6.4 生活中的圆周运动 分层练习-2026-2027学年高一下学期物理人教版必修第二册

**基本信息** 分层清晰，基础巩固与能力提升并重，通过生活情境题培养物理观念与科学思维，助力新授课知识从单一理解到综合应用的进阶。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础巩固练|圆周运动基本概念、向心力来源、临界条件等单一知识点|以“飞车走壁”“火车转弯”等生活情境为载体，聚焦基础题型，强化物理观念的理解| |能力提升练|多物体系统、斜面/竖直面圆周运动、摩擦力与向心力综合应用|通过双物体圆盘运动、倾斜圆盘摩擦力分析等复杂情境，突出科学推理与模型建构能力|

6.4 生活中的圆周运动 分层练习 【基础巩固练】 1．如图所示，小物块随圆盘在水平面做匀速圆周运动，两者无相对运动，物块相对圆盘运动趋势方向为（　　） A．所在圆周切线方向 B．沿半径指向圆心 C．沿半径背离圆心 D．半径与圆周切线之间 2．有一种杂技表演叫“飞车走壁”，由杂技演员驾驶摩托车沿光滑圆形表演台的侧壁高速行驶，在水平面内做匀速圆周运动。图中粗线圆表示摩托车的行驶轨迹，轨迹离地面的高度为h。如果增大高度h，则下列关于摩托车的说法正确的是 （　　） A．对侧壁的压力FN不变 B．做圆周运动的周期T变小 C．做圆周运动的线速度v减小 D．做圆周运动的向心力F增大 3．冬奥会短道速滑比赛中运动员过弯道时可看做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A．此时运动员受到重力、支持力、摩擦力和向心力的作用 B．此时运动员受到重力、支持力、摩擦力和离心力的作用 C．此时运动员处于平衡状态 D．若转弯半径相同，速率越大，运动员越容易发生侧滑 4．在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。如图所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为，重力加速度为，两轨所在面的倾角为，则下列说法正确的是（    ） A．该弯道的半径 B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小需要改变 C．当火车速率大于时，内轨将受到轮缘的挤压 D．当火车速率大于时，火车一定会脱轨 5．过山车是一种机动游乐设施，常见于游乐园和主题乐园中。过山车可等效于竖直平面内的圆周运动。如图所示，可视为质点的过山车a在竖直平面内做圆周运动，圆周运动的半径为r，若过山车恰好能通过最高点，则在最高点时过山车的速度大小为（重力加速度为g）（　　） A．0 B． C． D． 6．如图所示，轻杆长为3L，在杆的A、B两端分别固定质量均为m的球A和球B，杆上距球A为L处的点O装在光滑的水平转动轴上，外界给予系统一定的能量后，杆和球在竖直面内转动，在转动的过程中，忽略空气的阻力。某时刻若球B运动到最高点，且B对杆恰好无作用力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．此时球B在最高点时的速度为 B．此时球B在最高点时的速度为0m/s C．此时杆对水平轴的作用力为1.5mg D．此时杆对水平轴的作用力为mg 7．如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是（    ） A．在竖直方向汽车受到三个力、重力和桥面的支持力和向心力 B．在竖直方向汽车受到三个力、重力和桥面的支持力、对桥面的压力 C．汽车对桥面的压力等于汽车的重力 D．汽车对桥面的压力小于汽车的重力 8．2022年我国航天员在空间站太空舱开设“天宫课堂”，课堂演示了“水油分离”实验。如图所示，用细绳系住装有水和油的瓶子，手持细绳的另一端，使瓶子在竖直平面内做圆周运动，则（　　） A．