（高一）专题12 圆周运动 重难点-2024-2025学年高中物理期末重难点复习攻略

专题12圆周运动——重难点 圆周运动基本物理量 1.匀速圆周运动各物理量间的关系 2.三种传动方式及特点 （1）皮带传动（甲乙）：皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等。 （2）齿轮传动（丙）：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。 （3）同轴传动（丁）：两轮固定在同一转轴上转动时，两轮转动的角速度大小相等。 例1. 1．如图所示的皮带转动中小轮半径是大轮半径的一半，a、b分别是小轮和大轮边缘上的点，大轮上c点到轮心O的距离恰好等于，若皮带不打滑，则图中a、b、c三点（　　） A．线速度之比为 B．角速度之比为 C．转动周期之比为 D．向心加速度大小之比为 例2. 2．一人骑自行车做速度为匀速直线运动，自行车车轮半径为，某时刻后轮气门芯位于车轮最高点，过一段时间该气门芯第二次位于车轮最低点，如图所示，不计轮胎的厚度，车轮不打滑，则下列说法正确的是（　　） A．以地面为参考系，后轮气门芯经过最低点时的速度不为零 B．此过程时间为 C．后轮气门芯相对后轮转轴的线速度大于 D．此过程气门芯的平均速度大小为 变式1. 3．绿色出行，自行车是一种不错的选择。自行车基本原理如图所示，分别为链轮、飞轮和后轮上的三个点，已知链轮、飞轮和后轮的半径之比为，将后轮悬空，匀速转动踏板时，三点的（    ） A．线速度大小之比为 B．角速度之比为 C．转速之比为 D．周期之比为 变式2. 4．地下车库为了限制车辆高度，采用如图所示曲杆道闸，它是由相同长度的转动杆AB和横杆BC组成。B、C为横杆的两个端点。现道闸正在缓慢打开，转动杆AB绕A点的转动过程中B点可视为匀速圆周运动，横杆BC始终保持水平，则在道闸缓慢打开的过程中，下列说法正确的是（   ） A．B点线速度不变 B．B点的角速度不变 C．B、C两点的线速度大小 D．B、C两点的角速度大小 一、向心力 1.定义：做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合外力。 2.作用效果：产生向心加速度，不断改变线速度的方向。 3.方向：总是沿半径指向圆心。 4.大小：F向= m=mrω2= m。 5.向心力是按作用效果来命名的。 6.向心力的特点 （1）向心力是按力的作用效果来命名的力。它不是具有确定性质的某种力，相反，任何性质的力都可以作为向心力。 （2）向心力的作用效果是改变线速度的方向。做匀速圆周运动的物体所受的合外力即为向心力。其方向一定指向圆心，是变化的（线速度大小变化的非匀速圆周运动的物体所受的合外力不指向圆心，它既要改变速度方向，同时也改变速度的大小，即产生法向加速度和切向加速度。 （3）向心力可以是某几个力的合力，也可以是某个力的分力。 二、向心加速度 1.向心加速度。 （1）定义：任何做匀速圆周运动的物体的加速度方向都指向圆心，这个加速度叫做向心加速度。 （2）方向：向心加速度的方向总是沿着半径指向圆心，跟该点的线速度方向垂直。向心加速度的方向时刻在改变。 （3）大小：a=。根据v=ωr可得a=ω2r。 （4）物理意义：向心加速度是描述线速度的方向改变快慢的物理量。向心加速度是由于线速度的方向改变而产生的，因此线速度的方向变化的快慢决定了向心加速度的大小。 例1. 5．关于向心力，下列说法正确的是（　　） A．向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各力的合力，也可以是某个力的分力 B．向心力一定是由做圆周运动的物体所受的合力提供，它是根据力的作用效果命名的 C．对做匀速圆周运动的物体进行受力分析时，一定不要漏掉向心力 D．向心力只能改变物体的运动方向，不能改变物体运动的快慢 例2. 6．如图甲所示是隆阳城区九龙环岛的俯视图。A、B两车（同种型号可认为质量相等）正在绕环岛做线速度大小相等的匀速圆周运动，如图乙所示。已知A、B两车做匀速圆周运动的半径之比满足，下列说法正确的是（   ） A．A车的角速度与B车的角速度之比 B．A车的角速度与B车的角速度之比 C．A、B两车所受的合力大小之比 D．