小题精练08 圆周运动问题 -2026届高考物理三轮题型突破限时精练

小题精练08 圆周运动问题 一、圆周运动基本量 圆周运动各物理量间的关系 二、水平面的圆周运动 (1)圆锥摆的周期 如图摆长为L，摆线与竖直方向夹角为θ。 受力分析，由牛顿第二定律得：mgtanθ＝mr r＝Lsinθ 解得T＝2π＝2π。 (2)结论 ①摆高h＝Lcosθ，周期T越小，圆锥摆转得越快，θ越大。 ②摆线拉力F＝，圆锥摆转得越快，摆线拉力F越大。 ③摆球的加速度a＝gtanθ。 （3）圆锥摆的两种变形 变形1：具有相同锥度角的圆锥摆(摆长不同)，如图甲所示。 由a＝gtanθ知A、B的向心加速度大小相等。由a＝ω2r知ωA<ωB，由a＝知vA>vB。 变形2：具有相同摆高、不同摆长和摆角的圆锥摆，如图乙所示。 由T＝2π知摆高h相同，则TA＝TB，ωA＝ωB，由v＝ωr知vA>vB，由a＝ω2r知aA>aB。 三、竖直面的圆周运动 1.在竖直平面内做圆周运动的物体，按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类： 一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的物体等)，称为“绳(环)约束模型”； 二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等)，称为“杆(管)约束模型”。 2．绳、杆模型涉及的临界问题 绳模型 杆模型 常见 类型 均是没有支撑的小球 均是有支撑的小球 受力 特征 除重力外，物体受到的弹力向下或等于零 除重力外，物体受到的弹力向下、等于零或向上 受力 示意图 过最高 点的临 界条件 由mg＝m得v临＝ 由小球恰能做圆周运动得v临＝0 讨论 分析 (1)过最高点时，v≥，FN＋mg＝m，绳、圆轨道对球产生弹力FN (2)不能过最高点时，v<，在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道 (1)当v＝0时，FN＝mg，FN为支持力，沿半径背离圆心 (2)当0<v<时，mg－FN＝m，FN背离圆心，随v的增大而减小 (3)当v＝时，FN＝0 (4)当v>时，FN＋mg＝m，FN指向圆心，并随v的增大而增大 【例题1】（2025·浙江·一模）如图所示，离地高度H=2m的O1处固定匀速转动的一电机，电机通过一根长度L=1m的不可伸长的轻绳使小球在水平面内做以O2为圆心的匀速圆周运动，此时。某时刻，绳子和小球的连接处突然断开，小球最终落在O3所在的水平地面上。O1O2O3的连线垂直地面，不计空气对小球运动的影响，小球可视为质点且落地后即静止。则（    ） A．小球下落的时间为 B．小球的落点到O3的距离为1.2m C．若增大H，落点到O3的距离先增大后减小 D．若增大L，落点到O3的距离先增大后减小 【答案】B 【详解】A．绳子断开后小球做平抛运动，由 解得，故A错误； B．设小球做圆周运动的速度大小为，则有 解得 小球平抛的水平位移 小球的落点到O3的距离 故B正确； C．若增大H，由，可知小球做平抛运动的时间变长， 由，可知小球平抛运动的初速度大小不变，则小球平抛的水平位移变大，落点到O3的距离变大，故C错误； D．由 得 若增大L，由， 得， 小球平抛的水平位移 小球的落点到O3的距离 又 若增大L，由二次函数知识可知落点到O3的距离一直增大，故D错误。 故选B。 【例题2】（2025·河北保定·一模）中国火箭军成功进行了一次洲际弹道导弹全射程试验，弹头最终准确落入预定海域。某物理兴趣小组，想用光束研究导弹的运动特点，为此设计了如图所示的模型，设导弹始终沿水平方向做直线运动，距离导弹运动方向为h的O点发出的光束以角速度ω顺时针匀速转动，发现在A、B两点之间光斑始终落在导弹上，当导弹在A 点时，光束与导弹运动方向所在水平线的夹角为α，当导弹在 B 点时，光束与导弹运动方向所在水平线的夹角为β，A、B、O三点在同一竖直平面内，下列说法正确的是（　　） A．导弹在 A点时的速度大小为 B．导弹由 A 点运动到 B 点经历的时间为 C．导弹由 A 点运动到 B 点的平均加速度大小为 D．导弹由 A 点运动到 B 点的过程做减速运动 【答案】ABC 【详解】A．由题意可知，光斑的速度与导弹的速度总相等，将导弹的速度沿光束和垂直光束方向进行分解，如图所示 设导弹在 A 点时的速度为vA，根据几何关系有 根据圆周运动参量的关系有 解得 ，A正确； B．导弹由A点运动到B点的过程，光束转过的角度θ=α-β 根据 解得，B正确； D．