球的支持力为FN，则有： FTcos FNsin mg 及 FTsin FNcos m 2Lsin ，可求得FTmgcos m 2Lsin2 可见当 由 0 开始增大， FT 从 mgcos 开始随 2的增大而线性增大，当角速度增大到小球飘离锥面时，有FTsin m 2Lsin ，其中 为细线与竖直方向的夹角，即FTm 2L，可见 FT 随 2的增大仍线性增大，但图线斜率增大了，综上所述，只有C 正确【例 21】火车在某转弯处的规定行驶速度为v，则下列说法正确的是

35、（AC ）A、当以速度v 通过此转弯处时，火车受到的重力及轨道面的支持力的合力提供了转弯的向心力B、当以速度v 通过此转弯处时，火车受到的重力、轨道面的支持力及外轨对车轮轮缘的弹力的合力提供了转弯的向心力C、当火车以大于v 的速度通过此转弯处时，车轮轮缘会挤压外轨D、当火车以小于v 的速度通过此转弯处时，车轮轮缘会挤压外轨【例 22】如图所示，物体A 放在粗糙板上随板一起在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，且板始终保持水平，位置、在同一水平高度上，则( ) A. 物体在位置、时受到的弹力都大于重力B. 物体在位置、时受到的弹力都小于重力C. 物体在位置时受到的弹力小于重力，位置时受到的弹力

36、都大于重力D. 物体在位置时受到的弹力大于重力，位置时受到的弹力都小于重力【例 23】如图所示，位于竖直平面上的1/4 圆弧光滑轨道，半径为R，OB 沿竖直方向，上端 A 距地面高度为H，质量为m 的小球从A 点由静止释放，最后落在水平地面上C 点处，不计空气阻力，求：(1)小球运动到轨道上的B 点时，对轨道的压力多大? (2)小球落地点C 与 B 点水平距离s 是多少 ? 答案：【例 24】如图 9 所示，在光滑的圆锥体顶端用长为l 的细线悬挂一质量为 m 的小球圆锥体固定在水平面上不动，其轴线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角为30?.小球以速度v 绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动图 9

37、 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载(1)当 v1gl6时，求线对小球的拉力；(2)当 v23gl2时，求线对小球的拉力解析如图甲所示，小球在锥面上运动，当支持力FN 0 时，小球只受重力mg 和线的拉力 FT 的作用，其合力F 应沿水平面指向轴线，由几何关系知Fmgtan 30 又 F mv2 0rmv2 0lsin 30由两式解得v03gl6(1)因为 v1v0，所以小球与锥面脱离并不接触，设此时线与竖直方向的夹角为 ，小球受力如图丙所示则FTsin mv 22lsin FTcos mg0

38、 由两式解得FT2mg 答案(1)1.03mg(2)2mg 【例 25】如图所示，用细绳一端系着的质量为M 0.6 kg 的物体A 静止在水平转盘上，细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O 吊着质量为 m0.3 kg 的小球 B，A 的重心到O 点的距离为0.2 m若 A 与转盘间的最大静摩擦力为Ff2 N，为使小球B 保持静止，求转盘绕中心 O 旋转的角速度的取值范围(取 g 10 m/s2) 答案2.9 rad/s 6.5 rad/s 解析要使 B 静止， A 必须相对于转盘静止 具有与转盘相同的角速度A 需要的向心力由绳的拉力和静摩擦力的合力提供角速度取最大值时，A 有离心趋势， 静摩擦力指

39、向圆心 O； 角速度取最小值时，A 有向心趋势， 静摩擦力背离圆心O.设角速度 的最大值为1 ，最小值为2对于 B：FTmg 对于 A：FTFf Mr 21或 FTFfMr 22精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载代入数据解得1 6.5 rad/s，2 2.9 rad/s 所以 2.9 rad/s 6.5 rad/s. 【例 26】如右图所示，轻线一端系一质量为m 的小球，另一端穿过光滑小孔套在正下方的图钉 A 上，此时小球在光滑的水平平台上做半径为a、角速度为的匀速圆周运动. 现拔掉图钉 A