A、B两车所需的向心力大小之比 例3. 7．某学习小组利用如图所示的装置“探究向心力大小的表达式”实验，所用向心力演示器如图（a）所示，待选小球是质量均为2m的球1、球2和质量为m的球3，标尺1和2可以显示出两球所受向心力的大小。图（b）是演示器部分原理示意图，其中皮带轮①、④的半径相同，轮②的半径是轮①的1.6倍，轮③的半径是轮①的2倍，轮⑤的半径是轮④的0.8倍，轮⑥的半径是轮④的0.5倍；两转臂上黑白格的长度相等；A、B、C为三根固定在转臂上的挡板可与转臂上做圆周运动的实验球产生挤压，从而提供向心力。 (1)在探究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径之间的关系时我们主要用到了物理学中的（　　） A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．演绎法 (2)若两个钢球的质量和运动半径相等，图中标尺上黑白相间的等分格显示出A、C位置两钢球所受向心力的比值为1:4，则塔轮1和塔轮2转动的角速度之比为 。 (3)若将球1、2分别放在挡板B、C位置，将皮带与轮①和轮④相连则是在研究向心力的大小F与（　　）的关系。 A．转动半径r B．质量m C．角速度ω D．线速度v (4)若将球1、3分别放在挡板B、C位置，转动手柄时标尺1和标尺2示数的比值为1:4，则可判断与皮带连接的变速塔轮为（　　） A．①和④ B．②和⑤ C．③和⑥ D．③和④ 变式1. 8．如图所示，内壁光滑的锥形圆筒固定在水平地面上，小球沿内壁在某一水平面内做匀速圆周运动，该小球的向心力（    ） A．由重力和支持力的合力提供 B．由重力、支持力和摩擦力的合力提供 C．只由重力提供 D．只由支持力提供 变式2. 9．做匀速圆周运动的物体，质量为1kg，10s内沿半径为20m的圆周运动100m，试求物体做匀速圆周运动时； （1）线速度的大小； （2）向心力的大小； 变式3. 10．如图甲所示为向心力演示仪，可探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量、角速度和半径之间的关系．长槽的A、B处和短槽的C处到各自转轴中心的距离之比为2∶1∶1．变速塔轮自上而下有三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为1∶1、2∶1和3∶1，如图乙所示。 (1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量、角速度和半径之间的关系，下列实验中采用的实验方法与本实验相同的是______。 A．探究两个互成角度的力的合成规律 B．验证机械能守恒定律 C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系 (2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第 层塔轮（选填“一”“二”或“三”）； (3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，传动皮带位于第三层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为______． A．3∶1 B．1∶3 C．9∶1 D．1∶9 受力特点： 1.当Fn=mω2r时，物体做圆周运动。 2.当Fn=0时，物体沿切线方向飞出。 3.当Fn<mω2r时，物体逐渐远离圆心，做离心运动。 4.当Fn>mω2r时，物体将逐渐靠近圆心，做近心运动。 例1. 11．如图所示，将湿透的雨伞水平匀速旋转，保持伞边缘到水平地面的高度一定，水滴自雨伞边缘被甩出，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．雨伞转得越快，水滴落地的时间就越长 B．水滴离开伞边缘后将沿切线方向做直线运动 C．水滴在空中运动过程中，其速度方向与水平方向的夹角越来越大 D．水滴沿雨伞边缘的切线方向被甩出是因为水滴受到离心力的作用 例2. 12．下列生活实例中，属于应用离心现象的例子是（　　） A．