微专题05 微辨临界・圆周运动的临界情景 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

微专题05 微辨临界・圆周运动的临界情景专项训练 〖组卷模式：学情+考情+口诀+最新试题〗 情景 01 水平面圆周临界情景 1 情景 02 竖直面圆周临界情景 13 情景 03 倾斜面圆周临界情景 26 情景 04 三维空间圆周临界情景 39 情景 01 水平面圆周临界情景 学情：易混淆静摩擦力的方向，分不清最大静摩擦对应的临界转速，常错把向心力当成额外新增的力。 考情：高考选择题高频模型，圆盘上物体转动、水平转盘临界打滑，考查向心力来源与极值分析。 口诀：盘面转动靠静摩，转速增大力上挪。临界滑出极值点，合力充当向心力。 1．制作陶瓷时，在水平面内匀速转动的台面上有一些陶屑。假设陶屑与台面间的动摩擦因数均相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。将陶屑视为质点，则（　　） A．离转轴越近的陶屑质量越大 B．离转轴越远的陶屑质量越大 C．陶屑只能分布在台面的边缘处 D．陶屑只能分布在一定半径的圆内 【答案】D 【详解】与台面相对静止的陶屑做匀速圆周运动，静摩擦力提供向心力，当静摩擦力为最大静摩擦力时，根据牛顿第二定律可得 解得 因与台面相对静止的这些陶屑的角速度相同，由此可知能与台面相对静止的陶屑离转轴的距离与陶屑质量无关，只要在台面上不发生相对滑动的位置都有陶屑。μ与ω均一定，故为定值，即陶屑离转轴最远的陶屑距离不超过，即陶屑只能分布在半径为的圆内。故ABC错误，故D正确。 故选D。 2．（2026·山东青岛·一模）如图甲所示为某离心分离装置示意图，水平转台可在电机的带动下绕过圆心的竖直轴转动。开始时将质量为1kg的物块静置于转台上，物块到转台圆心O的距离为1m，时刻启动电机，转台由静止开始加速转动，其角速度与时间关系图像如图乙所示，物块与转台间的动摩擦因数，重力加速度，则物块能随转台一起转动（相对转台静止）的时间为（　　） A． B．1s C． D． 【答案】C 【详解】由图乙结合可知，物块随转台加速转动时的线速度大小变化情况为 则物块沿切向方向的加速度大小为 根据牛顿第二定律可得，物块沿切向方向的静摩擦力大小为 则物块指向圆心的最大静摩擦力大小为 当物块受的摩擦力为最大静摩擦力时，物块能随转台一起转动达到最大的角速度，此时根据牛顿第二定律可得 解得 由乙图可知，此时物块能随转台一起转动（相对转台静止）的时间为。 故选C。 3．（2026·湖北恩施·二模）如图所示，一半径为R的光滑圆环竖直放置，AB为其竖直直径。一根细绳一端固定在A点，另一端连接一个质量为m的小球，小球套在圆环上并处于静止状态，细绳与AB夹角为30°。圆环现以角速度绕AB轴匀速转动，重力加速度为g，保证小球的位置不动，则（　　） A．小球一定受三个力的作用 B．绳中拉力为0时， C．圆环对小球的弹力为0时， D．若小球不相对圆环滑动，则不超过 【答案】B 【详解】解析：初始状态时，小球受重力、拉力和圆环弹力的作用，当圆环以角速度ω匀速转动，由正交分解可得： 水平方向： 竖直方向： 解得： 当时，支持力为0，故C错误； 当时，细绳拉力为0，故B正确 ； 当 ，小球不滑动，故D错误； ，支持力沿半径向外； ，支持力沿半径向内。 故选B。 4．如题图甲和乙所示， 在竖直平面内建立直角坐标系，使形或抛物线形状的光滑杆顶点和对称轴分别与坐标系原点和轴重合。图甲中的形杆和图乙中的抛物线杆对应的方程分别为和。一光滑小圆环 （可视为质点） 套在杆上，两杆均可绕轴做匀速圆周运动。若杆转动的角速度大小取某个特殊值，小圆环能在杆上任意位置相对杆静止，则满足该要求的杆和转动的角速度是（已知在某点切线的斜率与该点横坐标的关系为，取。）（　　） A．形杆， B．抛物线杆， C．形杆， D．抛物线杆， 【答案】D 【详解】如图所示 在水平和竖直方向建立坐标系。设小圆环的横坐标为x，作出该点的切线并设切线与x轴的夹角为，有 在水平和竖直方向分别有， 联立解得 可知与小圆环对应的横坐标无关，故D选项符合题意。 故选D。 5．（25-26高三上·云南昆明·阶段检测）如图所示，质量均为m的A、B两个物块（均可视为质点），用一根不可伸长的轻绳连在一起，轻绳经过水平圆盘圆心的竖直线，开始时轻绳恰好拉直但无拉力，A、B两物块的转动半径为。A和B一起随圆盘绕竖直中心轴转动，转动角速度从零开始缓慢增大，直到两物块相对圆盘运动为止。它们与圆盘间的动摩擦因数均为，取最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，则（　　） A．当圆盘的角速度小于时，绳中有拉力 B．当圆盘的角速度大于时，绳中有拉力 C．当圆盘的角速度等于时，物块A受到的摩擦力为零 D．当圆盘的角速度等于时，物块A和B相对圆盘向A的一侧发生相对滑动 【答案】BC 【详解】AB．物块随圆盘转动，静摩擦力提供向心力。由于B的半径大，根据可知，B需要的向心力大，故B先达到最大静摩擦力。当B的静摩擦力达到最大值时，绳子即将产生拉力，此时有 解得临界角速度 当时，绳中有拉力；当时，绳中无拉力，故A错误，B正确。 C．当圆盘的角速度等于时，绳中有拉力。对B分析，由牛顿第二定律得 解得 对A分析，需要的向心力 此时绳子对A的拉力恰好提供A所需的向心力，故A受到的摩擦力为零，故C正确； D．当角速度继续增大，A受到的摩擦力方向变为指向圆外（背离圆心）。当A的摩擦力也达到最大值时，两物块即将相对滑动。对A有 对B有 联立解得 此时若角速度再增大，B做离心运动（向B侧滑动），A在绳子拉力作用下向圆心运动（也是向B侧滑动），故整体向B的一侧发生相对滑动，故D错误。 故选BC。 6．（2025·广东深圳·一模）一根轻质细线一端系一可视为质点的小球，细线另一端固定在一光滑圆锥顶上，如图1所示，设小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为，线的张力随变化的图像如图2所示（图中数值单位均为国际单位），取。下列说法正确的是（　　） A．细线的长度为1m B．细线的长度为0.5m C．小球的质量为2kg D．小球的质量为3kg 【答案】BC 【详解】设线长为L，锥体母线与竖直方向的夹角为，当时，绳子的张力 当圆锥对小球的支持力为0时，角速度 此时 代入图中数据解得， 故选BC。 7．如图甲为火车过铁轨弯道时的情景，轨道的正视图如图乙所示。已知此处内外铁轨高度差为h，内外轨道的水平距离为d，火车转弯的轨道半径为R，火车的质量为m，火车速度为v，不考虑火车长度对受力情况造成的影响。下列说法正确的是（　　） A．当时，火车对内外轨道没有侧向挤压 B．当时，火车对内轨道有侧向挤压 C．火车受到的轨道对它的作用力大小为 D．当时，火车轮缘受到的侧向挤压力大小为 【答案】AC 【详解】AC．火车对内外轨道没有侧向挤压时，火车受到轨道对火车的支持力N和重力G的合力提供向心力。支持力N的方向垂直轨道平面，轨道平面倾斜角，则有 ， 竖直方向受力平衡，则有 水平方向合力提供向心力，则有 联立得 此时列车轮缘不会挤压内、外轨道，火车受到的轨道对它的作用力大小为，故AC正确； B．当时，所需向心力增大，仅支持力水平分力不足以提供火车转弯所需向心力，火车会挤压外轨以获得额外向心力，而非内轨，故B错误； D．当时，火车轮缘受到的侧向挤压力大小不是定值，和v有关。故D错误。 故选AC。 8．如图所示，叠放在水平转台上的物体、及物体能随转台一起以角速度匀速转动，物体、、的质量分别为2m、m、m，各接触面间的动摩擦因数都为，物体和离转台中心的距离分别为和。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物体、、均可视为质点，重力加速度大小为，下列说法正确的是（　　） A．物体对物体的摩擦力可能为 B．物体对物体的摩擦力为 C．转台的角速度需要满足 D．若转台的角速度缓慢增大，则最先滑动的是物体 【答案】AC 【详解】C．对物体C，最大静摩擦力提供向心力 解得 故转台角速度需满足，C正确； A．物体A做圆周运动的向心力由B对A的静摩擦力提供，即 当时， 此角速度小于C的最大允许角速度，故摩擦力可能为，A正确； B．物体B对A的摩擦力应为A的向心力，而非，B错误； D．C的最大允许角速度最小，故角速度增大时最先滑动的是C，D错误； 故选AC。 9．（2026·陕西西安·一模）如右图所示，三个物体、和放在水平圆盘上，用两根不可伸长的轻绳分别连接、和、。物体、、与圆心距离分别为、和，已知，，物体、、在一条过圆心的直线上且与圆盘间的动摩擦因数均为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当圆盘以不同角速度绕过圆心的轴匀速转动时，、之间绳中弹力和、之间绳中弹力随的变化关系如下图所示，取，下列说法正确的是（　　） A．物体的质量 B．物体与圆心距离 C．当角速度为时，圆盘对的静摩擦力大小为 D．当角速度为时，、即将与圆盘发生相对滑动 【答案】AD 【详解】A．对物块A分析，根据牛顿第二定律 可得 由图像可得， 解得，，故A正确； B．由图乙可知，B、C绳中先出现弹力，根据 当时， 当时， 代入数据解得，，故B错误； C．当角速度为时， 由图可知 A、B与B、C间绳的拉力均为1N，对B只有摩擦力提供向心力有，故C错误； D．根据题图可得， A、B即将与圆盘发生滑动时，满足 代入、可得 解得为，故D正确。 故选AD。 10．（2026·福建·模拟预测）如图所示，水平圆盘可绕通过其中心O的竖直轴转动，圆盘半径，离水平地面高度，在圆盘边缘放置一质量的小物块，物块与圆盘间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知重力加速度大小g取，空气阻力不计，圆盘从静止开始缓慢加速转动，求： (1)物块恰与圆盘发生相对滑动时圆盘角速度的大小； (2)物块滑离圆盘后在空中运动的时间； (3)物块落地点与O点正下方地面上点的距离。