根据运动的合成与分解可知，导弹在 B点的速度 因为α>β，所以，导弹由A 点运动到B 点的过程做加速运动，D错误； C．根据加速度的定义式有 解得，C正确。 故选ABC。 难度：★★★☆ 建议时间：30分钟 正确率： /20 1. （2026·河南郑州·一模）2025年9月，杭州超重力场启动全球最大的离心机主机。如图为离心机结构的俯视图，质量均为的模型舱和配重系统通过转臂连接，在水平面内绕竖直转轴以角速度做匀速圆周运动。正常转动时，两者重心到转轴的距离均为，转轴受到的水平作用力为0。若某次实验中，模型舱的重心到转轴的距离增加了，其余条件不变，则转轴受到的水平作用力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】若某次实验中，模型舱的重心到转轴的距离增加了，其余条件不变，以配重系统为对象，水平方向根据牛顿第二定律可得 以模型舱为对象，水平方向根据牛顿第二定律可得 以转臂为对象，可得转轴对转臂的水平作用力大小为 其中， 可得 则转轴受到的水平作用力大小为。 故选B。 2. （2025·浙江·一模）如图所示，竖直放置的薄圆筒内壁光滑，在内表面距离底面高为h=5m的O点处，给一个质量为m的小滑块沿水平切线方向的初速度v0，小滑块将沿筒内表面旋转滑下。假设滑块下滑过程中表面与筒内表面紧密贴合，圆筒内半径，重力加速度取g=10 m/s2。小滑块第一次滑过O点正下方时，恰好经过O1点，且OO1的距离为0.2m。则下列说法正确的是（　　） A．小滑块的初速度v0为1 m/s B．小滑块经过O1点的速度大小为2 m/s C．小滑块最后刚好能从O点正下方的On点滑离圆筒 D．小滑块运动过程中受到的筒壁的支持力不变 【答案】C 【详解】A．对小滑块的运动分解为竖直方向的自由落体运动和沿水平方向的匀速圆周运动，小滑块从O点运动到O1点的过程有， 解得小滑块的初速度，故A错误； B．小滑块经过O1点的速度大小，故B错误； C．根据，可知小滑块从O点下落到圆筒底部所需时间，所以小滑块最后刚好能从O点正下方的On点滑离圆筒，故C正确； D．小滑块运动过程中受到的筒壁的支持力方向一直在改变，故D错误。 故选C。 3. （2025·湖北·模拟预测）如图所示，甲、乙两人（视为质点）在光滑的冰面上，手拉手绕共同的竖直轴互相环绕以相同的周期T做匀速圆周运动，已知两人间的距离为L，两人的总质量为x，质量的乘积为y，下列说法正确的是（   ） A．甲、乙的线速度之比等于圆周运动的半径之反比 B．甲、乙的加速度之比等于圆周运动的半径之比 C．甲、乙的线速度之比等于甲、乙的质量之比 D．甲、乙间的拉力大小等于 【答案】BD 【详解】A．甲、乙的周期相等，由， 可得 即甲、乙的线速度之比等于圆周运动的半径之比，A错误； B．由，a乙 可得 即甲、乙的加速度之比等于圆周运动的半径之比，B正确； C．相互作用的拉力充当向心力，则向心力大小相等，由牛顿第二定律可得 则有 结合可得 即甲、乙的线速度之比等于甲、乙的质量之反比，C错误； D．由， 可得， 则有 结合r甲+r乙=L 解得，D正确。 故选BD。 4. （2025·江苏·模拟预测）如图为自行车气嘴灯及其结构图，弹簧一端固定在A端，另一端拴接重物，当M、N接触时，LED灯就会发光。下列说法正确的是（　　） A．安装时A端比B端更远离车轮圆心 B．只要车轮转动起来，气嘴灯就能发光 C．增大重物质量可使气嘴灯在较低车速下也能发光 D．自行车匀速行驶时，若气嘴灯转到最低点时能发光，则在最高点时也一定能发光 【答案】C 【详解】A．当M、N接触时，LED灯就会发光，应使重物做离心运动，则A端应靠近车轮圆心，安装时A端比B端更靠近车轮圆心，故A错误； B．车轮转动时，重物随车轮做圆周运动，所需要的向心力由弹簧弹力与重力的合力提供，车轮转速越大，弹簧长度越长，重物上的触点M与固定在B端的触点N越近，当车轮达到一定转速时，重物上的触点M与固定在B端的触点N接触后，气嘴灯就会被点亮，故B错误； C．灯在最低点时，对重物有 解得 故增大重物质量可使LED灯在较低转速下也能发光，故C正确； D．灯在最低点时，有 即 灯在最高点时，有 即 故，即匀速行驶时，在最低点时弹簧比在最高点时长，因此匀速行驶时，若LED灯转到最低点时能发光，则在最高点时不一定能发光，故D错误。 故选C。 5. （2025·浙江·一模）如图所示为一种测量光速的示意图，让光束从高速旋转的齿轮的齿缝正中央穿过，经镜面反射回来，调节齿轮的转速，使反射光束恰好通过相邻的另一个齿缝的正中央，由此可测出光的传播速度。若齿轮半径为0.5m，总齿数为150齿，齿轮与镜子间距离为20km，半透明镜、观察点在齿轮附近，则要测出光速，齿轮的转速约为（    ） A．