洗衣机的脱水桶转速加快，水从衣物上分离，被甩出脱衣筒 B．铅球运动员将铅球水平向前抛出 C．小明站在地面上用手拍打身上的衣服时，可以把衣服上的灰尘拍下来 D．在下雨天我们旋转雨伞，可以甩掉雨伞上的水滴 变1. 13．赛车是一项极具挑战和危险的运动，比赛转弯过程中若不能很好的控制速度很容易发生侧滑。如图为赛车转弯时的情景，此时赛车过O点，可看作沿Oa圆弧做匀速圆周运动，Ob方向为O点的切线方向。以下说法不正确的是（    ） A．赛车过O点时速度方向沿Ob方向 B．赛车过O点时合外力指向圆心 C．赛车转弯速率相同时，半径越小越容易发生侧滑 D．发生侧滑时，塞车沿着Ob方向滑离原轨道做匀速直线运动 变2. 14．下列描述属于离心运动应用的是（　　） A．图甲脱水桶快速旋转甩干衣物 B．图乙砂轮因高速转动发生破裂 C．图丙火车转弯速度过大而脱轨 D．图丁汽车转弯速度过大而侧翻 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．D 【详解】AB．皮带传动的两轮边缘的线速度相等，即，同一轮上的b、c两点角速度相等，即，由可得，b、c两点的线速度之比为 故a、b、c三点的线速度之比为 由可得，a、b的角速度之比为 故a、b、c三点的角速度之比为 AB错误； CD．由可得，a、b、c三点的周期之比为 C错误； D．由可得，a、b、c三点的向心加速度大小之比为 D正确。 故选D。 2．D 【详解】A．由于车轮不打滑，则后轮气门芯经过最低点时，气门芯与地面相对静止，则以地面为参考系，后轮气门芯经过最低点时的速度为零，故A错误； B．从后轮气门芯位于车轮最高点到该气门芯第二次位于车轮最低点，后轮转动了一圈半，则自行车前进的位移为 所以此过程时间为 故B错误； C．由于此过程后轮转动了一圈半，则有 可得，后轮边缘转动的线速度大小为 则后轮气门芯相对后轮转轴的线速度大小等于自行车前进的速度，故C错误； D．气门芯的位移大小为 则气门芯的平均速度大小为 故D正确。 故选D。 3．D 【详解】A．根据传动装置的特点，可知，飞轮和后轮同轴转动，则；根据，可得 则三点的线速度大小之比为 故A错误； B．根据，可得 则三点的角速度之比为 故B错误； C．根据转速，可得三点的转速之比为 故C错误； D．根据，可得三点的周期之比为 故D正确。 故选D。 4．B 【详解】A．B点做匀速圆周运动，线速度大小不变，方向改变，故A错误； B．B点做匀速圆周运动，角速度不变，故B正确； C．B点做匀速圆周运动的过程中，横杆BC始终保持水平，则BC杆上各点相对静止，所以C点的速度始终与B点相同，所以B、C两点的线速度大小关系 故C错误； D．根据可知，由于B、C两点做圆周运动的半径不相等 可知二者的角速度大小 故D错误； 故选 B。 5．AD 【详解】AB．向心力是由指向圆心方向的合外力提供，它是根据力的作用效果命名的，向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各力的合力来提供，也可以是某个力的分力来提供，故A正确，B错误； C．物体做圆周运动就需要向心力，向心力是根据力的作用效果命名的，需由外界提供，而不是物体受到了向心力，故C错误； D．向心力的方向与速度方向垂直，因此不改变速度的大小，只改变速度的方向，故D正确。 故选AD。 6．A 【详解】AB． A、B两车（同种型号可认为质量相等）正在绕环岛做线速度大小相等的匀速圆周运动，根据 可得A车的角速度与B车的角速度之比为 故A正确，B错误； CD．由合力提供向心力，可知 可知A、B两车所受的合力大小之比为 A、B两车所需的向心力大小之比为 故CD错误。 故选A。 7．(1)C (2)1：2 (3)A (4)C 【详解】（1）在研究向心力的大小F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时主要用到了物理学中的控制变量法，即研究向心力的大小F与质量m的关系时，需要保证角速度ω和半径r不变。 故选C。 （2）若两个钢球的质量和运动半径相等，图中标尺上黑白相间的等分格显示出A、C位置两钢球所受向心力的比值为1:4，即 则塔轮1和塔轮2转动的角速度之比为 （3）若将球1、2分别放在挡板B、C位置，则两小球做圆周运动的半径不同；将皮带与轮①和轮④相连，两小球转动的角速度相等，则是在研究向心力的大小F与转动半径的关系。