只要瓶子有速度，就能通过圆周的最高点，水油分离后，水在外侧 B．只要瓶子有速度，就能通过圆周的最高点，水油分离后，油在外侧 C．瓶子的速度需大于某一值才能通过圆周的最高点，水油分离后，水在外侧 D．瓶子的速度需大于某一值才能通过圆周的最高点，水油分离后，油在外侧 【能力提升练】 9．一圆盘可以绕其竖直轴在水平面内转动，圆盘半径为R，甲、乙两物体质量分别为M和，它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为压力的倍，两物体用一根长为L（）的轻绳连在一起，如图所示。若将甲物体放在转轴的位置，甲、乙之间的轻绳刚好沿半径方向被拉直，让圆盘角速度从0开始逐渐增大，两物体与圆盘不发生相对滑动，（两物体均可看作质点，重力加速度为g）则下列说法正确的是（　　） A．随着角速度增大的过程中，物块m受到的摩擦力先增加再逐渐减少 B．随着角速度增大的过程中，物块M始终受到摩擦力 C．则圆盘旋转的角速度最大不得超过 D．则圆盘旋转的角速度最大不得超过 10．如图所示，一竖直杆固定在木板上，轻质细线穿过光滑小圆环，两端系在杆上的A、B两点，使木板沿水平方向做匀变速直线运动，稳定时两段细线与竖直方向的夹角分别为、，已知上段细线中的张力大小为T，重力加速度为g，，，下列说法正确的是（　　） A．木板一定是向右运动 B．圆环的质量为 C．木板的加速度大小为g D．不论木板的加速度有多大，圆环的高度都不能超过B点 11．如图所示，汽车行驶时会遇到不同路况。图甲、乙中汽车分别在水平路面上、倾斜路面上拐弯，均可视为在水平面内做匀速圆周运动，图丙中汽车以恒定速率通过拱形桥。下列说法正确的是（     ） A．图甲中的汽车可能不受水平地面的摩擦力 B．图乙中的汽车可能由重力和支持力的合力来提供向心力 C．图乙中的汽车受到的合力方向垂直于倾斜路面向上 D．图丙中的汽车经过拱形桥最高点时处于超重状态 12．如图甲所示，质量为m的汽车A在倾角为α的路面上做匀速圆周运动，简化图如图乙所示，其中O为圆周运动的圆心，圆周在水平面内，重力加速度为g。当汽车以速率v行驶时，恰好没有侧滑的趋势，下列说法正确的是（　　） A．汽车在行驶过程中，受到重力、支持力、牵引力、阻力、向心力 B．汽车做圆周运动的半径 C．路面对汽车的支持力为 D．当汽车的速率大于v时，汽车受到侧向摩擦力的方向由B指向A 13．如图所示，水杯中放有一可视为质点的小球，某同学将轻绳一端固定在水杯开口处，另一端用手拉住，甩动手腕使水杯以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动，运动过程中小球始终紧贴杯底。已知小球离O点的距离为L，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（　　） A．小球过最高点时的速度可能为零 B．小球过最高点时的速度一定大于 C．小球过最高点时的向心加速度大小可能小于g D．小球过最高点时，绳子的拉力可能为零 14．杂技表演中，为了提高观赏性，摩托车手设计沿如图所示圆锥面的内壁做圆周运动，运动半径为，（假设摩托车视为质点）则（　　） A．摩托车越重越不容易实现圆锥面的内壁做圆周运动 B．摩托车无法实现在圆锥面的内壁做圆周运动 C．摩托车做圆周运动的角速度需要满足 D．摩托车做圆周运动时车胎橡胶与圆锥内表面间的动摩擦因数： 15．如图是有关圆周运动的基本模型，下列说法正确的是（     ） A．如图甲，汽车通过拱桥的最高点处于超重状态 B．如图乙所示是圆锥摆，减小，改变绳长但保持圆锥高度不变，则圆锥摆的角速度不变 C．如图丙，同一小球在光滑而固定的圆锥筒内的、位置先后分别做匀速圆周运动，则在位置小球所受筒壁的支持力大于在位置时的支持力 D．如图丁，火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对轮缘会有挤压作用 16．