500r/min B．1500r/min C．3000r/min D．4500r/min 【答案】C 【详解】要让光束从高速旋转的齿轮的齿缝正中央穿过，经镜面反射回来，调节齿轮的转速，使反射光束恰好通过相邻的另一个齿缝的正中央，应满足 解得，C正确。 故选C。 6. （25-26高三上·河北唐山·期中）如图，质量为的质量分布均匀的圆盘做水平面内的匀速圆周运动，其中三点共线，三点在圆盘边缘上均匀分布，等长且与的夹角均为为悬点，与竖直方向夹角为所能承受的最大拉力均为。下列说法正确的是（　　） A．绳上拉力大小为 B．绳上拉力大小为 C．若角速度增大，绳先断 D．若角速度增大，比绳先断 【答案】AC 【详解】AB．对圆盘整体分析，竖直方向则有 对结点受力分析，沿方向则有 联立解得，故A正确，B错误； CD．当角速度增大时，根据向心力可知，圆盘所需的向心力增大，因此和水平方向的分力都随之增大，但竖直方向需要承担在竖直方向的分力（即圆盘的重力），因此首先达到绳子能承受的最大拉力，即角速度增大时，绳先断，故C正确，D错误。 故选AC。 7. （2025·河南·模拟预测）如图，游乐场空中飞椅项目惊险刺激，可简化为如下情景：水平转盘可绕竖直轴转动，长度相同的细绳上端固定在转盘同一高度不同的位置，左右对称，下端连接小球。转盘匀速转动稳定后，各绳与竖直方向的夹角保持不变，对于各绳方向的描述，下列四幅图中最符合实际的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】每个摆球均可等效为固定在题图示虚线上端的圆锥摆，设绳长为，虚线长度为，虚线与竖直方向的夹角为，角速度为。对摆球，细绳拉力和重力的合力充当向心力，由牛顿第二定律可得 圆锥摆的摆高 可得 同一个转盘上的四个摆球角速度相同，等效圆锥摆摆高相同。 故选C。 8. （2025·湖南郴州·一模）鲁迅先生的《从百草园到三味书屋》中有一段描写：扫开一块雪，露出地面，用一枝短棒支起一面大的竹筛来，下面撒些秕谷，棒上系一条长绳，人远远地牵着，看鸟雀下来啄食，走到竹筛底下的时候，将绳子一拉，便罩住了。如下甲图为情景画，乙图为模型简图，竹筛视为一个半径为的半球壳，初始用短棒在左侧支撑住，竹筛底面与地面夹角为30°，小鸟视为质点，在竹筛落地时的底面圆心处偷吃谷子，此时绳子拉动，短棒拉走，竹筛开始落下，绕着右端支点转动，其角速度随时间变化的图像如丙图所示，小鸟被惊动，立刻开始沿着半径向外逃窜，小鸟运动可视为匀速直线运动，下列说法正确的是（　　） A．竹筛开始转动后，竹筛上面各点做匀速圆周运动 B．竹筛开始运动后，竹筛上面各点的向心加速度大小不变 C．短棒拉走，竹筛从开始运动到落地需要2s D．小鸟能够成功逃离竹筛的最小速度为0.5m/s 【答案】D 【详解】A．根据图丙可知，角速度在变大，不是匀速圆周运动，故A错误； B．向心加速度公式a=ω2R，而角速度在变大，所以向心加速度大小加速度在变大，故B错误； C．筛子转动后落地，根据ω-t图像与时间轴围成的面积表示转动的圆心角，可知竹筛从开始运动到落地需要的时间为t=1s，故C错误； D．小鸟成功逃离的最小速度，故D正确。 故选D。 9. （2025·贵州六盘水·一模）图甲为明代《天工开物》记载的“水碓”装置图，其简化原理图如图乙所示，水流冲击水轮，带动主轴（中心为）及拨板周期性拨动碓杆尾端，使碓杆绕转轴逆时针转动，拨板脱离碓杆尾端后碓头借重力下落，撞击臼中谷物。当图乙中主轴以恒定角速度转动至拨板与水平方向成时，，，此时碓头的线速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由题意可知，拨板与碓杆尾部接触点在垂直于碓杆方向速度相等，有 碓杆绕点转动的角速度 则碓头B线速度 故选D。 10. （25-26高三上·重庆·期中）如题图所示，一根不可伸长的轻质细绳穿过竖直细管AB连接两个相同的小球a、b。某同学扰动细管，小球a、b恰好在水平面内做匀速圆周运动，且a、b两端细绳与竖直方向的夹角分别为α、β，管底露出的绳长小于上端管口露出的绳长。两小球可视为质点，忽略一切阻力，则（　　） A． B． C．a球的速度大于b球的速度 D．b球的速度大于 a球的速度 【答案】C 【详解】AB.绳对小球a、b的拉力大小相同，根据受力关系易得 可知α=β， 选项A、B均错误； CD.两小球均做匀速圆周运动，对a球有 可知 因此a球的速度大一些，选项C正确，选项D错误。 故选C。 11. （2025·广东深圳·模拟预测）如图所示，质量为m的夯杆在左右两个半径均为R，角速度为ω的摩擦轮的作用下，由静止开始向上运动，上升一定高度后摩擦轮松开，松开之前夯杆与摩擦轮间已经相对静止。