故A正确，BCD错误。 故选A。 （4）若将球1、3分别放在挡板B、C位置，则球1、3的轨道半径之比为 转动手柄时标尺1和标尺2示数的比值为1:4，则球1、3所受向心力之比为 球1、3的质量之比为 由可知球1、3转动的角速度之比为 由皮带传动的变速塔轮的边缘的线速度大小相等，，所以球1、3所在变速塔轮的半径之比为 由于轮①、④的半径相同，轮③的半径是轮①的2倍，轮⑥的半径是轮④的0.5倍，可知轮③的半径是轮⑥的4倍，则可判断与皮带连接的变速塔轮为③和⑥。 故选C。 8．A 【详解】圆筒内壁光滑，小球做匀速圆周运动，合力完全提供向心力，因此小球所受重力和支持力的合力来提供向心力。 故选A。 9．（1）10m/s；（2）5N 【详解】（1）线速度大小为 （2）向心力的大小为 10．(1)C (2)一 (3)D 【详解】（1）探究向心力的大小与小球质量m、角速度和半径r之间的关系，采用的实验方法是控制变量法。 A．探究两个互成角度的力的合成规律，采用的是等效替代的实验方法，故A错误； B．验证机械能守恒定律，并没有采用控制变量法，故B错误； C．探究加速度与物体受力、物体质量的关系，采用的实验方法是控制变量法，故C正确。 故选C。 （2）在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，可知两小球做圆周运动的半径之比为，此时探究的是向心力大小与半径的关系，将控制两小球做圆周运动的角速度相等，则需要将传动皮带调至第一层塔轮。 （3）在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，可知两小球做圆周运动的半径相等，传动皮带位于第三层，根据 可知两小球做圆周运动的角速度之比为 根据 可得当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为 故选D。 11．C 【详解】A．水滴自雨伞边缘被甩出后做平抛运动，根据可知，落地时间与转动速度无关，故A错误； B．水滴离开伞边缘后将沿切线方向水平抛出，做曲线运动，故B错误； C．设速度方向与水平方向的夹角为，飞出雨伞时的速度为，竖直方向任意时刻的速度为，可知雨滴在水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，因此有 可知空中运动过程中，其速度方向与水平方向的夹角越来越大，故C正确； D．旋转雨伞，水滴与雨伞一起做圆周运动，当旋转速度增大时，雨滴在雨伞上的附着力不足以提供雨滴做圆周运动的向心力，雨滴做了离心运动，并不是因为水滴受到离心力的作用力，故D错误。 故选 C。 12．AD 【详解】A. 洗衣机脱水桶高速转动时，需要的向心力的大小大于了水和衣服之间的附着力，水做离心运动被从衣服上甩掉，属于离心现象，故A正确； B. 铅球运动员将铅球水平向前抛出，是借助惯性铅球飞出，故B错误； C. 小明站在地面上用手拍打身上的衣服时，可以把衣服上的灰尘拍下来，是利用飞尘的惯性保持原来静止的状态，故C错误； D. 通过旋转雨伞来甩干伞上的雨滴，当转动时雨滴所需要的向心力增加，当超过雨伞对雨的吸附力时，雨滴做离心运动，故D正确。 故选AD。 13．D 【详解】A．物体做曲线运动，速度方向沿着该点的切线方向，则赛车过O点时速度方向沿Ob方向，故A正确； B．赛车做匀速圆周运动，则所受合力为向心力，即赛车过O点时合外力指向圆心，故B正确； C．根据可知赛车转弯速率相同时，半径越小所需的向心力越大，则越容易发生侧滑，故C正确； D．赛车发生侧滑瞬间，速度方向沿着Ob方向，摩擦力不足以提供向心力，赛车做离心运动，故D错误。 本题目选不正确项，故选D。 14．A 【详解】A．图甲脱水桶快速旋转甩干衣物，是利用水的离心运动，故A正确； B．图乙砂轮因高速转动发生破裂，属于离心运动的危害，故B错误； C．图丙火车转弯速度过大而脱轨，属于离心运动的危害，故C错误； D．图丁汽车转弯速度过大而侧翻，属于离心运动的危害，故D错误。 故选A。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$