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）物块与圆盘刚好相对滑动时，有 解得 （2）物块在空中平抛运动，满足 解得 （3）平抛速度 水平位移 落地点与距离 联立解得 11．如图所示，倾角的斜面体固定在可以绕竖直轴转动的水平转台上，斜面最低点在转轴OO1上，质量均为m=1kg、可视为质点的两个小物块P、Q随转台一起匀速转动，P、Q到转轴OO1的距离均为0.4m，P与转台之间的动摩擦因数为0.5，Q与转台之间的动摩擦因数为0.8，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。转台转动时，P、Q均与转台保持相对静止，求： (1)当P不受摩擦力时转台的角速度； (2)转台角速度的最大值； (3)Q所受摩擦力的变化范围。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）当P不受摩擦力时对P受力分析如图所示 根据牛顿第二定律有 代入数据解得 （2）当P受到的摩擦力达到最大且方向沿斜面向下时，假设此时Q与转台保持相对静止，设此时的角速度为ω1，对P根据牛顿第二定律有， 联立代入数据解得 这时Q的向心力大小为 Q与转台之间的最大静摩擦力为 说明此时Q已经和转台发生了相对滑动，所以转台的最大角速度为ωm 对Q根据牛顿第二定律有 解得 （3）当P受到斜面的摩擦力方向沿斜面向上且达到最大静摩擦力时，转台的角速度最小，设为ω'，对P受力分析，如下图所示 根据牛顿第二定律有， 联立代入数据解得 此时Q受到的摩擦力大小为 所以Q受到的摩擦力大小范围为。 12．如图所示，水平圆形转台能绕过圆心的竖直转轴转动，转台半径，在转台的边缘叠放物体A、B（均可看作质点），A、B之间的动摩擦因数，B与转台之间动摩擦因数，且，，（取）求： (1)若开始的时候转台边缘只放上了B物体，求随着转速的增加，B物体即将发生滑动时所对应的角速度； (2)当物体A、B叠放在一起的时候，转台以匀速转动，如图甲，求此时转台对B的摩擦力大小； (3)现用一根长的轻绳将B、C相连，轻绳能够承受的最大拉力为，C物体（可看作质点）的质量，在让转台从静止缓慢加速转动至的过程中，如图乙，求转台对B的摩擦力第一次发生突变时的角速度，并写出突变后转台对B的摩擦力与角速度的函数关系。 【答案】(1)(2)(3)；当时，；当时，，方向均指向圆心。 【详解】（1）B物体即将发生滑动时，最大静摩擦力提供向心力，即 解得 （2）设A、B发生相对滑动时角速度，则对A： 解得 因此当时，A、B相对静止，整体质量 整体所需向心力由转台对B的摩擦力提供。由牛顿第二定律得 （3）设C运动时绳与竖直方向夹角为，则C的轨道半径为 设转台角速度，缓慢加速。对C：竖直方向和水平方向分别有， 解得， 绳的最大拉力，此时 即 代入 解得，故当时绳断，这是转台对B的摩擦力第一次突变。 因此时，对B： 当时，A、B开始相对滑动，此后A离开B，这是转台对B的摩擦力第二次突变。 因此时，对B： 解得 综上突变后转台对B的摩擦力：当时，；当时，，方向均指向圆心。 情景 02 竖直面圆周临界情景 学情：绳模型、杆模型临界条件极易混淆，最高点容易错误认为速度必须大于零，忽略弹力方向变化。 考情：高考核心热点，多选、计算题都可出现，重点考查最高点临界速度、弹力突变。 口诀：竖直圆周分杆绳，最高点处判临界。绳有最小杆可为零，受力分解定向心。 13．（2025·山东济南·二模）如图所示，竖直圆形光滑轨道固定在水平地面上，右侧为管状结构，左侧为单层，外圆半径为R。将质量为m的小球置于轨道最高点，给小球一个轻微的扰动，让小球从右侧由静止滑下。已知管的内径略大于小球直径，且远小于外圆半径，重力加速度为g。关于小球的运动，下列说法正确的是（　　） A．小球一定能够回到轨道最高点 B．小球运动过程中对轨道的最大压力为6mg C．小球脱离轨道时的速度大小为 D．小球脱离轨道时离地面的高度为 【答案】D 【详解】A．小球从最高点滑下，由于轨道光滑，机械能守恒；当小球滑到最低点时，重力势能完全转化为动能，再从最低点上升时，动能逐渐转化为重力势能。由机械能守恒可知小球能后回到最高点速度减为零；但是小球在左侧单层轨道上运动时，会在中途脱离轨道导致无法回到最高点，故A错误； B．小球在最低点时速度最大，对轨道的压力也最大。根据机械能守恒，从最高点到最低点的过程满足 解得 在最低点，小球受到的向心力由轨道的支持力N和重力提供 解得 由牛顿第三定律可知小球对轨道的最大压力为，故B错误； C．小球在左侧单层轨道上运动时，当重力不足以提供向心力时，小球会脱离轨道。设小球脱离轨道时与竖直方向的夹角为，此时小球的速度为，满足 从最高点到脱离点，根据机械能守恒 解得 故C错误； D．小球脱离轨道时，与竖直方向的夹角满足 此时小球离地面的高度为 故D正确。 故选D。 14．（2025·辽宁·三模）如图所示，有一质量为m的小球在竖直固定的光滑圆形管道内运动，管径略大于小球的直径，小球的直径远小于内侧管壁半径R。A、C为管道的最高点和最低点，B为管道上与圆心等高的点，D为管道上的一点，且D与圆心连线和水平方向夹角为45°，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．若小球在A点的速度大小为，则外侧管壁对小球有作用力 B．若小球在B点的速度大小为，则内侧管壁对小球有作用力 C．若小球在C点的速度大小为，则小球对管道的内外壁均无作用力 D．若小球在D点的速度大小为，则外侧管壁对小球有作用力 【答案】D 【详解】A．若小球在A点的速度大小为，则小球在A点只受重力，管壁对小球无作用力，故A错误； B．在B点，外侧管壁对小球的作用力提供小球做圆周运动的向心力，且有 故B错误； C．在C点，小球受向下的重力和竖直向上的弹力，该弹力为外壁对小球的作用力，且有 解得 故C错误； D．在D点时，若只受重力，则 解得 由于，故外侧管壁对小球有指向圆心的作用力，故D正确。 故选D。 15．如图所示，轻杆长3L，在杆两端分别固定质量为m的球A和质量为2m的球B，水平转轴穿过杆上距球A为L处的O点，在转轴带动下轻杆在竖直平面内绕O点匀速转动。某时刻轻杆处于竖直方向且转轴在竖直方向上恰好不受杆的作用力，重力加速度为g，转轴转动的角速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据圆周运动的杆模型和牛顿第二定律由向心力公式Fn=mrω2可知，质量为2m的小球所需的向心力更大，转轴恰好不受杆的作用力，则质量为m的小球在最低点，质量为2m的小球在最高点，设杆的弹力大小为F，在最低点处，根据牛顿第二定律得F-mg=mω2L 在最高点处，根据牛顿第二定律得F+2mg=2mω2•2L 解得 故选B。 16．（2026·湖北·高考真题）如图所示，半径为、内壁光滑的圆环轨道固定在竖直平面内。初始时刻，质量为 的小球甲从圆环内表面最高处以大小为（为重力加速度大小）的水平初速度向右运动，同时质量为的小球乙从圆环内表面最低处以某一水平初速度向左运动。当甲第一次运动到圆环最低点时，乙恰好第一次运动到圆环最高点。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．乙的初速度大小为 B．甲、乙两小球运动的周期相等 C．任意时刻两小球的连线均过圆环圆心 D．任意时刻两小球对圆环作用力的合力均不为零 【答案】BD 【详解】A．根据题意当甲第一次运动到最低点时，乙恰好第一次运动到圆环最高点，根据对称性可知，乙的初速度大小等于甲到达最低点时的速度大小，故乙在最高点时的速度大小等于，设乙球在最低处时速度为，由机械能守恒得 解得，故A错误； B．根据题意当甲第一次运动到最低点时，乙恰好第一次运动到圆环最高点，根据对称性可知，球从最高点到最低点和从最低点到最高点的时间相等，故甲乙两球运动的周期相等，故B正确； CD．分析可知，甲从最高点运动到最低点，速度大小从增大到，乙从最低点到最高点，速度大小从减小到，从初始时刻取一很短时间，甲经过的弧长短，乙经过的弧长长，转过的角度不同，故不可能任意时刻两小球的连线均过圆心；故C错误； D．根据前面分析可知除两球分别在最高点和最低点时两球连线经过圆心，其它位置均不满足两小球的连线过圆心，乙球在最高点和最低点时，分别有， 解得， 甲球在最低点和最高点时，分别有， 解得， 根据牛顿第三定律可知乙球在最高点时对圆环的作用力大小为，此时甲球在最低点对圆环的作用力大小为；当乙球在最低点时对圆环的作用力大小为，此时甲球在最高点对圆环的作用力大小为，故这两个位置两球对圆环的作用力的合力不为零，结合前面分析其它位置均不满足两小球的连线过圆心，即其它位置两球对圆环的作用力不共线，故合力不可能为零，故对任意时刻两小球对圆环作用力的合力均不为零，故D正确。 故选BD。 17．（2025·山东青岛·三模）如图所示，半径为R的光滑球固定在水平面上的A点，球上B点与球心O等高，C点位于A点正上方，水平面上距A点x处的P点与O、A在同一竖直面内。在POA面内将小球从P点以某一速度抛出，要使小球能够到达球的右侧，下列说法正确的是（　　） A．小球抛出的最小速度为 B．若小球恰好从C点掠过球面，则抛出的最小速度为 C．若，小球恰好从C点掠过球面，则抛出速度大小为 D．小球抛出后可从圆弧B点以上任一点切入球面，沿球面到达右侧 【答案】ABC 【详解】A．当小球与球面相切，且恰好到达C点时，速度最小为零，根据动能定理有 因小球恰好到达C点时有水平速度，解得，故A正确； B．若小球恰好从C点掠过球面，则在C点有 根据动能定理有 解得此时抛出的最小速度为，故B正确； C．若x=3R，小球恰好从C点掠过球面，则竖直初速度大小为： 上升到最高点的时间为： 水平速度 则抛出速度大小为，故C正确； D．