已知摩擦轮与夯杆间动摩擦因数均为μ，弹力大小为F，重力加速度为g，不计空气阻力。关于夯杆从起动到摩擦轮松开的过程中，下列说法正确的是（　　） A．受到摩擦轮的摩擦力始终保持不变 B．夯杆的最大速度大小等于 C．加速过程中加速度大小等于 D．加速运动的时间等于 【答案】B 【详解】B．松开之前，与摩擦轮相对静止，因此夯杆的速度大小与摩擦轮的线速度大小相等，故B正确； AC．夯杆向上运动过程为先向上加速，此时夯杆受向上的滑动摩擦力为2μF，则由牛顿第二定律， 可得 相对静止时，受力平衡，故摩擦力发生改变，即AC错误； D．根据，解得，故D错误。 故选B。 12. （2025·广东肇庆·一模）如图所示，游乐场的旋转飞椅装置共有4条吊臂，每条吊臂长均为r，吊绳长均为L，每名游客与座椅的总质量均为m。吊臂绕O点的竖直轴匀速转动，游客在水平面内做匀速圆周运动，吊绳与竖直方向的夹角为θ。重力加速度为g，不计空气阻力和吊绳的质量。下列说法正确的是（　　） A．游客的线速度大小为 B．游客的角速度大小为 C．游客的向心加速度大小为 D．吊绳上的拉力大小为 【答案】BD 【详解】A．游客做匀速圆周运动的半径 向心力大小 可得，故A错误； B．角速度大小，故B正确； C．由 可得向心加速度大小，故C错误； D．竖直方向有 可得，故D正确。 故选BD。 13. （24-25高三上·山西太原·期中）竖直细圆杆顶端附近有一小孔，光滑细绳穿过小孔，细绳两端分别系有A、B两小球，已知A球质量小于B球质量。调节细绳并转动圆杆，使得两球与圆杆能以相同角速度在水平面内匀速转动，下列图样大致正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设小孔到小球转动平面的竖直距离为，细绳与竖直方向的夹角为，根据小球在竖直方向上受力平衡 两小球受到的细绳拉力大小相等，因为 所以 即 小球做圆周运动的半径为 根据小球所受合力提供向心力 解得 两球一起做圆周运动，角速度相同，即两球高度相同。 故选C。 14. （2025·山东·模拟预测）如图所示，半径为的玩具转盘在转盘中心点固定了一竖直杆，质量为的小球用轻绳和轻杆一起连接在竖直杆上，轻绳与竖直杆上的点相连，轻杆用铰链连接在竖直杆上的点（可绕点自由转动）。已知圆盘静止时轻绳与竖直方向夹角，轻杆与竖直方向夹角，，，不计摩擦阻力，重力加速度为。则下列说法正确的是（　　） A．当绳上恰好无弹力时，小球的角速度 B．当小球角速度时，杆上弹力 C．当上恰好无弹力时，小球角速度 D．若转动过程中小球突然脱离，则当圆盘角速度，小球不会触碰到圆盘 【答案】A 【详解】A．当轻绳上恰好无弹力时，对小球进行受力分析可知，小球受重力和沿杆方向的拉力的作用做匀速圆周运动，则在水平方向对小球列牛顿第二定律方程有 解得此时小球的角速度为，故A正确； B．设轻绳AC的弹力为，轻杆BC的弹力为，当小球的角速度时，小球的受力如图所示： 则竖直方向有 水平方向有 联立解得，，故B错误； C．当上恰好无弹力时，对小球进行受力分析可知，小球受重力和沿绳方向的拉力的作用做匀速圆周运动，则在水平方向对小球列牛顿第二定律方程有 解得此时小球的角速度为，故C错误； D．假设小球脱离前，轻杆和细绳对小球都有力的作用，小球脱离后做平抛运动，且恰好没有碰到圆盘，则由平抛运动的性质可知，在竖直方向有 在水平方向有 联立解得小球平抛运动的初速度为 则圆盘转动的角速度为 故假设成立，所以小球在转动过程中忽然脱离，若小球不能碰到圆盘，则圆盘转动的角速度的取值范围为，故D错误。 故选A。 15. （2025·山东·模拟预测）高空旋转秋千设施如图甲所示，其简化模型如图乙所示，水平圆盘绕竖直中心立柱匀速转动。一名游客连同座椅的总质量为，通过长度为的轻绳悬挂在点，点到立柱的距离为。当游客匀速转动时，轻绳与竖直方向的夹角为，重力加速度为，游客和座椅可视为质点，忽略空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．游客做匀速圆周运动的向心加速度大小为 B．游客做匀速圆周运动的角速度大小为 C．轻绳拉力大小为 D．游客做圆周运动的线速度大小为 【答案】B 【详解】AC．以游客和座椅整体为研究对象，竖直方向受力平衡有 水平方向由牛顿第二定律，得 联立解得，故AC错误； B．由几何关系可知，游客做匀速圆周运动的半径为 游客做匀速圆周运动时，由向心加速度公式 解得角速度大小，故B正确； D．由 解得线速度大小，故D错误。 故选B。 16. （2025·山东济南·一模）教师在上课时用激光笔指向黑板上点到点的过程，其俯视图简化如下。