如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定转轴以恒定角速度ω匀速转动，盘面上离转轴2m处有一小物体（可视为质点）与圆盘始终保持相对静止，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，盘面与水平面间的夹角为30°，g=10m/s2，则（　　） A．若越大，则小物体在最高点处受到的摩擦力一定越大 B．小物体受到的摩擦力不可能背离圆心 C．若小物体与盘面间的动摩擦因数为，则的最大值是rad/s D．若小物体与盘面间的动摩因数为，则的最大值是0.5 rad/s 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 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C A D A B C D A D D 题号 11 12 13 14 15 16 答案 B C D D B C 1．C 【详解】物块做圆周运动的向心力由所受静摩擦力提供，物块相对圆盘有向外运动趋势，即运动趋势为沿半径背离圆心。 故选C。 2．A 【详解】A．做匀速圆周运动，设筒壁与水平面夹角为，根据受力分析可得，与h无关，A正确； B．根据，h变大，r变大，所以T变长了，B错误； C．根据，h变大，r变大，所以v变大了，C错误； D．根据向心力并没有变，D错误。 故选A。 3．D 【详解】AB．此时运动员受到重力、支持力、摩擦力的作用，故AB错误； C．此时运动员做圆周运动，具有向心加速度，不是平衡状态，故C错误； D．若转弯半径相同，速率越大，运动员越容易发生侧滑，故D正确。 故选D。 4．A 【详解】A．对火车受力分析可知 可得该弯道的半径，A正确； B．由上述分析可知，规定的行驶速度大小与火车的质量无关，即当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不需要改变，B错误； CD．当火车速率大于时，火车有做离心运动的趋势，则外轨将受到轮缘的挤压，但是火车不一定会脱轨，CD错误。 故选A。 5．B 【详解】过山车恰好能通过最高点，则在最高点时有 解得。 故选B。 6．C 【详解】AB．当球B运动至最高点时恰好对杆无作用力，则可知此时恰好由重力充当向心力，由牛顿第二定律有 解得 故AB错误； CD．由于球A与球B为同轴转动，根据 可知，此时A、B两球的线速度之比即为半径之比，由此可知此时A球的线速度为 设此时杆对A球的作用力为T，则对A球由牛顿第二定律有 解得 由于此时B球对杆恰好无作用力，则仅有A球对杆有作用力，因此此时球对杆的作用力大小为，则此时杆对水平轴的作用力为，故C正确，D错误。 故选C。 7．D 【详解】AB．在竖直方向汽车受到两个力，重力和桥面的支持力，两个力的合力充当圆周运动的向心力，故AB错误； CD．根据牛顿第二定律 可得 根据牛顿第三定律，汽车对桥面的压力可知汽车对桥面的压力，小于汽车的重力，故C错误，D正确。 故选D。 8．A 【详解】在空间中所有物体均处于完全失重状态，瓶子做圆周运动的向心力全部由细绳提供，所以只要瓶子有速度，就会使绳子产生弹力而处于绷紧状态，瓶子就能通过圆周的最高点。而水的密度较大，单位体积的水的质量较大，当水和油未分离时，二者做圆周运动的角速度相同和半径相同，根据可知水所需的向心力较大，比油更易做离心运动进而运动至外侧。 故选A。 9．D 【详解】AB．随着角速度的增大的过程中，开始阶段物块m受到的摩擦力随角速度增加摩擦力增加，当达到最大静摩擦时，细绳开始出现拉力，物块M开始受到摩擦力，则此后随角速度增加，物块m受摩擦力不变，则随着角速度的增大的过程中，物块m受到的摩擦力先增加再不变，AB错误； CD．当角速度最大时，对M满足 对m满足 解得圆盘旋转的角速度 即最大不得超过，C错误，D正确。 故选D。 10．D 【详解】ABD．