小球抛出后可从圆弧B点以上任一点切入球面，若小球所受合力不足以提供向心力，则小球不能沿球面到达右侧，故D错误。 故选ABC。 18．（2025·福建·高考真题）如图甲，竖直平面内，一长度大于4 m的水平轨道OP与光滑半圆形轨道PNM在P点平滑连接，固定在水平地面上。可视为质点的A、B两小物块靠在一起，静置于轨道左端。现用一水平向右推力F作用在A上，使A、B向右运动。以x表示A离开初始位置的位移，F随x变化的图像如图乙所示。已知A、B质量均为0.2 kg，A与水平轨道间的动摩擦因数为0.25，B与水平轨道间的摩擦不计，重力加速度大小取。 （1）求A离开初始位置向右运动1 m的过程中，推力F做的功； （2）求A的位移为1 m时，A、B间的作用力大小； （3）若B能到达M点，求半圆形轨道半径应满足的条件。 【答案】(1)1.5J(2)0.5N(3) 【详解】（1）求，F做的功 （2）对AB整体，根据牛顿第二定律 其中 对B根据牛顿第二定律 联立解得 （3）当A、B之间的弹力为零时，A、B分离，根据（2）分析可知此时 此时 过程中，对A、B根据动能定理 根据题图可得 从点到点，根据动能定理 在点的最小速度满足 联立可得 即圆弧半径满足的条件。 19．（2025·安徽·高考真题）如图，M、N为固定在竖直平面内同一高度的两根细钉，间距。一根长为的轻绳一端系在M上，另一端竖直悬挂质量的小球，小球与水平地面接触但无压力。时，小球以水平向右的初速度开始在竖直平面内做圆周运动。小球牵引着绳子绕过N、M，运动到M正下方与M相距L的位置时，绳子刚好被拉断，小球开始做平抛运动。小球可视为质点，绳子不可伸长，不计空气阻力，重力加速度g取。 (1)求绳子被拉断时小球的速度大小，及绳子所受的最大拉力大小； (2)求小球做平抛运动时抛出点到落地点的水平距离； (3)若在时，只改变小球的初速度大小，使小球能通过N的正上方且绳子不松弛，求初速度的最小值。 【答案】(1)，(2)4m(3) 【详解】（1）小球从最下端以速度v0抛出到运动到M正下方距离为L的位置时，根据机械能守恒定律 在该位置时根据牛顿第二定律 解得， （2）小球做平抛运动时， 解得x=4m （3）若小球经过N点正上方绳子恰不松弛，则满足 从最低点到该位置由动能定理 解得 20．（2026·江苏·高考真题）如图所示，质量为的汽车驶上圆弧半径为的拱形桥，通过桥的最高点时汽车速度大小为，牵引力为，所受阻力为。g取。求在桥面最高点处，汽车 (1)向心加速度大小； (2)所受合力的大小。 【答案】(1)(2) 【详解】（1）根据题意，由向心加速度公式可得 （2）汽车在最高点时，水平方向上有 竖直方向有 则汽车在最高点受到的合力大小为 21．（2026·西藏拉萨·二模）如图所示，从离地面高处的点沿水平方向抛出一个质量的物体，物体恰好无碰撞地沿圆弧切线从点进入竖直光滑圆弧轨道。、为圆弧的两端点，且在同一水平线上，圆弧半径，轨道最低点为，圆弧对应的圆心角，物体离开点后恰好能无碰撞地沿缓冲斜坡滑至点，并自动锁定。已知物体与缓冲斜坡间的动摩擦因数，取，，，求： (1)物体到达点时的速度大小； (2)在点物体对圆弧轨道的压力； (3)缓冲斜坡上、间的距离。 【答案】(1)(2) 方向竖直向下(3) 【详解】（1）物体由点到点做平抛运动，在竖直方向上有 在点速度分解 联立解得 （2）物体从点运动到点的过程中，根据机械能守恒定律有 根据牛顿第二定律有 联立解得 根据牛顿第三定律，在点物体对圆弧轨道的压力 方向竖直向下 （3）圆弧光滑，由机械能守恒定律可得 物块沿斜面上滑时，加速度方向平行于斜面向下，有 由运动学公式 联立解得，缓冲斜坡上、两点之间的距离 22．如图所示，半径均为R的圆心为的圆轨道和圆心为的圆形管状轨道在同一竖直平面内固定，与水平地面分别相切于B、D点，现让质量均为m的小球（均可视为质点）在两轨道内运动，小球直径略小于管内径，管内径远小于轨道半径R，重力加速度为g，不计空气阻力。 (1)若小球刚好能通过圆轨道最高点C，求此时小球在C点的速度大小； (2)若小球通过圆形管状轨道最高点E时，对轨道的压力大小为，求此时小球在E点的速度大小； (3)若小球在圆轨道内向上运动至F点时恰好脱离轨道，此时连线与水平方向间的夹角为，，。求此时小球在F点的速度大小。 【答案】(1)(2)或(3) 【详解】（1）若小球刚好能通过圆轨道最高点C，则重力提供向心力，有 解得 （2）若小球通过圆形管状轨道最高点E时，对轨道的压力向上，则轨道对球的力向下，大小为，有 解得 若小球通过圆形管状轨道最高点E时，对轨道的压力向下，则轨道对球的力向上，大小为，有 解得 （3）若小球在圆轨道内向上运动至F点时恰好脱离轨道，则重力沿半径方向的分力提供向心力，有 解得 23．质量为M，半径为R的半球静止地放置在光滑水平地面上，其表面也是光滑的。半球顶端放有一质量为m的小滑块（可视为质点），开始时两物体均处于静止状态。小滑块在外界的微小扰动下从静止开始自由下滑，小滑块的位置用其和球心连线与竖直方向夹角表示。已知重力加速度为g。 （1）若半球在外力作用下始终保持静止，求当半球对小滑块支持力等于滑块重力一半时对应角度的余弦值； （2）若半球可在水平面内自由滑动，现发现小物块脱离半球时对应角度为，已知cos37°=0.8，sin37°=0.6，试求： ①半球与小滑块质量之比； ②如下图所示，当运动时间无限小时，曲线运动可以看成圆周运动，对应圆称为曲率圆，其半径称为曲率半径，即把整条曲线用一系列不同曲率半径的小圆弧替代。求小滑块的运动轨迹曲线在其脱离半球时对应点的曲率半径（答案可用分数表示）。 【答案】（1）；（2）①，② 【详解】（1）由动能定理可得 小滑块做圆周运动，向心力满足 联立上式得 （2）①设小滑块脱离半球时，半球速度大小为，小滑块相对半球速度大小为。水平方向动量守恒 整体机械能守恒 脱离前，小滑块相对半球做圆周运动，在脱离瞬间，只受重力作用，以半球（此瞬间为惯性系）为参考系，小滑块受力满足 联立可得 ②由上式解得 ， 即小滑块实际速度为 ， 如图所示，此时小滑块可视为做曲率半径为的圆周运动， 滑块速度与水平方向夹角满足 小滑块对应向心加速度为 由圆周运动向心加速度公式可得 代入数据得 24．火力发电的主要燃料是煤粉，将煤块制成煤粉的机械称为球磨机，其核心部件是一个半径的躺卧圆筒。圆筒绕水平中心轴旋转，将筒内的钢球带到一定高度后，钢球脱离筒壁落下将煤块击碎，截面简化如图。设筒内仅有一个质量为、大小不计的钢球，初始静止在最低点。（结果均可保留根式） (1)启动电机使圆筒加速转动，钢球与圆筒保持相对静止，第一次到达与圆心等高的位置时，圆筒的角速度，求此时圆筒对钢球弹力的大小； (2)当小钢球通过点时，与圆筒分离，此后小钢球仅在重力作用下到达位置，途中没有再与圆筒内壁发生碰撞，连线过点。求分离时圆筒的角速度及角大小； (3)停止工作后将圆筒洗净，内壁视为光滑。将一钢球从位置正下方的点由静止释放，与筒壁碰撞6次后恰好又回到点。若所有碰撞都是弹性的（即碰撞前后沿半径方向速度大小相等方向相反，沿切线方向速度不变），求之间的距离。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）根据牛顿第二定律 （2）设分离时小钢球的速度为v，则有， 分离后，小钢球做斜上抛运动，有 联立解得， 即 （3）根据分析可知，小钢球与筒壁碰撞6次后恰好又回到E点，则运动轨迹如图所示，根据几何关系可知，在F点发生碰撞后做平抛运动，钢球从F点到A点，根据平抛运动规律有 根据动能定理 联立解得 情景 03 倾斜面圆周临界情景 学情：不会正确正交分解重力与支持力，容易漏力，分不清斜面圆周的向心力平面。 考情：高考拓展模型，圆锥摆、斜面上物体圆周运动，常结合受力分析综合考查。 口诀：斜面圆周找平面，重力支持合力牵。倾角决定向心力，临界脱离看支持。 25．（26-27高三上·河南郑州·阶段检测）如图所示，倾斜圆盘绕过圆心O且与盘面垂直的转轴以角速度匀速转动，盘面有一可视为质点的物块随圆盘保持相对静止做匀速圆周运动。物块的质量为0.1kg，物块到转轴的距离为0.5m，物块与盘面的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，盘面与水平面夹角，重力加速度g=10m/s2.下列说法正确的是（　　） A．物块随圆盘保持相对静止做匀速圆周运动的最大向心力为0.3N B．运动过程中摩擦力方向始终指向圆盘中心 C．越大物块在最高点受到的摩擦力越大 D．倾斜圆盘角速度最大值 【答案】D 【详解】A．物块在圆盘最低点时，所需向心力沿盘面向上，指向圆心，此时是静摩擦力达到最大值的临界位置。垂直盘面方向受力平衡，支持力 最大静摩擦力 最低点时沿盘面方向 代入得，故A错误； B．圆盘倾斜时，重力沿盘面有分力，物块的向心力是重力沿盘面的分力、摩擦力的合力，方向始终指向圆心，因此摩擦力需要平衡重力的盘面分力、同时提供部分向心力，方向不会始终指向圆盘中心，故B错误； C．物块在盘面最高点时，向心力沿盘面向下指向圆心，沿盘面方向的受力关系为 当角速度从0开始增大时，摩擦力先沿盘面向上、大小随增大而减小，减为0后再沿盘面向下、大小随增大而增大，并非全程随增大而变大，故C错误； D．角速度的最大值由最容易滑动的最低点临界条件决定，最低点静摩擦力达到最大值时， 解得，故D正确。 故选D。 26．（2025·河北·模拟预测）如图所示，与水平方向成角放置的圆形沙画板上表面覆盖着一层细沙，每粒沙与画板间的动摩擦因数均相同，且。当画板绕垂直于板面的中心转轴匀速转动一段时间后，画板上沙粒形成的沙画图像（阴影部分）可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】题目给出已知条件： 由可以推导出 这意味着不等式右边的分子 也就是说，确实存在一个最大半径 当转速 足够大时，会变小，甚至小于圆盘的半径 这意味着：在距离圆心较近的地方（），沙粒受到的合力小于最大静摩擦力，能够留在板上；而在距离圆心较远的地方（），沙粒受到的合力超过了最大静摩擦力，会被甩出圆盘边缘。 