第4章　专题强化5　圆周运动的临界问题 课件 -2026届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“圆周运动的临界问题”专题，覆盖水平面、竖直面、斜面上三类核心考点，依据高考评价体系梳理临界条件（最大静摩擦力、弹力为零等），分析摩擦力、绳杆作用等高频考向，归纳典型题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于“考点分类突破+真题实例解析+素养导向训练”，如水平转盘物体临界角速度计算，通过受力分析结合牛顿定律建立方程，培养科学思维（模型建构、科学推理），提供临界条件判断技巧，助力学生掌握解题方法，教师可据此高效组织复习，提升备考效果。

专题强化五　圆周运动的临界问题 1 水平面内圆周运动的临界问题 (能力考点·深度研析) 1．题型概述 物体做圆周运动时，若物体的速度、角速度发生变化，会引起某些力(如拉力、支持力、摩擦力)发生变化，进而出现某些物理量或运动状态的突变，即出现临界状态。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．常见的临界情况 (1)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盘间恰好达到最大静摩擦力。 (2)物体间恰好分离的临界条件是物体间的弹力恰好为零。 (3)绳的拉力出现临界条件的情形有：绳恰好拉直意味着绳上无弹力；绳上拉力恰好为最大承受力等。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3．分析方法 分析圆周运动临界问题的方法是让角速度或线速度从小逐渐增大，分析各量的变化，找出临界状态。确定了物体运动的临界状态和临界条件后，选择研究对象进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　摩擦力作用下的临界问题 如图所示，放置在水平转盘上的物体A、B、C能随转盘一起以角速度ω匀速转动，A、B、C的质量分别为m、2m、3m，它们与水平转盘间的动摩擦因数均为μ，离转盘中心的距离分别为0.5r、r、1.5r，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，则要使物体与转盘间不发生相对运动，转盘的角速度应满足的条件是( ) B 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 解决临界问题的注意事项 (1)先确定研究对象受力情况，看哪些力提供向心力，哪些力可能突变引起临界问题。 (2)注意分析物体所受静摩擦力大小和方向随转盘转速的变化而发生的变化。 (3)关注临界状态，即静摩擦力达到最大值时。物体随转盘转动，静摩擦力提供向心力，随转速的增大，静摩擦力增大，当达到最大静摩擦力时开始滑动，出现临界情况，此时对应的角速度为临界角速度。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　绳子拉力作用下的临界问题 (多选)如图所示，水平杆固定在竖直杆上，两者互相垂直，水平杆上O、A两点连接有两轻绳，两绳的另一端都系在质量为m的小球上，OA＝OB＝AB，现通过转动竖直杆，使水平杆在水平面内做匀速圆周运动，三角形OAB始终在竖直平面内，若转动过程OB、AB两绳始终处于拉直状态，则下列说法正确的是( ) BC 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向3　接触面上弹力作用下的临界问题 A 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2 竖直面内圆周运动的临界问题 (能力考点·深度研析) 1．运动特点 (1)竖直面内的圆周运动一般是变速圆周运动。 (2)只有重力做功的竖直面内的变速圆周运动机械能守恒。 (3)竖直面内的圆周运动问题，涉及知识面比较广，既有临界问题，又有能量守恒问题，要注意物体运动到圆周的最高点的速度。 (4)一般情况下，竖直面内的圆周运动问题只涉及最高点和最低点两种情形。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．竖直面内圆周运动的两种模型 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 分析竖直面内圆周运动问题的思路 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　单球轻杆模型 如图所示，有一个半径为R的内壁光滑的圆管道(管壁厚度可忽略)。