激光笔在水平面转动，其发射端位于点，间距为且垂直于。教师转动激光笔使光点在黑板上由到以速度匀速运动。与之间的夹角为、、始终在同一水平面内，则下列说法正确的是（　　） A．教师转动激光笔的过程中，激光笔绕点做匀速圆周运动 B．教师转动激光笔的过程中，激光笔点绕点做线速度逐渐增大的圆周运动 C．教师转动激光笔的角速度为 D．教师转动激光笔的角速度为 【答案】BC 【详解】P的实际运动为沿墙壁水平向右的运动，其运动效果是一方面绕S点转动，另一方面沿光线方向缩短，因此应将水平向右的速度分解为沿光线和垂直于光线的分速度。垂直光线方向的速度（L为PS距离） 根据几何知识可得 联立解得教师转动激光笔的角速度为 由于增大，可知角速度增大，则激光笔点线速度 可知激光笔点绕点做线速度逐渐增大的圆周运动，综合可知BC选项符合题意。 故选BC。 17. （2025·吉林松原·模拟预测）如图甲所示凸轮轴为汽车发动机上的重要部分，轮缘上各点到轴O的距离各不相同，凸轮轴围绕轴O转动。某同学在轮缘上取如图乙所示的a、b两点，并做出了a、b两点的速度方向，均沿着轮缘的切线方向，其中、与的夹角小于。下列判断正确的是（　　）。 A．该同学做出的a点的速度方向是正确的 B．该同学做出的b点的速度方向是正确的 C．a点的线速度小于b点的线速度 D．a、b两点角速度相同 【答案】AD 【详解】AB．根据线速度方向沿轨迹切线方向，可知a、b两点的线速度方向分别与、垂直，故A正确，B错误； D．a、b两点为同轴转动的物体上的两点，故有相同的角速度，故D正确； C．由图可知a点离轴心的距离更大，根据 可知a点的线速度大于b点的线速度，故C错误。 故选AD。 18. （2025·广西·模拟预测）如图所示，一辆装满石块的货车以恒定速率安全通过一半径为R的弯道。车厢中质量为m的石块B与货箱底面接触，石块B与货车底部的弹力大小恒为10mg，货箱底面摩擦不计。下列说法正确的是（　　） A．周围石块对石块B的作用力方向斜向下 B．周围石块和货箱底面对石块B的作用力的合力方向斜向下 C．周围石块对石块B的作用力大小为 D．周围石块和货箱底面对石块B的作用力的合力大小为 【答案】A 【详解】石块B受到自身的重力mg，货车底部的支持力FN和周围石块的作用力F其，这些力的合力充当石块圆周运动的向心力，向心力指向圆心O，如图所示 其中货车底部的支持力FN与石块B受到自身的重力mg的合力大小为9mg，方向竖直向上，则由平行四边形定则可知，其他石块对石块B的作用力斜向下方，大小为 故选A。 19. （25-26高三上·广东惠州·月考）气嘴灯对自行车的气嘴起到装饰作用，使夜间骑行时自行车有个性的灯光效果，是夜骑的一道风景线，深受骑行爱好者喜爱，气嘴灯安装在自行车的气嘴上，骑行时会发光，一种气嘴灯的感应装置结构如图所示，一重物套在光滑杆上，重物上的触点M与固定在B端的触点N接触后，LED灯就会发光，关于以上信息下列说法正确的是（　　） A．正确安装使用时，装置A端的线速度比B端的大 B．自行车匀速转动时，装置运动到最下端时比最上端更容易发光 C．要在较低的转速时发光，可以更换质量更小的重物 D．要在较低的转速时发光，可以更换劲度系数更大的弹簧 【答案】B 【详解】A．由离心运动的原理，可知B端应在外侧，更靠近气嘴，A端应在内侧，由v=ωr可知，装置A端的线速度比B端的小，故A错误； B．自行车匀速行驶时，装置转动到最下端时，根据 可知 即弹簧弹力更大，弹簧将被拉得更长，两触点更容易接触，因此比最上端更容易发光，故B正确； CD．根据可知，要使LED灯被点亮，则弹簧必须伸长到一定长度，则当转速较低时，可以更换劲度系数更小的弹簧或增加重物的质量，从而使M点更容易与N点接触点亮LED灯，故CD错误。 故选B。 20. （2025·广东·模拟预测）如图所示为蔡特曼和柯氏改进后测定银蒸汽分子速度大小的装置简图。从小炉的细缝中逸出的银蒸汽分子沿虚线通过圆筒上的细缝进入转动的圆筒内并落在玻璃板上某处，且圆筒转过角度小于。已知银蒸汽分子刚进入圆筒时、圆心A、b在同一直线上，圆筒的直径为，转速为，银蒸汽分子在玻璃板上的落点与之间的弧长为，下列说法正确的是（　　） A．圆筒逆时针方向转动 B．落点越靠近处的银蒸汽分子速率越小 C．银蒸汽分子在筒内运动时间 D．银蒸汽分子的速率为 【答案】D 【详解】A．由于银蒸汽分子从到打在玻璃板过程中圆筒转过角度小于，可知圆筒沿顺时针方向转动，故A错误； B．由图可判断，落点越靠近处，弧长越短，时间越短，银蒸汽分子速率越大，故B错误； C．银蒸汽分子在筒内运动时间为 可得，故C错误； D．由 可得，故D正确。 