因为绕中心轴旋转，图案必须中心对称（圆形）。边缘的沙粒更容易被甩出，留下中心的圆形区域。综合判断，B符合。 故选B。 27．（2026·山东泰安·一模）如图所示，在倾角为的光滑斜面上，长为的轻质细绳一端拴接一可视为质点的小球，另一端固定于斜面上的点。小球在最低点A处获得一瞬时冲量，恰好能在斜面上做完整的圆周运动。在同一水平高度，连线与连线垂直，重力加速度为，则小球运动到C处时加速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】小球经过B点时有 小球由B点运动到C点的过程，根据动能定理有 联立解得 小球经过C点时，向心加速度为 切向加速度为 小球运动到C处时加速度大小为 故选C。 28．（2026·山东青岛·三模）如图所示，长为的轻绳一端拴接在倾角为的光滑固定斜面上的点，另一端拴一小物块，开始时物块静止在最低点。在斜面内给物块一与轻绳垂直的初速度，使物块绕点做圆周运动。已知点为圆周的最高点，物块可看作质点，重力加速度大小，，下列说法正确的是（　　） A．为使物块到达点，初速度至少为 B．为使物块到达点，初速度至少为 C．物块沿圆周向上运动过程中切向加速度大小不变 D．物块沿圆周向上运动过程中切向加速度先减小后增大 【答案】B 【详解】AB．物块在光滑斜面上做圆周运动，重力垂直斜面的分力与支持力平衡，沿斜面的分力为 等效于竖直圆周运动中的重力，等效重力加速度 轻绳模型中，物块刚好到达最高点的临界条件是点绳子拉力为0，等效重力提供向心力 解得 从最低点到最高点，由动能定理 代入数据得，故A错误，B正确； CD．设到物块的半径与等效重力（沿斜面向下）方向的夹角为，将等效重力分解到切向，切向分力大小为 因此切向加速度 物块从到向上运动时，从增大到，先增大（时最大）后减小，因此切向加速度大小先增大后减小，故CD错误。 故选B。 29．（2026·安徽合肥·模拟预测）如图所示，在倾角为的光滑斜面上有一长的轻杆，杆一端固定在O点的转轴上，可绕O点自由转动，另一端固定一质量为的小球，小球在斜面上做圆周运动，重力加速度取。小球恰能到达最高点A，则小球在最高点A时杆的弹力是（　　） A．0 N B．0.25 N C．0.5 N D．1 N 【答案】B 【详解】轻杆约束的圆周运动，最高点的最小速度可以为0，小球恰能到达A点时，在A点的速度 设杆对小球的弹力为（沿杆指向O点为正），沿杆方向合力为0，可得 计算得： 负号表示杆对小球的弹力为支持力（背离O点），大小为0.25N 故选B。 30．（2026·四川宜宾·二模）如图，正方形ABCD为倾角的光滑绝缘斜面，边长，位于平行AB向下的匀强电场中，场强，一质量，带电的小球通过长为的轻绳一端固定于正方形中心O，将轻绳拉直并使小球在圆形虚线上某一位置P（未画出）静止。现给小球一垂直于绳的速度，小球开始在斜面上做圆周运动，当运动到圆形虚线的最低点时，绳子恰好断裂，之后小球刚好能够到达C点。不计一切阻力，重力加速度，则（　　） A．P点不可能在图中圆形虚线的最高点 B．绳能够承受的最大张力为1.8N C．绳断裂瞬间小球速度大小为 D．小球到达C点时速度大小为 【答案】A 【详解】A．小球在P点静止，说明 P 点为等效重力场的最低点（平衡位置），小球受重力沿斜面向下的分力 电场力 由于q<0，电场方向平行 AB 向下，则电场力方向平行 AB 向上 它们合力 方向沿斜面向下，不可能在最高点，故 A 正确； CD．绳子在几何最低点断裂，小球做类平抛运动，由牛顿第二定律 沿斜面向下 水平方向 解得绳断裂瞬间小球速度大小为 小球到达 C 点时，沿斜面向下的速度 合速度，故CD 错误； B．在最低点，由牛顿第二定律 解得T=1.2N，故 B 错误。 故选A。 31．（26-27高三上·内蒙古包头·阶段检测）如图所示，倾角为30°的光滑斜面固定在水平地面上，斜面ABCD是边长为的正方形，在其中心O处用长为的轻绳悬挂一可视为质点的小球，使小球静止。现给小球一个垂直于绳方向的初速度，小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动。取重力加速度。则（　　） A．的大小为 B．的大小为 C．若小球沿斜面向上运动到与O点等高时剪断轻绳，从剪断轻绳到小球离开斜面所用的时间为1.6s D．小球运动到最低点时细绳的拉力为30N 【答案】ACD 【详解】AB．小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动，当小球恰过最高点时，由牛顿第二定律有 小球从最低点运动到最高点的过程中，由动能定理得 联立解得，故A正确，B错误； C．小球从最低点运动到与O点等高处的过程中，由动能定理得 解得 剪断轻绳后，小球沿斜面向上做匀减速直线运动，设小球向上运动的最大位移为x，根据运动学公式可得 由牛顿第二定律有 联立解得 因此小球不会从CD边离开斜面。剪断轻绳后，小球先沿斜面向上做匀减速直线运动，然后向下做匀加速直线运动，取沿斜面向下为正方向，由匀变速直线运动的规律 其中 解得，（舍），故C正确； D．小球运动到最低点时，由牛顿第二定律有 解得，故D正确。 故选ACD。 32．（2026·河北沧州·一模）游乐园某游戏装置简化图如下，用一根长为L的细线把质量为m的小球P悬挂在倾角为斜面上的O点，小球静止在最低点，质量为0.5m的子弹以某初速度沿水平方向打入小球并留在其中，小球恰能在斜面上做完整的圆周运动。已知重力加速度为g，不计一切摩擦。下列说法中正确的是（　　） A．整个过程中系统的机械能不守恒 B．小球做圆周运动过程中的最小速度为 C．子弹打入小球前后细线拉力大小的变化量为4mg D．子弹的初速度大小为 【答案】AC 【详解】A．子弹打入小球的过程是完全非弹性碰撞，此过程系统的机械能不守恒，此后小球和子弹整体做圆周运动过程中机械能守恒，所以整个过程中系统的机械能不守恒，故A正确； B．小球在斜面上恰能做完整的圆周运动，当小球通过最高点时速度最小，此时对小球和子弹整体受力分析并结合牛顿第二定律有 解得，故B错误； C．子弹打入小球之前，对小球受力分析有 解得 对小球从最低点到最高点的过程分析，由动能定理有 解得 当小球经过最低点时，对小球和子弹整体受力分析并结合牛顿第二定律有 解得 子弹打入前后细线拉力的变化量，故C正确； D．子弹打入小球过程中动量守恒，有 解得，故D错误。 故选AC。 33．（25-26高三下·云南曲靖·开学考试）如图所示，一个风力实验空间可以提供水平向右的恒定风力，一质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点，若将小球拉到最低点，并给小球垂直纸面向里的初速度，发现小球恰好沿一倾斜平面做匀速圆周运动，直线OP与OA的夹角为。（已知重力加速度为g，小球可视为质点，忽略其他阻力，），则（　　） A．图中夹角为 B．初速度 C．物体从A点到B点风力对物体做功 D．物体在运动过程中机械能守恒 【答案】AC 【详解】AB．由题可知，小球做圆锥摆运动，运动平面与重力和风力的合力垂直，如图 因 解得 所以 根据牛顿第二定律可知 解得，故A正确，B错误； C．小球从A点到B点风力对物体做功，故C正确； D．小球恰好沿一倾斜平面做匀速圆周运动,动能不变，但重力势能在不断变化，故小球在运动过程中机械能不守恒，故D错误。 故选AC。 34．（2026·湖北襄阳·模拟预测）如图所示，倾角均为的两个光滑斜面体固定放置，两个斜面、均是正方形，的边长为，的边长未知，是的中点，是的中心，、、在同一条直线上。质量为的小球（视为质点）用长为的轻质细线系于点，在点给小球一个沿方向、大小为的初速度，绕点在斜面内做圆周运动，当小球再次运动到点时，突然剪断细线（不影响小球的速度），此后小球沿斜面运动并从c点离开，重力加速度为，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．剪断细线前，小球在点时细线的拉力大小为 B．小球在点的速度大小为 C．的边长为 D．剪断细线后，小球从到的运动时间为 【答案】BD 【详解】A．在a点对小球进行受力分析，把重力分别沿着斜面和垂直斜面分解，则有 其中 可得剪断细线前，小球在a点时细线的拉力大小为，故A错误； B．设小球在c点速度的反向延长线与bc的夹角为θ，小球从a到c做类平抛运动，匀速直线分运动与匀加速直线分运动的位移大小相等，类平抛运动速度的反向延长线经过水平位移的中点，设abcd的边长为d，则有 将小球经过c点的速度分解为沿dc方向的分速度va和沿bc方向的分速度vy，由 解得 小球在c点的速度大小 解得，故B正确； CD．小球在斜面abcd上的加速度 由类平抛运动的规律可得， 结合 可得abcd的边长 剪断细线后，小球从a到c的运动时间为，故C错误，故D正确。 故选BD。 35．如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定轴以恒定角速度转动，盘面上离转轴距离处有一质量、可视为质点的物体与圆盘始终保持相对静止。盘面与水平面的夹角为是轨迹圆上的最高点，是轨迹圆上的最低点，是半圆弧的中点，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取，，。求： (1)物体在点受到的摩擦力大小； (2)物体在点受到的摩擦力大小； (3)物体与盘面间的动摩擦因数的最小值。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）为轨迹最高点，假设摩擦力方向沿斜面向上（背离圆心），由牛顿第二定律可得 代入数据解得 ，则假设成立，摩擦力大小为，方向沿斜面向上。 （2）是中点，圆心方向垂直于，重力沿盘面的分力沿向下，向心力沿垂直指向圆心，两个分量相互垂直。摩擦力大小等于两个分量的矢量和 代入数据得 （3）物体在最低点时摩擦力最大，此处最容易发生滑动：点指向圆心方向沿斜面向上，由牛顿第二定律 得 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，垂直盘面方向支持力 要求 因此 36．某山地救援队进行“斜面绳球投放”训练，简化模型如图所示。在倾角为的光滑矩形斜面上（为斜面与水平地面的交线），有一根长为的细线，细线的一端固定在点，另一端连接着一个可视为质点的小球。小球质量为，过点平行于的直线交于点，的长度为。现使小球恰好能在斜面上做完整的顺时针圆周运动。某次小球过点时速度，细线被割断（割断前后不影响小球速度），小球沿着轨迹运动，在小球刚要离开斜面点时，给小球施加一个沿（小球在点时的速度）方向、大小为的恒力。从点割断细线瞬间开始计时，小球经落到水平地面上的点（图中未画出点），点是小球离开斜面的位置，点为点在水平面上的投影点。不考虑小球反弹，忽略空气阻力，，，重力加速度取。 (1)小球经过点时速率； (2)小球到达点细线被割断前，小球对细线的拉力的大小； (3)求落地时点到点的距离。 【答案】(1)1m/s(2)12N(3) 【详解】（1）因为小球恰好能在斜面上做完整的顺时针圆周运动，所以在A点由牛顿第二定律有 解得小球经过A点时的速率为 （2）从A点到B点的过程中，由机械能守恒定律有 解得小球经过B点时的速率为 在B点，小球受到细线的拉力和重力沿斜面的分力的合力提供小球做圆周运动的向心力，列牛顿第二定律方程有 解得在B点小球受到绳的拉力为 则由牛顿第三定律可知，小球对细线的拉力大小为 （3）小球在BG间做类平抛运动，其水平方向为匀速直线运动，则有 解得小球从B点到G点的运动时间为 离开G点后，小球沿GF方向做从静止开始的匀加速直线运动，则G点沿GF方向的分速度为 将小球沿GF方向的分速度沿水平方向和竖直方向进行正交分解，如图所示： 则在G点沿竖直方向的分速度为 在G点沿水平方向的分速度为 离开G点后，小球水平方向速度的矢量图如图所示： 设小球离开斜面后，从G点到D点沿方向的位移为x2，沿方向运动的位移为x3，小球从G点飞出后，从上往下俯视，小球沿着方向做匀加速直线运动，则根据牛顿第二定律可得其加速度为 则 小球沿着方向做匀速直线运动，则有 所以落地时D点到H点的距离为。 情景 04 三维空间圆周临界情景 学情：局限二维思维，难以识别圆锥摆这类空间模型，分不清圆周轨迹所在水平面。 考情：压轴小问高频，圆锥摆、立体旋转模型，考查空间受力与几何关系结合。 口诀：空间圆周水平面，摆角关联几何边。合力水平提供向心，临界条件看形变。 37．（2026·江苏徐州·模拟预测）马年春晚舞蹈《喜雨》技惊四座，舞者头顶斗笠匀速转动时，下列图线中与斗笠边缘的一串串珠实际形态最接近的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】当斗笠匀速转动时，每一串串珠会随斗笠一起做匀速圆周运动（同轴转动，角速度相同）。串珠的向心力由重力和绳子拉力的合力提供，即（其中是绳子与竖直方向的夹角，r是串珠到转轴的水平距离） 解得 公式说明越靠下的串珠，圆周运动半径r越大，也越大，即越大。 故选B。 38．（2025·浙江嘉兴·三模）如图所示，某兴趣小组用长为的细线将小球悬挂于点，A为最低点，与点等高，用沿OA方向的平行光照射该装置。实验方案一是将装置置于地面实验室中，拉直细线让小球从点静止释放；实验方案二是将装置置于我国空间站中，在A点给小球一个的垂直方向的初速度。不计空气阻力，则两种实验方案中小球（　　） A．运动的轨迹相同 B．在最低点受到的拉力相同 C．方案二中投影的运动是简谐运动 D．方案一中投影的运动周期较方案二小 【答案】C 【详解】A．方案一中小球在地面做与O点等高的圆周运动，轨迹为半圆，方案二中小球在空间站做匀速圆周运动，轨迹为圆，所以两种方案的轨迹不同，故A错误； B．方案一由B点到最低点，由动能定理 解得 方案二在最低点，故B错误； C．方案二中设小球转过的圆心角为，小球做匀速圆周运动，则 其中， 那么小球运动的水平投影为 由此可知小球运动的水平投影位移与时间的关系为正弦函数，所以小球的投影运动为简谐运动，故C正确； D．方案二的周期 将方案一近似为单摆运动时，单摆运动的周期为 由于方案一从B点释放，所以其周期比单摆周期大，所以方案一中投影的运动周期较方案二大，故D错误。 故选C。 39．（2025·陕西·模拟预测）如图所示，竖直放置的圆筒内壁光滑，圆筒半径为，高为。、为圆筒上、下底面圆上的两点，且连线竖直，一可视为质点的小球由点沿筒内侧与半径垂直方向水平抛出，小球质量为，初速度大小为。小球的运动轨迹与的交点依次为上的A、、三点，重力加速度为，不计空气阻力，则以下说法正确的是（　　） A．小球到达点时下落高度为 B．小球在A、、三点时对筒壁的压力大小之比为 C．A、间距离为 D．小球在点时所受合力大小为 【答案】C 【详解】A．小球在水平方向上做匀速圆周运动，圆周运动周期为 小球在竖直方向上做自由落体运动，小球到达点时，经历时间为，则有 解得 故A错误； B．小球在水平方向上做匀速圆周运动，由筒壁对小球的支持力提供向心力，则有 根据牛顿第三定律有 解得 可知，小球在A、、三点时对筒壁的压力大小之比为，故B错误； C．小球在竖直方向上做自由落体运动，小球到达A点、B点经历时间分别为、2T，则有 结合上述解得 故C正确； D．小球在水平方向上做匀速圆周运动，由筒壁对小球的支持力提供向心力，则有 小球所受外力的合力 故D错误。 故选C。 40．如图，两端开口的圆筒与水平地面成一定角度倾斜放置。是圆筒的中轴线，M、N是筒壁上的两个点，且。一个可视为质点的小球自M点正上方足够高处自由释放，由M点无碰撞进入圆筒后一直沿筒壁运动，a、b、c是小球运动轨迹依次与MN的交点。小球从M到a用时t1，从a到b用时t2，从b到c用时t3，小球经过a、b、c时对筒壁压力大小分别为Fa、Fb、Fc，lMa、lab、lbc表示M、a、b、c相邻两点间的距离，不计一切摩擦和空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．== B． C． D． 【答案】AB 【详解】A．由题意可知，小球自M点正上方足够高处自由释放，由M点无碰撞进入圆筒后，其速度可分解为沿筒壁转动的速度和沿筒壁下滑的初速度，因圆筒倾斜放置，小球在圆筒中有沿筒壁向下的重力分力，因此小球在圆筒截面方向做圆周转动的同时又沿筒壁向下做初速度不为零的匀加速直线运动，又由于a、b、c是小球运动轨迹依次与MN的交点，表明经过相邻点过程圆周运动分运动恰好完成一个圆周，因为圆周运动转动周期相等，根据分运动的等时性有 故A正确； BC．小球在圆筒截面方向做圆周运动，由于，则a、b、c三点可以等效为沿圆筒截面方向做圆周运动轨迹的同一位置，即a、b、c三点圆周运动的线速度相等，由于在a、b、c三点位置，重力沿圆筒截面的分力恰好沿截面的切线方向，可知由筒壁的弹力提供圆周运动的向心力，而圆周运动的半径相同，根据向心力公式 可知，筒壁对小球的弹力大小相等，由牛顿第三定律可知，小球对筒壁的压力大小相等，则有 故B正确，C错误； D．根据上述可知，小球沿筒壁向下做初速度不为零的匀加速直线运动，由位移时间公式有 可知 故D错误。 故选AB。 41．（2025·山东·高考真题）如图所示，在无人机的某次定点投放性能测试中，目标区域是水平地面上以O点为圆心，半径R1=5m的圆形区域，OO′垂直地面，无人机在离地面高度H=20m的空中绕O′点、平行地面做半径R2=3m的匀速圆周运动，A、B为圆周上的两点，∠AO′B=90°。若物品相对无人机无初速度地释放，为保证落点在目标区域内，无人机做圆周运动的最大角速度应为ωmax。当无人机以ωmax沿圆周运动经过A点时，相对无人机无初速度地释放物品。不计空气对物品运动的影响，物品可视为质点且落地后即静止，重力加速度大小g=10m/s2。下列说法正确的是（　　） A． B． C．无人机运动到B点时，在A点释放的物品已经落地 D．无人机运动到B点时，在A点释放的物品尚未落地 【答案】BC 【详解】AB．物品从无人机上释放后，做平抛运动，竖直方向 可得 要使得物品落点在目标区域内，水平方向满足 最大角速度等于 联立可得 故A错误，B正确； CD．无人机从A到B的时间 由于t′>t 可知无人机运动到B点时，在A点释放的物品已经落地，故C正确，D错误。 故选BC。 42．如图甲所示，一水平放置的内表面光滑对称“V”型二面体，可绕其竖直中心轴在水平面内匀速转动，其二面角为120°，截面图如图乙所示。面ABCD和面CDEF的长和宽均为L=20cm，CD距水平地面的高度为。置于AB中点P的小物体（视为质点）恰好在ABCD面上没有相对滑动，取重力加速度。（　　） A．“V”型二面体匀速转动的角速度 B．“V”型二面体匀速转动的角速度 C．若“V”型二面体突然停止转动，小物体从二面体上离开的位置距离AB边距离2.5cm D．若“V”型二面体突然停止转动，小物体从二面体上离开的位置距离AB边距离5cm 【答案】BC 【详解】AB．设小物体受到的支持力为，则有 解得 故A错误、B正确； CD．若“V”型二面体突然停止转动，设小物体在二面体上运动的时间为，运动的初速度大小为，加速度大小为，沿AD方向向下运动的距离为，则有 解得 故C正确、D错误。 故选BC。 43．（2025·广东汕头·二模）学习小组利用手机和自行车探究圆周运动的相关知识。已知手机的加速度传感器可以测量x、y、z三个方向的加速度值（如图1），将自行车架起，手机固定在自行车后轮轮毂上（如图（2），轮胎厚度不计），转动踏板，后轮带动手机在竖直面内做圆周运动。 (1)若加速转动踏板，则手机可测到哪些方向的加速度值不为零？______ A．x、y方向的加速度值 B．