40、让小球飞出，此后细绳又被A 正上方距A 高为 h 的图钉 B 套住，达稳定后，小球又在平台上做匀速圆周运动. 求：(1)图钉 A 拔掉前，轻线对小球的拉力大小？(2)从拔掉图钉A 到被图钉 B 套住前小球做什么运动？所用的时间为多少？(3)小球最后做圆周运动的角速度【例 27】如图 11 所示，竖直环A 半径为 r，固定在木板B 上，木板 B 放在水平地面上，B 的左右两侧各有一挡板固定在地上， B 不能左右运动，在环的最低点静放有一小球C，A、B、C 的质量均为m.现给小球一水平向右的瞬时速度 v，小球会在环内侧做圆周运动，为保证小球能通图 11 过环的最高点，且不会使环在竖直方向上跳起(不

41、计小球与环的摩擦阻力)，瞬时速度必须满足(CD) A最小值4gr B最大值6gr C最小值5gr D最大值7gr 解析要保证小球能通过环的最高点，在最高点最小速度满足mgmv 2 0r，由最低点到最高点由机械能守恒得12mv 2 min mg 2r12mv 2 0 ，可得小球在最低点瞬时速度的最小值为5gr；为了不会使环在竖直方向上跳起，在最高点有最大速度时，球对环的压力为2mg，满足 3mgmv 21r，从最低点到最高点由机械能守恒得：12mv 2 max mg 2r12mv 2 1 ，可得小球在最低点瞬时速度的最大值为7gr. 答案CD 精选学习资料 - - - - - - - - - 名

42、师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载【例 28】一轻杆一端固定质量为m 的小球，以另一端O 为圆心，使小球在竖直面内做半径为R 的圆周运动，如图所示，则下列说法正确的是(A) A小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零B小球过最高点的最小速度是gR C小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大D小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而减小答案A 解析因轻杆既可以提供拉力又可以提供支持力，所以在最高点杆所受弹力可以为零，A 对；在最高点弹力也可以与重力等大反向，小球最小速度为零，B 错；随着速度增大，杆对球的作用力可以增大也可以减小，

43、C、D 错. 【例 29】如图甲所示， 用一根长为l1 m 的细线， 一端系一质量为m1 kg 的小球 (可视为质点 )，另一端固定在一光滑锥体顶端，锥面与竖直方向的夹角37，当小球在水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动的角速度为时，细线和张力为T.(取 g10 m/s2，结果可用根式表示 )求：(1)若要小球离开锥面，则小球的角速度0 至少为多大？(2)若细线与竖直方向的夹角为60，则小球的角速度为多大？(3)细线的张力T 与小球匀速转动的角速度有关，请在如图乙所示的坐标纸上画出当的取值范围在0 到之间时的T 2图像 (要求标明关键点的坐标值)精选学习资料 - - - - - - - - - 名

44、师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载【例 30】如图所示，小球被长为L 的细绳静止地悬挂着，给小球多大的水平初速度，才能使绳在小球运动过程中始终绷紧？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载第三节圆周运动创新训练1个物体以角速度 做匀速圆周运动时下列说法中正确的是：（ A ）A轨道半径越大线速度越大B轨道半径越大线速度

45、越小C轨道半径越大周期越大D轨道半径越大周期越小2下列说法正确的是： （C ）A匀速圆周运动是一种匀速运动B匀速圆周运动是一种匀变速运动C匀速圆周运动是一种变加速运动D物体做圆周运动时，其合力垂直于速度方向，不改变线速度大小3如图所示，小物体A 与圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起做匀速圆周运动，则A 的受力情况是： （B ）A受重力、支持力B受重力、支持力和指向圆心的摩擦力C受重力、支持力、向心力、摩擦力D以上均不正确4一重球用细绳悬挂在匀速前进中的车厢天花板上，当车厢突然制动时，则：（ B ）A绳的拉力突然变小B绳的拉力突然变大C绳的拉力没有变化D无法判断拉力有何变化5、如图 3 所示的皮带传