故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $ 小题精练08 圆周运动问题 一、圆周运动基本量 圆周运动各物理量间的关系 二、水平面的圆周运动 (1)圆锥摆的周期 如图摆长为L，摆线与竖直方向夹角为θ。 受力分析，由牛顿第二定律得：mgtanθ＝mr r＝Lsinθ 解得T＝2π＝2π。 (2)结论 ①摆高h＝Lcosθ，周期T越小，圆锥摆转得越快，θ越大。 ②摆线拉力F＝，圆锥摆转得越快，摆线拉力F越大。 ③摆球的加速度a＝gtanθ。 （3）圆锥摆的两种变形 变形1：具有相同锥度角的圆锥摆(摆长不同)，如图甲所示。 由a＝gtanθ知A、B的向心加速度大小相等。由a＝ω2r知ωA<ωB，由a＝知vA>vB。 变形2：具有相同摆高、不同摆长和摆角的圆锥摆，如图乙所示。 由T＝2π知摆高h相同，则TA＝TB，ωA＝ωB，由v＝ωr知vA>vB，由a＝ω2r知aA>aB。 三、竖直面的圆周运动 1.在竖直平面内做圆周运动的物体，按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类： 一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的物体等)，称为“绳(环)约束模型”； 二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等)，称为“杆(管)约束模型”。 2．绳、杆模型涉及的临界问题 绳模型 杆模型 常见 类型 均是没有支撑的小球 均是有支撑的小球 受力 特征 除重力外，物体受到的弹力向下或等于零 除重力外，物体受到的弹力向下、等于零或向上 受力 示意图 过最高 点的临 界条件 由mg＝m得v临＝ 由小球恰能做圆周运动得v临＝0 讨论 分析 (1)过最高点时，v≥，FN＋mg＝m，绳、圆轨道对球产生弹力FN (2)不能过最高点时，v<，在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道 (1)当v＝0时，FN＝mg，FN为支持力，沿半径背离圆心 (2)当0<v<时，mg－FN＝m，FN背离圆心，随v的增大而减小 (3)当v＝时，FN＝0 (4)当v>时，FN＋mg＝m，FN指向圆心，并随v的增大而增大 【例题1】（2025·浙江·一模）如图所示，离地高度H=2m的O1处固定匀速转动的一电机，电机通过一根长度L=1m的不可伸长的轻绳使小球在水平面内做以O2为圆心的匀速圆周运动，此时。某时刻，绳子和小球的连接处突然断开，小球最终落在O3所在的水平地面上。O1O2O3的连线垂直地面，不计空气对小球运动的影响，小球可视为质点且落地后即静止。则（    ） A．小球下落的时间为 B．小球的落点到O3的距离为1.2m C．若增大H，落点到O3的距离先增大后减小 D．若增大L，落点到O3的距离先增大后减小 【例题2】（2025·河北保定·一模）中国火箭军成功进行了一次洲际弹道导弹全射程试验，弹头最终准确落入预定海域。某物理兴趣小组，想用光束研究导弹的运动特点，为此设计了如图所示的模型，设导弹始终沿水平方向做直线运动，距离导弹运动方向为h的O点发出的光束以角速度ω顺时针匀速转动，发现在A、B两点之间光斑始终落在导弹上，当导弹在A 点时，光束与导弹运动方向所在水平线的夹角为α，当导弹在 B 点时，光束与导弹运动方向所在水平线的夹角为β，A、B、O三点在同一竖直平面内，下列说法正确的是（　　） A．导弹在 A点时的速度大小为 B．导弹由 A 点运动到 B 点经历的时间为 C．导弹由 A 点运动到 B 点的平均加速度大小为 D．导弹由 A 点运动到 B 点的过程做减速运动 1. （2026·河南郑州·一模）2025年9月，杭州超重力场启动全球最大的离心机主机。如图为离心机结构的俯视图，质量均为的模型舱和配重系统通过转臂连接，在水平面内绕竖直转轴以角速度做匀速圆周运动。正常转动时，两者重心到转轴的距离均为，转轴受到的水平作用力为0。若某次实验中，模型舱的重心到转轴的距离增加了，其余条件不变，则转轴受到的水平作用力大小为（　　） A． B． C． D． 2. （2025·浙江·一模）如图所示，竖直放置的薄圆筒内壁光滑，在内表面距离底面高为h=5m的O点处，给一个质量为m的小滑块沿水平切线方向的初速度v0，小滑块将沿筒内表面旋转滑下。假设滑块下滑过程中表面与筒内表面紧密贴合，圆筒内半径，重力加速度取g=10 m/s2。小滑块第一次滑过O点正下方时，恰好经过O1点，且OO1的距离为0.2m。则下列说法正确的是（　　） A．