现给小球一个初速度，使小球沿管道在竖直面内做圆周运动。关于小球在最高点的速度v，下列叙述中正确的是(小球可看成质点)( ) C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向3　双球轻杆模型 如图，轻杆长2l，中点装在水平轴O上，两端分别固定着小球A和B(均可视为质点)，A球质量为m，B球质量为2m，重力加速度为g，两者一起在竖直平面内绕O轴做圆周运动。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)若A球在最高点时，杆的A端恰好不受力，求此时B球的速度大小； (2)若B球到最高点时的速度等于第(1)问中的速度，求此时O轴的受力大小和方向； (3)在杆的转速逐渐变化的过程中，能否出现O轴不受力的情况？若不能，请说明理由；若能，求出此时A、B球的速度大小。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 可得FTOA′＝2mg 根据牛顿第三定律，O轴所受的力大小为2mg，方向竖直向下。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)要使O轴不受力，根据B的质量大于A的质量，设A、B的速度为v，可判断B球应在最高点 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3 斜面上圆周运动的临界问题 (能力考点·深度研析) 1．题型简述：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、杆控制等，物体的受力情况和所遵循的规律也不相同。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．解题关键——重力的分解和视图 物体在斜面上做圆周运动时，设斜面的倾角为θ，重力垂直斜面的分力与物体受到的支持力相等，解决此类问题时，可以按以下操作，把问题简化。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　斜面上摩擦力作用下的临界问题 如图，有一倾斜的匀质圆盘(半径足够大)，盘面与水平面的夹角为θ，绕过圆心并垂直于盘面的转轴以角速度ω匀速转动，有一物体(可视为质点)与盘面间的动摩擦因数为μ(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，重力加速度为g。要使物体能与圆盘始终保持相对静止，则物体与转轴间最大距离为( ) C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 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。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　斜面上绳作用下的临界问题 如图所示，在倾角为θ的足够大的固定斜面上，一长度为L的轻绳一端固定在O点，另一端连着一质量为m的小球(视为质点)，可绕斜面上的O点自由转动。现使小球从最低点A以速率v开始在斜面上做圆周运动，通过最高点B。重力加速度大小为g，轻绳与斜面平行，不计一切摩擦。下列说法正确的是( ) C 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 D．小球通过A点时的速度越大，此时斜面对小球的支持力越大 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向3　斜面上轻杆作用下的圆周运动的临界问题 如图所示，在倾角为α＝30°的光滑斜面上，有一根长为L＝0.8 m的轻杆，一端固定在O点，另一端系一质量为m＝0.2 kg的小球，沿斜面做圆周运动。g取10 m/s2。若要小球能通过最高点A，则小球在最低点B的最小速度是( ) A 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 A．ω≤ B．ω≤ C．ω≤ D．≤ω≤ [解析]　当物体与转盘间不发生相对运动，并随转盘一起转动时，转盘对物体的静摩擦力提供向心力，当转速较大时，物体转动所需要的向心力大于最大静摩擦力，物体就相对转盘滑动，即临界方程是μm′g＝m′ω2l，所以质量为m′、离转盘中心的距离为l的物体随转盘一起转动的条件是ω≤，即ωA≤，ωB≤，ωC≤，所以要使三个物体都能随转盘转动且不发生相对运动，转盘的角速度应满足ω≤，选项B正确。 