46、动装置中，轮A 和 B 同轴， A、B 、C 分别是三个轮边缘的质点，且RA=RC=2RB，则三质点的向心加速度之比aA：aB：aC等于 （A ）A4：2：1B2：1：2C1：2：4D4：1：4 6 质量为 m 的小球用一条绳子系着在竖直平面内做圆周运动，小球到达最低点和最高点时，绳子所受的张力之差是：（A ）A、6mgB、5mgC、2mgD、条件不充分，不能确定。7. 两个质量分别是m1和 m2的光滑小球套在光滑水平杆上，用长为L 的细线连接，水平杆随框架以角速度做匀速转动，两球在杆上相对静止，如图5-18 所示，求两球离转动中心的距离R1和 R2及细线的拉力解析：绳对m1和 m2的拉力是它

47、们做圆周运动的向心力，根据题意R1R2L，R2L- R1对 m1：Fm12R1对 m2：Fm22R2m22(L- R1) 所以 m12R1m22(L- R1) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载即得： R1212m LmmR2L- R1112m LmmFm12212m Lmm21212mmLmm答案：212m Lmm；112m Lmm；F21212m mLmm8A、B 两小球都在水平面上做匀速圆周运动，A 球的轨道半径是B 球轨道半径的2 倍，A的转速为30r/min，B 的转速为15r/mi

48、n。则两球的向心加速度之比为（ D ）A1：1 B 2：1 C4： 1 D8： 1 9、如图所示，为一皮带传动装置，右轮半径为r，a 为它边缘上一点；左侧是一轮轴，大轮半径为4r，小轮半径为2r，b 点在小轮上，到小轮中心的距离为 r。c 点和 d 点分别位于小轮和大轮的边缘上。若传动过程中皮带不打滑，则：（C ）a 点和 b 点的线速度大小相等a 点和 b 点的角速度大小相等a 点和 c 点的线速度大小相等a 点和 d 点的向心加速度大小相等A.B. C. D.10、如图所示， 固定的锥形漏斗内壁是光滑的，内壁上有两个质量相等的小球A 和 B，在各自不同的水平布做匀速圆周运动，以下说法正确的

49、是：（ A ）A. VAVBB. ABC. aAaB D.压力 NANB11、半径为 R 的光滑半圆柱固定在水平地面上，顶部有一小物块，如图所示，今给小物块一个初速度gRv0，则物体将： （C ）A. 沿圆面 A、B、C 运动B. 先沿圆面AB 运动，然后在空中作抛物体线运动C. 立即离开圆柱表面做平抛运动D. 立即离开圆柱表面作半径更大的圆周运动12、如图所示，轻绳一端系一小球，另一端固定于O 点，在 O 点正下方的P 点钉一颗钉子，使悬线拉紧与竖直方向成一角度，然后由静止释放小球，当悬线碰到钉子时： （B ）小球的瞬时速度突然变大小球的加速度突然变大小球的所受的向心力突然变大悬线所受的拉力

50、突然变大A. B. C. D.13、如图所示，汽车以速度V 通过一半圆形拱桥的顶点时，关于汽车受力的说法正确的是 （ D ）A. 汽车受重力、支持力、向心力B. 汽车受重力、支持力、牵引力、摩擦力、向心力精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 23 页优秀学习资料欢迎下载C. 汽车的向心力是重力D. 汽车的重力和支持力的合力是向心力14在光滑的水平面上相距40 cm 的两个钉子A 和 B，如图所示，长1 m 的细绳一端系着质量为0.4 kg 的小球，另一端固定在钉子A 上，开始时，小球和钉子 A、 B 在同一直线上， 小球始终