x、z方向的加速度值 C．y、z方向的加速度值 (2)利用Phyphox软件可以直接作出向心加速度an与角速度ω的关系图象，为了直观判断它们的关系，应让软件作出an−________（选填“ω”或“ω2”）图像。 (3)若由（2）所作图像测出斜率为k，已知自行车后轮半径为R，则手机的加速度传感器到轮胎边缘的距离为_____________（用题中符号表示），查阅相关资料得知该手机使用的加速度传感器质量为m，当后轮角速度为ω0时，则手机的加速度传感器做圆周运动的向心力Fn=________（用题中符号表示）。 【答案】(1)A(2)ω2(3) R−k mω2k 【详解】（1）后轮带动手机在竖直面内做圆周运动，加速度在竖直平面内，故x、y方向的加速度值不为零，z方向的加速度值为零。 故选A。 （2）根据an=ω2R可知，an−ω2图像为直线，an−ω为曲线，应让软件作出an−ω2图像能直观地判断它们的关系。 （3）[1]若由（2）所作图像测出斜率为k等于手机到后轮圆心的距离，故手机的加速度传感器到轮胎边缘的距离为R−k； [2]若由（2）所作图像测出斜率为k等于手机到后轮圆心的距离，即手机做圆周运动的半径，则手机的加速度传感器做圆周运动的向心力Fn=mω2k。 44．（2026·浙江·高考真题）如图所示。一宽度为d的光滑长方形平板MNQP，长边MN、PQ分别平滑连接半径均为r的光滑圆弧面，形成“U”形槽，将其整体固定在水平地面上。现有质量为m的物块a，从圆弧面上相对平板竖直高度为h的A点静止下滑(h<< r)，途经圆弧面上最低点B，平板上有一质量为的物块b与MN成45°角从O点滑入圆弧面，第一次到达最高点时恰好与同时到达最高点的物块a发生弹性碰撞。两物块均为质点。 (1)求物块a第一次经过B点时速度大小v0和所受支持力FN； (2)从A到B的过程：物块a相对于B点位移为x，求其所受回复力F与x的关系式； (3)求物块b的初速度大小vb以及碰撞后瞬间物块a的速度大小va； (4)若h=0.032m，r=10m，d=0.4m，要使物块a从NQ之间滑离，求BQ间距L的范围。 【答案】(1)，，方向竖直向上(2)(3)，(4)见解析 【详解】（1）对a物块下滑过程中根据动能定理有 可得； 在B点根据牛顿第二定律有 可得，方向竖直向上； （2）如图 由于h<<r，滑块a所受回复力F，则 可知滑块受到的回复力F与x成正比，方向与x相反，因此滑块a从释放到第一次到达最低点的运动是简谐运动。 （3）滑块b在圆弧形斜面上垂直槽轴线方向的运动性质与a相同，平行槽轴线方向做匀速度直线运动。设滑块b的速度沿槽轴线和垂直槽轴线分速度为vbx、vby，如图 当vbx=0时，滑块b第一次滑到最高点，由题意可知滑块b到达的最高点高度与滑块a的开始下滑的高度相等。此时速度为vby，经历的时间t1为； 又因与滑块a最高点相同，由题意可知 即 因为滑块a、b在最高点发生碰撞，设碰后滑块b的速度为v'by。由动量守恒和机械能守恒有， 联立解得， （4）碰后滑块a在平行于槽轴线方向的速度始终为va，从MN边界射出的最基本的几种临界情况如图1、2、3、4所示。考虑周期性，则L有多种情况 由题给数据可得，， 滑块a每一次在圆弧型斜面上滑或下滑的时间为 滑块a每一次滑过水平面的时间为 又由于滑块a从任一点出发回到该点同高度位置时的时间相等，设时间为T，则T=4t1+2t2=(2π+1) s 滑块a由碰后到从MN之间飞出的时间t满足，L=0.4t 所以由图1、2可知或，…… 由图3、4可知即或者，…… 综上分析可知t应满足 则滑块a能从MN之间飞出时L的范围为，（n=0，1，2，3，4……）。 45．雪地转椅是一种游乐项目，其中心传动装置带动转椅在雪地上滑动。如图（a）、（b）所示，传动装置有一高度可调的水平圆盘，可绕通过中心O点的竖直轴匀速转动。圆盘边缘A处固定连接一轻绳，轻绳另一端B连接转椅（视为质点）。转椅运动稳定后，其角速度与圆盘角速度相等。转椅与雪地之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，不计空气阻力。 （1）在图（a）中，若圆盘在水平雪地上以角速度匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕O点做半径为的匀速圆周运动。求与之间夹角的正切值。 （2）将圆盘升高，如图（b）所示。圆盘匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕点做半径为的匀速圆周运动，绳子与竖直方向的夹角为，绳子在水平雪地上的投影与的夹角为。求此时圆盘的角速度。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）转椅做匀速圆周运动，设此时轻绳拉力为T，转椅质量为m，受力分析可知轻绳拉力沿切线方向的分量与转椅受到地面的滑动摩擦力平衡，沿径向方向的分量提供圆周运动的向心力，故可得 联立解得 （2）设此时轻绳拉力为，沿和垂直竖直向上的分力分别为 ， 对转椅根据牛顿第二定律得 沿切线方向 竖直方向 联立解得 46．（2026·山东·高考真题）如图甲所示，半径r = 1m的圆筒竖直放置，上下底面圆心分别为O和O′，筒内有三个互成120°角且可以绕OO′转动的竖直矩形叶片S1、S2和S3，叶片与圆筒上下齐平，宽度等于圆筒半径，N为圆筒上底边沿一点。圆筒上底面固定一半径的水平圆形轨道，轨道上有一长度可忽略的缺口位于O点，OM为轨道直径且OM⊥ON；在轨道的M点放置一小物体，某时刻该物体在内力作用下突然分成A、B两部分并弹开，其质量分别为mA、mB。A以vA = 1m/s的速率沿轨道运动至缺口进入圆筒，在筒内做平抛运动后恰好紧贴圆筒下底面沿边穿出。已知g = 10m/s2。忽略空气阻力及一切摩擦，轨道、圆筒和叶片的厚度均忽略不计。 (1)求A在轨道内运动的时间及圆筒高度； (2)若叶片以恒定角速度ω顺时针转动，且A运动至缺口时，S1恰好转过ON位置，如图乙所示，随后A未与叶片碰撞，从圆筒下底面沿边穿出时，S2恰好转至ON位置。 （ⅰ）求角速度的大小ω； （ⅱ）若B运动至缺口后能从任意两个叶片间的区域穿过圆筒，且未与叶片及筒壁碰撞，求。 【答案】(1)t0 = 3s，h = 5m(2)（ⅰ），（ⅱ）（k = 0，1，2，3，…） 【详解】（1）A在轨道内做匀速圆周运动，运动时间 由题知，A以vA = 1m/s的速率沿轨道运动至缺口进入圆筒，在筒内做平抛运动后恰好紧贴圆筒下底面沿边穿出，则在水平方向有r = vAt 解得t = 1s 竖直方向有 （2）（ⅰ）由于A未与叶片碰撞，从圆筒下底面沿边穿出时，叶片转动了，则叶片角速度 （ⅱ）物体在内力作用下突然分成A、B两部分并弹开有mAvA = mBvB 则 由于B未与筒壁碰撞则有 且A运动至缺口时，S1恰好转过ON位置，则以此时为时间基准，则B从M到O所用的时间 要使B运动至缺口后能从任意两个叶片间的区域穿过圆筒，则B运动到O时S1或S2或S3要运动到ON反向的位置，则叶片转过的角度（k = 0，1，2，3，…） B不与叶片碰撞必须满足 解得（k = 0，1，2，3，…） 则（k = 0，1，2，3，…）。 47．（2026·福建·模拟预测）如图所示，水平圆盘可绕通过其中心O的竖直轴转动，圆盘半径，离水平地面高度，在圆盘边缘放置一质量的小物块，物块与圆盘间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知重力加速度大小g取，空气阻力不计，圆盘从静止开始缓慢加速转动，求： (1)物块恰与圆盘发生相对滑动时圆盘角速度的大小； (2)物块滑离圆盘后在空中运动的时间； (3)物块落地点与O点正下方地面上点的距离。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）物块与圆盘刚好相对滑动时，有 解得 （2）物块在空中平抛运动，满足 解得 （3）平抛速度 水平位移 落地点与距离 联立解得 48．（2025·云南·模拟预测）如图所示，粗糙水平桌面上固定一半圆形竖直挡板，其半径为2R、内表面光滑，挡板的两端A、B在桌面边缘，B与半径为R的固定圆管轨道在同一竖直平面内，ED是竖直直径，C、E是管口，管的内壁粗糙。现让质量为m的小物块（可视为质点）以的水平初速度由A点切入挡板内侧，从B点飞出桌面后，经过时间正好从管口C（与管口无碰撞）进入圆管，然后沿着管壁运动到E点，此时小物块对下管壁的压力，已知，重力加速度为g，忽略空气阻力。求小物块： (1)到达E点时的速度大小； (2)沿轨道运动过程中阻力所做的功； (3)与桌面之间的动摩擦因数。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）在E点对小物块受力分析，由牛顿第二定律得 解得 （2）小物体从B到C，做平抛运动在C点有 解得 小物块从C到E的过程，根据动能定理可得 解得 （3）由 解得 小物块从A到B的过程，根据动能定理可得 解得。 1 / 37 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 微专题05 微辨临界・圆周运动的临界情景专项训练 〖组卷模式：学情+考情+口诀+最新试题〗 情景 01 水平面圆周临界情景 1 情景 02 竖直面圆周临界情景 6 情景 03 倾斜面圆周临界情景 12 情景 04 三维空间圆周临界情景 17 情景 01 水平面圆周临界情景 学情：易混淆静摩擦力的方向，分不清最大静摩擦对应的临界转速，常错把向心力当成额外新增的力。 考情：高考选择题高频模型，圆盘上物体转动、水平转盘临界打滑，考查向心力来源与极值分析。 口诀：盘面转动靠静摩，转速增大力上挪。临界滑出极值点，合力充当向心力。 1．制作陶瓷时，在水平面内匀速转动的台面上有一些陶屑。假设陶屑与台面间的动摩擦因数均相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。