小滑块的初速度v0为1 m/s B．小滑块经过O1点的速度大小为2 m/s C．小滑块最后刚好能从O点正下方的On点滑离圆筒 D．小滑块运动过程中受到的筒壁的支持力不变 3. （2025·湖北·模拟预测）如图所示，甲、乙两人（视为质点）在光滑的冰面上，手拉手绕共同的竖直轴互相环绕以相同的周期T做匀速圆周运动，已知两人间的距离为L，两人的总质量为x，质量的乘积为y，下列说法正确的是（   ） A．甲、乙的线速度之比等于圆周运动的半径之反比 B．甲、乙的加速度之比等于圆周运动的半径之比 C．甲、乙的线速度之比等于甲、乙的质量之比 D．甲、乙间的拉力大小等于 4. （2025·江苏·模拟预测）如图为自行车气嘴灯及其结构图，弹簧一端固定在A端，另一端拴接重物，当M、N接触时，LED灯就会发光。下列说法正确的是（　　） A．安装时A端比B端更远离车轮圆心 B．只要车轮转动起来，气嘴灯就能发光 C．增大重物质量可使气嘴灯在较低车速下也能发光 D．自行车匀速行驶时，若气嘴灯转到最低点时能发光，则在最高点时也一定能发光 5. （2025·浙江·一模）如图所示为一种测量光速的示意图，让光束从高速旋转的齿轮的齿缝正中央穿过，经镜面反射回来，调节齿轮的转速，使反射光束恰好通过相邻的另一个齿缝的正中央，由此可测出光的传播速度。若齿轮半径为0.5m，总齿数为150齿，齿轮与镜子间距离为20km，半透明镜、观察点在齿轮附近，则要测出光速，齿轮的转速约为（    ） A．500r/min B．1500r/min C．3000r/min D．4500r/min 6. （25-26高三上·河北唐山·期中）如图，质量为的质量分布均匀的圆盘做水平面内的匀速圆周运动，其中三点共线，三点在圆盘边缘上均匀分布，等长且与的夹角均为为悬点，与竖直方向夹角为所能承受的最大拉力均为。下列说法正确的是（　　） A．绳上拉力大小为 B．绳上拉力大小为 C．若角速度增大，绳先断 D．若角速度增大，比绳先断 7. （2025·河南·模拟预测）如图，游乐场空中飞椅项目惊险刺激，可简化为如下情景：水平转盘可绕竖直轴转动，长度相同的细绳上端固定在转盘同一高度不同的位置，左右对称，下端连接小球。转盘匀速转动稳定后，各绳与竖直方向的夹角保持不变，对于各绳方向的描述，下列四幅图中最符合实际的是（　　） A． B． C． D． 8. （2025·湖南郴州·一模）鲁迅先生的《从百草园到三味书屋》中有一段描写：扫开一块雪，露出地面，用一枝短棒支起一面大的竹筛来，下面撒些秕谷，棒上系一条长绳，人远远地牵着，看鸟雀下来啄食，走到竹筛底下的时候，将绳子一拉，便罩住了。如下甲图为情景画，乙图为模型简图，竹筛视为一个半径为的半球壳，初始用短棒在左侧支撑住，竹筛底面与地面夹角为30°，小鸟视为质点，在竹筛落地时的底面圆心处偷吃谷子，此时绳子拉动，短棒拉走，竹筛开始落下，绕着右端支点转动，其角速度随时间变化的图像如丙图所示，小鸟被惊动，立刻开始沿着半径向外逃窜，小鸟运动可视为匀速直线运动，下列说法正确的是（　　） A．竹筛开始转动后，竹筛上面各点做匀速圆周运动 B．竹筛开始运动后，竹筛上面各点的向心加速度大小不变 C．短棒拉走，竹筛从开始运动到落地需要2s D．小鸟能够成功逃离竹筛的最小速度为0.5m/s 9. （2025·贵州六盘水·一模）图甲为明代《天工开物》记载的“水碓”装置图，其简化原理图如图乙所示，水流冲击水轮，带动主轴（中心为）及拨板周期性拨动碓杆尾端，使碓杆绕转轴逆时针转动，拨板脱离碓杆尾端后碓头借重力下落，撞击臼中谷物。当图乙中主轴以恒定角速度转动至拨板与水平方向成时，，，此时碓头的线速度大小为（　　） A． B． C． D． 10. （25-26高三上·重庆·期中）如题图所示，一根不可伸长的轻质细绳穿过竖直细管AB连接两个相同的小球a、b。某同学扰动细管，小球a、b恰好在水平面内做匀速圆周运动，且a、b两端细绳与竖直方向的夹角分别为α、β，管底露出的绳长小于上端管口露出的绳长。两小球可视为质点，忽略一切阻力，则（　　） A． B． C．a球的速度大于b球的速度 D．b球的速度大于 a球的速度 11. （2025·广东深圳·模拟预测）如图所示，质量为m的夯杆在左右两个半径均为R，角速度为ω的摩擦轮的作用下，由静止开始向上运动，上升一定高度后摩擦轮松开，松开之前夯杆与摩擦轮间已经相对静止。已知摩擦轮与夯杆间动摩擦因数均为μ，弹力大小为F，重力加速度为g，不计空气阻力。关于夯杆从起动到摩擦轮松开的过程中，下列说法正确的是（　　） A．受到摩擦轮的摩擦力始终保持不变 B．夯杆的最大速度大小等于 C．加速过程中加速度大小等于 D．