A．OB绳的拉力范围为0～mg B．OB绳的拉力范围为mg～mg C．AB绳的拉力范围为0～mg D．AB绳的拉力范围为0～mg [解析]　转动的角速度为0时，OB绳的拉力最小，AB绳的拉力最大，这时两者的值相同，设为T1，则2T1cos 30°＝mg，T1＝mg，增大转动的角速度，当AB绳的拉力刚好等于0时，OB绳的拉力最大，设这时OB绳的拉力为T2，则T2cos 30°＝mg，T2＝mg，因此OB绳的拉力范围为mg～mg，AB绳的拉力范围为0～mg，故BC两项正确。 如图所示为一固定在水平地面上的光滑圆锥，其竖直方向上的轴线与母线之间的夹角θ＝30°，在圆锥体的顶端用长为l的细线悬挂一个质量为m的小球，使小球绕圆锥体轴线在水平面做匀速转动，测得细绳的拉力为mg，重力加速度为g，则小球匀速圆周运动的角速度ω为( ) A. B． C. D． [解析]　当小球刚要离开圆锥体的时，受力如图1所示，绳子拉力为F′T＝＝>mg，可知小球还受到支持力，受力如图2所示，在水平方向则有FTsin θ－FNcos θ＝mω2·lsin θ，在竖直方向则有FTcos θ＋FNsin θ＝mg，解得ω＝。故A正确，B、C、D错误。 轻绳模型 轻杆模型 模型图示 有支撑的小球 轻绳模型 轻杆模型 弹力特征 小球受到的弹力可能向下，也可能等于零 小球受到的弹力可能向下，可能向上，也可能等于零 受力示意图 力学方程 mg＋FT＝m mg±FN＝m 轻绳模型 轻杆模型 临界特征 FT＝0，mg＝m，v＝ F向＝0，FN＝mg，v＝0 v＝的意义 v＝，球恰过最高点； v>，球所受弹力向下； v<，球不能达到最高点 v＝，球所受弹力为零； v>，球所受弹力向下； v<，球所受弹力向上 A．v的最小值为 B．v由0逐渐增大，管道对小球的弹力逐渐增大 C．当v由逐渐增大时，管道对小球的弹力逐渐增大 D．当v由在逐渐减小时，管道对小球的弹力逐渐减小 [解析]　在最高点时，因为管道内壁可以提供支持力，则最高点的最小速度可以为0，故A错误；在最高点时，若v<，此时管道内壁对小球有弹力FN，根据牛顿第二定律得mg－FN＝m，且随着速度的增大，弹力FN逐渐减小，随着速度的减小，管道对小球的弹力FN逐渐增大，故B、D错误；在最高点时，若v>，管道外壁对小球有弹力FN′，根据牛顿第二定律得mg＋FN′＝m，且随着速度的增大，弹力FN′在逐渐增大，故C正确。 [解析]　(1)A在最高点时，对A根据牛顿第二定律得mg＝m， 解得vA＝， 因为A、B两球的角速度相等，半径相等， 则vB＝vA＝。 (2)B在最高点时，对B根据牛顿第二定律得2mg＋FTOB′＝2m 代入(1)中的vB，可得FTOB′＝0 对A有FTOA′－mg＝m 对B有FTOB″＋2mg＝2m 对A有FTOA″－mg＝m O轴不受力时有FTOA″＝FTOB″ 联立可得v＝ 所以当A、B球的速度大小为时，O轴不受力。 [答案]　(1)　(2)2mg　方向竖直向下　(3)能；当A、B球的速度大小为时，O轴不受力 A. B． C.g D．g [解析]　由题意易知临界条件是物体在圆盘上转到最低点受到的静摩擦力最大，由牛顿第二定律得μmgcos θ－mgsin θ＝mω2r，解得r＝g，故A、B、D错误，C正确。 A．小球通过B点时的最小速度可以小于 B．小球通过A点时的加速度为gsin θ＋ C．若小球以的速率通过B点时突然脱落而离开轻绳，则小球到达与A点等高处时与A点间的距离为2L [解析]　小球通过最高点B时，当绳的拉力为零时速度最小，即mgsin θ＝，最小速度vmin＝，故A错误；小球在A点受重力、斜面的支持力以及绳的拉力，沿斜面方向有F－mgsin θ＝＝maA，可得aA＝，故B错误；若小球以的速率通过B点时突然脱落而离开轻绳，则小球在斜面上做类平抛运动，在平行于斜面底边方向做匀速直线运动，在垂直于斜面底边方向做初速度为零的匀加速直线运动， 故s水平＝vBt＝·t,2L＝at2，其中a＝gsin θ，联立解得s水平＝2L，即小球到达与A点等高处时与A点间的距离为2L，故C正确；斜面对小球的支持力始终等于重力沿垂直于斜面方向的分力，与小球的速度大小无关，故D错误。 A．4 m/s B．2 m/s C．2 m/s D．2 m/s [解析]　小球受轻杆控制，在A点的最小速度为零，由动能定理得2mgLsin α＝mv，可得vB＝4 m/s，A正确。 $