摩托车在竖直面内的受力分析，如图所示 摩托车在竖直面内平衡，由平衡条件得 摩托车在水平面内做圆周运动，根据牛顿第二定律，有 联立可得， 其中 所以可得 可见摩托车的重量与实现圆锥面的内壁做圆周运动的难易程度无关，摩托车可以实现圆锥面的内壁做圆周运动，故AB错误，D正确； C．摩托车做圆周运动需要满足 则有 解得 故C错误。 故选D。 11．B 【详解】A．图甲中汽车在水平路面上做匀速圆周运动，竖直方向上重力与支持力平衡，水平方向上只有地面对汽车的静摩擦力能够提供向心力，根据牛顿第二定律有 由于汽车的速度，所以，汽车必定受到水平地面的摩擦力，故A错误； B．图乙中汽车在倾斜路面上转弯，当汽车速度合适时，可以不受摩擦力，设倾斜路面与水平面的夹角为，支持力为，在竖直方向和水平方向分别有， 联立解得 因此当汽车速度满足时，重力和支持力的合力恰好提供向心力，故B正确； C．图乙中汽车在水平面内做匀速圆周运动，其加速度方向沿水平方向指向圆心，所以汽车受到的合力方向也沿水平方向指向圆心，而不是垂直于倾斜路面向上，故C错误； D．图丙中汽车经过拱形桥最高点时，向心加速度方向竖直向下，设桥面对汽车的支持力为，根据牛顿第二定律有 解得 汽车对桥面的压力小于自身重力，处于失重状态，故D错误。 故选B。 12．C 【详解】A．汽车在圆轨道上做圆周运动，受到重力、支持力、牵引力、阻力，向心力是合力的作用效果，故A错误； B．汽车在路面上刚好没有侧向摩擦力时的受力分析如图所示 根据牛顿第二定律有 解得，故B错误； C．根据上述分析，由几何知识可得，路面对汽车的支持力， 故C正确； D．当汽车的速率大于v时，汽车有向外运动的趋势，此时汽车受到的侧向摩擦力的方向由A指向B，故D错误。 故选C。 13．D 【详解】AB．对小球受力分析有 所以小球过最高点时的速度一定大于等于，故AB错误； C．小球过最高点时有 所以 故C错误； D．小球和水杯看成整体，在最高点绳中的拉力最小为零，此时速率最小，即绳所受的弹力一定大于零或等于零，故D正确。 故选D。 14．D 【详解】A．图a中，拱形桥半径为，在最高点当车对桥面的压力为零时，只有重力提供向心力，由牛顿第二定律 解得 此后车具有水平方向初速度、只受重力，将做平抛运动，故A正确，不符合题意； B．图b中，在固定圆锥筒（内壁光滑）内做匀速圆周运动的小球，仅受重力、弹力。重力、弹力的合力提供向心力，故B正确，不符合题意； C．图c中，在竖直平面内绕绳端做圆周运动的小球，运动到最高点时杆的支持力和重力大小相等，方向相反，合外力为0，则速度为0，故C正确，不符合题意； D．图d中，火车以大于规定速度经过外轨高于内轨的弯道时，火车受到的重力、支持力的合力不足以提供火车做圆周运动所需的向心力，火车有离心的趋势，故外轨对火车轮缘有侧压力，故D错误，符合题意。 故选D。 15．B 【详解】A．汽车在最高点，对汽车受力分析，根据牛顿第二定律可得 解得 因此，汽车处于失重状态，故A错误； B．如图乙所示的圆锥摆，由重力和拉力的合力提供向心力，则有 解得 可见，减小，但保持圆锥的高不变；则圆锥摆的角速度不变，故B正确； C．设圆锥的顶角的一半为，对小球受力分析，竖直方向，根据平衡条件可得解得 因此，位置小球所受筒壁的支持力等于在位置时的支持力，故C错误； D．火车拐弯时超过规定速度行驶时，由于支持力和重力的合力不够提供向心力，会对外轨产生挤压，即外轨对轮缘会有挤压作用，故D错误。 故选B。 16．C 【详解】AB．小物体在最高点时，由牛顿第二定律得 解得 当时， 当时，，即摩擦力方向背离圆心，越大，则小物体受到摩擦力越小；时，，即摩擦力方向指向圆心，越大，则小物体受到的摩擦力越大；故AB错误； CD．小物体在最低点摩擦力达到滑动摩擦力时，此时圆盘转动的角速度最大，由牛顿第二定律得 将，代入上式，得最大角速度 故C正确，D错误； 故选C。 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 $