加速运动的时间等于 12. （2025·广东肇庆·一模）如图所示，游乐场的旋转飞椅装置共有4条吊臂，每条吊臂长均为r，吊绳长均为L，每名游客与座椅的总质量均为m。吊臂绕O点的竖直轴匀速转动，游客在水平面内做匀速圆周运动，吊绳与竖直方向的夹角为θ。重力加速度为g，不计空气阻力和吊绳的质量。下列说法正确的是（　　） A．游客的线速度大小为 B．游客的角速度大小为 C．游客的向心加速度大小为 D．吊绳上的拉力大小为 13. （24-25高三上·山西太原·期中）竖直细圆杆顶端附近有一小孔，光滑细绳穿过小孔，细绳两端分别系有A、B两小球，已知A球质量小于B球质量。调节细绳并转动圆杆，使得两球与圆杆能以相同角速度在水平面内匀速转动，下列图样大致正确的是（    ） A． B． C． D． 14. （2025·山东·模拟预测）如图所示，半径为的玩具转盘在转盘中心点固定了一竖直杆，质量为的小球用轻绳和轻杆一起连接在竖直杆上，轻绳与竖直杆上的点相连，轻杆用铰链连接在竖直杆上的点（可绕点自由转动）。已知圆盘静止时轻绳与竖直方向夹角，轻杆与竖直方向夹角，，，不计摩擦阻力，重力加速度为。则下列说法正确的是（　　） A．当绳上恰好无弹力时，小球的角速度 B．当小球角速度时，杆上弹力 C．当上恰好无弹力时，小球角速度 D．若转动过程中小球突然脱离，则当圆盘角速度，小球不会触碰到圆盘 15. （2025·山东·模拟预测）高空旋转秋千设施如图甲所示，其简化模型如图乙所示，水平圆盘绕竖直中心立柱匀速转动。一名游客连同座椅的总质量为，通过长度为的轻绳悬挂在点，点到立柱的距离为。当游客匀速转动时，轻绳与竖直方向的夹角为，重力加速度为，游客和座椅可视为质点，忽略空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．游客做匀速圆周运动的向心加速度大小为 B．游客做匀速圆周运动的角速度大小为 C．轻绳拉力大小为 D．游客做圆周运动的线速度大小为 16. （2025·山东济南·一模）教师在上课时用激光笔指向黑板上点到点的过程，其俯视图简化如下。激光笔在水平面转动，其发射端位于点，间距为且垂直于。教师转动激光笔使光点在黑板上由到以速度匀速运动。与之间的夹角为、、始终在同一水平面内，则下列说法正确的是（　　） A．教师转动激光笔的过程中，激光笔绕点做匀速圆周运动 B．教师转动激光笔的过程中，激光笔点绕点做线速度逐渐增大的圆周运动 C．教师转动激光笔的角速度为 D．教师转动激光笔的角速度为 17. （2025·吉林松原·模拟预测）如图甲所示凸轮轴为汽车发动机上的重要部分，轮缘上各点到轴O的距离各不相同，凸轮轴围绕轴O转动。某同学在轮缘上取如图乙所示的a、b两点，并做出了a、b两点的速度方向，均沿着轮缘的切线方向，其中、与的夹角小于。下列判断正确的是（　　）。 A．该同学做出的a点的速度方向是正确的 B．该同学做出的b点的速度方向是正确的 C．a点的线速度小于b点的线速度 D．a、b两点角速度相同 18. （2025·广西·模拟预测）如图所示，一辆装满石块的货车以恒定速率安全通过一半径为R的弯道。车厢中质量为m的石块B与货箱底面接触，石块B与货车底部的弹力大小恒为10mg，货箱底面摩擦不计。下列说法正确的是（　　） A．周围石块对石块B的作用力方向斜向下 B．周围石块和货箱底面对石块B的作用力的合力方向斜向下 C．周围石块对石块B的作用力大小为 D．周围石块和货箱底面对石块B的作用力的合力大小为 19. （25-26高三上·广东惠州·月考）气嘴灯对自行车的气嘴起到装饰作用，使夜间骑行时自行车有个性的灯光效果，是夜骑的一道风景线，深受骑行爱好者喜爱，气嘴灯安装在自行车的气嘴上，骑行时会发光，一种气嘴灯的感应装置结构如图所示，一重物套在光滑杆上，重物上的触点M与固定在B端的触点N接触后，LED灯就会发光，关于以上信息下列说法正确的是（　　） A．正确安装使用时，装置A端的线速度比B端的大 B．自行车匀速转动时，装置运动到最下端时比最上端更容易发光 C．要在较低的转速时发光，可以更换质量更小的重物 D．要在较低的转速时发光，可以更换劲度系数更大的弹簧 20. （2025·广东·模拟预测）如图所示为蔡特曼和柯氏改进后测定银蒸汽分子速度大小的装置简图。从小炉的细缝中逸出的银蒸汽分子沿虚线通过圆筒上的细缝进入转动的圆筒内并落在玻璃板上某处，且圆筒转过角度小于。已知银蒸汽分子刚进入圆筒时、圆心A、b在同一直线上，圆筒的直径为，转速为，银蒸汽分子在玻璃板上的落点与之间的弧长为，下列说法正确的是（　　） A．圆筒逆时针方向转动 B．落点越靠近处的银蒸汽分子速率越小 C．银蒸汽分子在筒内运动时间 D．银蒸汽分子的速率为 学科网（北京）股份有限公司 $