将陶屑视为质点，则（　　） A．离转轴越近的陶屑质量越大 B．离转轴越远的陶屑质量越大 C．陶屑只能分布在台面的边缘处 D．陶屑只能分布在一定半径的圆内 2.（2026·山东青岛·一模）如图甲所示为某离心分离装置示意图，水平转台可在电机的带动下绕过圆心的竖直轴转动。开始时将质量为1kg的物块静置于转台上，物块到转台圆心O的距离为1m，时刻启动电机，转台由静止开始加速转动，其角速度与时间关系图像如图乙所示，物块与转台间的动摩擦因数，重力加速度，则物块能随转台一起转动（相对转台静止）的时间为（　　） A． B．1s C． D． 3.（2026·湖北恩施·二模）如图所示，一半径为R的光滑圆环竖直放置，AB为其竖直直径。一根细绳一端固定在A点，另一端连接一个质量为m的小球，小球套在圆环上并处于静止状态，细绳与AB夹角为30°。圆环现以角速度绕AB轴匀速转动，重力加速度为g，保证小球的位置不动，则（　　） A．小球一定受三个力的作用 B．绳中拉力为0时， C．圆环对小球的弹力为0时， D．若小球不相对圆环滑动，则不超过 4．如题图甲和乙所示， 在竖直平面内建立直角坐标系，使形或抛物线形状的光滑杆顶点和对称轴分别与坐标系原点和轴重合。图甲中的形杆和图乙中的抛物线杆对应的方程分别为和。一光滑小圆环 （可视为质点） 套在杆上，两杆均可绕轴做匀速圆周运动。若杆转动的角速度大小取某个特殊值，小圆环能在杆上任意位置相对杆静止，则满足该要求的杆和转动的角速度是（已知在某点切线的斜率与该点横坐标的关系为，取。）（　　） A．形杆， B．抛物线杆， C．形杆， D．抛物线杆， 5．（25-26高三上·云南昆明·阶段检测）如图所示，质量均为m的A、B两个物块（均可视为质点），用一根不可伸长的轻绳连在一起，轻绳经过水平圆盘圆心的竖直线，开始时轻绳恰好拉直但无拉力，A、B两物块的转动半径为。A和B一起随圆盘绕竖直中心轴转动，转动角速度从零开始缓慢增大，直到两物块相对圆盘运动为止。它们与圆盘间的动摩擦因数均为，取最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，则（　　） A．当圆盘的角速度小于时，绳中有拉力 B．当圆盘的角速度大于时，绳中有拉力 C．当圆盘的角速度等于时，物块A受到的摩擦力为零 D．当圆盘的角速度等于时，物块A和B相对圆盘向A的一侧发生相对滑动 6．（2025·广东深圳·一模）一根轻质细线一端系一可视为质点的小球，细线另一端固定在一光滑圆锥顶上，如图1所示，设小球在水平面内做匀速圆周运动的角速度为，线的张力随变化的图像如图2所示（图中数值单位均为国际单位），取。下列说法正确的是（　　） A．细线的长度为1m B．细线的长度为0.5m C．小球的质量为2kg D．小球的质量为3kg 7．如图甲为火车过铁轨弯道时的情景，轨道的正视图如图乙所示。已知此处内外铁轨高度差为h，内外轨道的水平距离为d，火车转弯的轨道半径为R，火车的质量为m，火车速度为v，不考虑火车长度对受力情况造成的影响。下列说法正确的是（　　） A．当时，火车对内外轨道没有侧向挤压 B．当时，火车对内轨道有侧向挤压 C．火车受到的轨道对它的作用力大小为 D．当时，火车轮缘受到的侧向挤压力大小为 8．如图所示，叠放在水平转台上的物体、及物体能随转台一起以角速度匀速转动，物体、、的质量分别为2m、m、m，各接触面间的动摩擦因数都为，物体和离转台中心的距离分别为和。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物体、、均可视为质点，重力加速度大小为，下列说法正确的是（　　） A．物体对物体的摩擦力可能为 B．物体对物体的摩擦力为 C．转台的角速度需要满足 D．若转台的角速度缓慢增大，则最先滑动的是物体 9．（2026·陕西西安·一模）如右图所示，三个物体、和放在水平圆盘上，用两根不可伸长的轻绳分别连接、和、。物体、、与圆心距离分别为、和，已知，，物体、、在一条过圆心的直线上且与圆盘间的动摩擦因数均为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当圆盘以不同角速度绕过圆心的轴匀速转动时，、之间绳中弹力和、之间绳中弹力随的变化关系如下图所示，取，下列说法正确的是（　　） A．物体的质量 B．物体与圆心距离 C．当角速度为时，圆盘对的静摩擦力大小为 D．当角速度为时，、即将与圆盘发生相对滑动 10．（2026·福建·模拟预测）如图所示，水平圆盘可绕通过其中心O的竖直轴转动，圆盘半径，离水平地面高度，在圆盘边缘放置一质量的小物块，物块与圆盘间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知重力加速度大小g取，空气阻力不计，圆盘从静止开始缓慢加速转动，求： (1)物块恰与圆盘发生相对滑动时圆盘角速度的大小； (2)物块滑离圆盘后在空中运动的时间； (3)物块落地点与O点正下方地面上点的距离。 11．如图所示，倾角的斜面体固定在可以绕竖直轴转动的水平转台上，斜面最低点在转轴OO1上，质量均为m=1kg、可视为质点的两个小物块P、Q随转台一起匀速转动，P、Q到转轴OO1的距离均为0.4m，P与转台之间的动摩擦因数为0.5，Q与转台之间的动摩擦因数为0.8，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。转台转动时，P、Q均与转台保持相对静止，求： (1)当P不受摩擦力时转台的角速度； (2)转台角速度的最大值； (3)Q所受摩擦力的变化范围。 12．如图所示，水平圆形转台能绕过圆心的竖直转轴转动，转台半径，在转台的边缘叠放物体A、B（均可看作质点），A、B之间的动摩擦因数，B与转台之间动摩擦因数，且，，（取）求： (1)若开始的时候转台边缘只放上了B物体，求随着转速的增加，B物体即将发生滑动时所对应的角速度； (2)当物体A、B叠放在一起的时候，转台以匀速转动，如图甲，求此时转台对B的摩擦力大小； (3)现用一根长的轻绳将B、C相连，轻绳能够承受的最大拉力为，C物体（可看作质点）的质量，在让转台从静止缓慢加速转动至的过程中，如图乙，求转台对B的摩擦力第一次发生突变时的角速度，并写出突变后转台对B的摩擦力与角速度的函数关系。 情景 02 竖直面圆周临界情景 学情：绳模型、杆模型临界条件极易混淆，最高点容易错误认为速度必须大于零，忽略弹力方向变化。 考情：高考核心热点，多选、计算题都可出现，重点考查最高点临界速度、弹力突变。 口诀：竖直圆周分杆绳，最高点处判临界。绳有最小杆可为零，受力分解定向心。 13．（2025·山东济南·二模）如图所示，竖直圆形光滑轨道固定在水平地面上，右侧为管状结构，左侧为单层，外圆半径为R。将质量为m的小球置于轨道最高点，给小球一个轻微的扰动，让小球从右侧由静止滑下。已知管的内径略大于小球直径，且远小于外圆半径，重力加速度为g。关于小球的运动，下列说法正确的是（　　） A．小球一定能够回到轨道最高点 B．小球运动过程中对轨道的最大压力为6mg C．小球脱离轨道时的速度大小为 D．小球脱离轨道时离地面的高度为 14．（2025·辽宁·三模）如图所示，有一质量为m的小球在竖直固定的光滑圆形管道内运动，管径略大于小球的直径，小球的直径远小于内侧管壁半径R。A、C为管道的最高点和最低点，B为管道上与圆心等高的点，D为管道上的一点，且D与圆心连线和水平方向夹角为45°，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．若小球在A点的速度大小为，则外侧管壁对小球有作用力 B．若小球在B点的速度大小为，则内侧管壁对小球有作用力 C．若小球在C点的速度大小为，则小球对管道的内外壁均无作用力 D．若小球在D点的速度大小为，则外侧管壁对小球有作用力 15．如图所示，轻杆长3L，在杆两端分别固定质量为m的球A和质量为2m的球B，水平转轴穿过杆上距球A为L处的O点，在转轴带动下轻杆在竖直平面内绕O点匀速转动。某时刻轻杆处于竖直方向且转轴在竖直方向上恰好不受杆的作用力，重力加速度为g，转轴转动的角速度大小为（　　） A． B． C． D． 16．（2026·湖北·高考真题）如图所示，半径为、内壁光滑的圆环轨道固定在竖直平面内。初始时刻，质量为 的小球甲从圆环内表面最高处以大小为（为重力加速度大小）的水平初速度向右运动，同时质量为的小球乙从圆环内表面最低处以某一水平初速度向左运动。当甲第一次运动到圆环最低点时，乙恰好第一次运动到圆环最高点。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．乙的初速度大小为 B．甲、乙两小球运动的周期相等 C．任意时刻两小球的连线均过圆环圆心 D．任意时刻两小球对圆环作用力的合力均不为零 17．（2025·山东青岛·三模）如图所示，半径为R的光滑球固定在水平面上的A点，球上B点与球心O等高，C点位于A点正上方，水平面上距A点x处的P点与O、A在同一竖直面内。在POA面内将小球从P点以某一速度抛出，要使小球能够到达球的右侧，下列说法正确的是（　　） A．小球抛出的最小速度为 B．若小球恰好从C点掠过球面，则抛出的最小速度为 C．若，小球恰好从C点掠过球面，则抛出速度大小为 D．小球抛出后可从圆弧B点以上任一点切入球面，沿球面到达右侧 18．（2025·福建·高考真题）如图甲，竖直平面内，一长度大于4 m的水平轨道OP与光滑半圆形轨道PNM在P点平滑连接，固定在水平地面上。可视为质点的A、B两小物块靠在一起，静置于轨道左端。现用一水平向右推力F作用在A上，使A、B向右运动。以x表示A离开初始位置的位移，F随x变化的图像如图乙所示。已知A、B质量均为0.2 kg，A与水平轨道间的动摩擦因数为0.25，B与水平轨道间的摩擦不计，重力加速度大小取。 （1）求A离开初始位置向右运动1 m的过程中，推力F做的功； （2）求A的位移为1 m时，A、B间的作用力大小； （3）若B能到达M点，求半圆形轨道半径应满足的条件。 19．（2025·安徽·高考真题）如图，M、N为固定在竖直平面内同一高度的两根细钉，间距。一根长为的轻绳一端系在M上，另一端竖直悬挂质量的小球，小球与水平地面接触但无压力。时，小球以水平向右的初速度开始在竖直平面内做圆周运动。小球牵引着绳子绕过N、M，运动到M正下方与M相距L的位置时，绳子刚好被拉断，小球开始做平抛运动。小球可视为质点，绳子不可伸长，不计空气阻力，重力加速度g取。 (1)求绳子被拉断时小球的速度大小，及绳子所受的最大拉力大小； (2)求小球做平抛运动时抛出点到落地点的水平距离； (3)若在时，只改变小球的初速度大小，使小球能通过N的正上方且绳子不松弛，求初速度的最小值。 20．（2026·江苏·高考真题）如图所示，质量为的汽车驶上圆弧半径为的拱形桥，通过桥的最高点时汽车速度大小为，牵引力为，所受阻力为。g取。求在桥面最高点处，汽车 (1)向心加速度大小； (2)所受合力的大小。 21．（2026·西藏拉萨·二模）如图所示，从离地面高处的点沿水平方向抛出一个质量的物体，物体恰好无碰撞地沿圆弧切线从点进入竖直光滑圆弧轨道。、为圆弧的两端点，且在同一水平线上，圆弧半径，轨道最低点为，圆弧对应的圆心角，物体离开点后恰好能无碰撞地沿缓冲斜坡滑至点，并自动锁定。已知物体与缓冲斜坡间的动摩擦因数，取，，，求： (1)物体到达点时的速度大小； (2)在点物体对圆弧轨道的压力； (3)缓冲斜坡上、间的距离。 22．如图所示，半径均为R的圆心为的圆轨道和圆心为的圆形管状轨道在同一竖直平面内固定，与水平地面分别相切于B、D点，现让质量均为m的小球（均可视为质点）在两轨道内运动，小球直径略小于管内径，管内径远小于轨道半径R，重力加速度为g，不计空气阻力。 (1)若小球刚好能通过圆轨道最高点C，求此时小球在C点的速度大小； (2)若小球通过圆形管状轨道最高点E时，对轨道的压力大小为，求此时小球在E点的速度大小； (3)若小球在圆轨道内向上运动至F点时恰好脱离轨道，此时连线与水平方向间的夹角为，，。求此时小球在F点的速度大小。 23．质量为M，半径为R的半球静止地放置在光滑水平地面上，其表面也是光滑的。半球顶端放有一质量为m的小滑块（可视为质点），开始时两物体均处于静止状态。小滑块在外界的微小扰动下从静止开始自由下滑，小滑块的位置用其和球心连线与竖直方向夹角表示。已知重力加速度为g。 （1）若半球在外力作用下始终保持静止，求当半球对小滑块支持力等于滑块重力一半时对应角度的余弦值； （2）若半球可在水平面内自由滑动，现发现小物块脱离半球时对应角度为，已知cos37°=0.8，sin37°=0.6，试求： ①半球与小滑块质量之比； ②如下图所示，当运动时间无限小时，曲线运动可以看成圆周运动，对应圆称为曲率圆，其半径称为曲率半径，即把整条曲线用一系列不同曲率半径的小圆弧替代。求小滑块的运动轨迹曲线在其脱离半球时对应点的曲率半径（答案可用分数表示）。 24．火力发电的主要燃料是煤粉，将煤块制成煤粉的机械称为球磨机，其核心部件是一个半径的躺卧圆筒。圆筒绕水平中心轴旋转，将筒内的钢球带到一定高度后，钢球脱离筒壁落下将煤块击碎，截面简化如图。设筒内仅有一个质量为、大小不计的钢球，初始静止在最低点。（结果均可保留根式） (1)启动电机使圆筒加速转动，钢球与圆筒保持相对静止，第一次到达与圆心等高的位置时，圆筒的角速度，求此时圆筒对钢球弹力的大小； (2)当小钢球通过点时，与圆筒分离，此后小钢球仅在重力作用下到达位置，途中没有再与圆筒内壁发生碰撞，连线过点。求分离时圆筒的角速度及角大小； (3)停止工作后将圆筒洗净，内壁视为光滑。将一钢球从位置正下方的点由静止释放，与筒壁碰撞6次后恰好再回到点。若所有碰撞都是弹性的（即碰撞前后沿半径方向速度大小相等方向相反，沿切线方向速度不变），求之间的距离。 情景 03 倾斜面圆周临界情景 学情：不会正确正交分解重力与支持力，容易漏力，分不清斜面圆周的向心力平面。 考情：高考拓展模型，圆锥摆、斜面上物体圆周运动，常结合受力分析综合考查。 口诀：斜面圆周找平面，重力支持合力牵。倾角决定向心力，临界脱离看支持。 25．（26-27高三上·河南郑州·阶段检测）如图所示，倾斜圆盘绕过圆心O且与盘面垂直的转轴以角速度匀速转动，盘面有一可视为质点的物块随圆盘保持相对静止做匀速圆周运动。物块的质量为0.1kg，物块到转轴的距离为0.5m，物块与盘面的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，盘面与水平面夹角，重力加速度g=10m/s2.下列说法正确的是（　　） A．物块随圆盘保持相对静止做匀速圆周运动的最大向心力为0.3N B．运动过程中摩擦力方向始终指向圆盘中心 C．越大物块在最高点受到的摩擦力越大 D．倾斜圆盘角速度最大值 26．（2025·河北·模拟预测）如图所示，与水平方向成角放置的圆形沙画板上表面覆盖着一层细沙，每粒沙与画板间的动摩擦因数均相同，且。当画板绕垂直于板面的中心转轴匀速转动一段时间后，画板上沙粒形成的沙画图像（阴影部分）可能是（　　） A． B． C． D． 27．（2026·山东泰安·一模）如图所示，在倾角为的光滑斜面上，长为的轻质细绳一端拴接一可视为质点的小球，另一端固定于斜面上的点。小球在最低点A处获得一瞬时冲量，恰好能在斜面上做完整的圆周运动。在同一水平高度，连线与连线垂直，重力加速度为，则小球运动到C处时加速度大小为（　　） A． B． C． D． 28．（2026·山东青岛·三模）如图所示，长为的轻绳一端拴接在倾角为的光滑固定斜面上的点，另一端拴一小物块，开始时物块静止在最低点。在斜面内给物块一与轻绳垂直的初速度，使物块绕点做圆周运动。已知点为圆周的最高点，物块可看作质点，重力加速度大小，，下列说法正确的是（　　） A．为使物块到达点，初速度至少为 B．为使物块到达点，初速度至少为 C．物块沿圆周向上运动过程中切向加速度大小不变 D．物块沿圆周向上运动过程中切向加速度先减小后增大 29．（2026·安徽合肥·模拟预测）如图所示，在倾角为的光滑斜面上有一长的轻杆，杆一端固定在O点的转轴上，可绕O点自由转动，另一端固定一质量为的小球，小球在斜面上做圆周运动，重力加速度取。小球恰能到达最高点A，则小球在最高点A时杆的弹力是（　　） A．0 N B．0.25 N C．0.5 N D．1 N 30．（2026·四川宜宾·二模）如图，正方形ABCD为倾角的光滑绝缘斜面，边长，位于平行AB向下的匀强电场中，场强，一质量，带电的小球通过长为的轻绳一端固定于正方形中心O，将轻绳拉直并使小球在圆形虚线上某一位置P（未画出）静止。现给小球一垂直于绳的速度，小球开始在斜面上做圆周运动，当运动到圆形虚线的最低点时，绳子恰好断裂，之后小球刚好能够到达C点。不计一切阻力，重力加速度，则（　　） A．P点不可能在图中圆形虚线的最高点 B．绳能够承受的最大张力为1.8N C．绳断裂瞬间小球速度大小为 D．小球到达C点时速度大小为 31．（26-27高三上·内蒙古包头·阶段检测）如图所示，倾角为30°的光滑斜面固定在水平地面上，斜面ABCD是边长为的正方形，在其中心O处用长为的轻绳悬挂一可视为质点的小球，使小球静止。现给小球一个垂直于绳方向的初速度，小球恰好能在斜面上做完整的圆周运动。取重力加速度。则（　　） A．的大小为 B．的大小为 C．若小球沿斜面向上运动到与O点等高时剪断轻绳，从剪断轻绳到小球离开斜面所用的时间为1.6s D．小球运动到最低点时细绳的拉力为30N 32．（2026·河北沧州·一模）游乐园某游戏装置简化图如下，用一根长为L的细线把质量为m的小球P悬挂在倾角为斜面上的O点，小球静止在最低点，质量为0.5m的子弹以某初速度沿水平方向打入小球并留在其中，小球恰能在斜面上做完整的圆周运动。已知重力加速度为g，不计一切摩擦。下列说法中正确的是（　　） A．整个过程中系统的机械能不守恒 B．小球做圆周运动过程中的最小速度为 C．子弹打入小球前后细线拉力大小的变化量为4mg D．子弹的初速度大小为 33．（25-26高三下·云南曲靖·开学考试）如图所示，一个风力实验空间可以提供水平向右的恒定风力，一质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点，若将小球拉到最低点，并给小球垂直纸面向里的初速度，发现小球恰好沿一倾斜平面做匀速圆周运动，直线OP与OA的夹角为。（已知重力加速度为g，小球可视为质点，忽略其他阻力，），则（　　） A．图中夹角为 B．初速度 C．物体从A点到B点风力对物体做功 D．物体在运动过程中机械能守恒 34．（2026·湖北襄阳·模拟预测）如图所示，倾角均为的两个光滑斜面体固定放置，两个斜面、均是正方形，的边长为，的边长未知，是的中点，是的中心，、、在同一条直线上。质量为的小球（视为质点）用长为的轻质细线系于点，在点给小球一个沿方向、大小为的初速度，绕点在斜面内做圆周运动，当小球再次运动到点时，突然剪断细线（不影响小球的速度），此后小球沿斜面运动并从c点离开，重力加速度为，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．剪断细线前，小球在点时细线的拉力大小为 B．小球在点的速度大小为 C．的边长为 D．剪断细线后，小球从到的运动时间为 35．如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定轴以恒定角速度转动，盘面上离转轴距离处有一质量、可视为质点的物体与圆盘始终保持相对静止。盘面与水平面的夹角为是轨迹圆上的最高点，是轨迹圆上的最低点，是半圆弧的中点，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取，，。求： (1)物体在点受到的摩擦力大小； (2)物体在点受到的摩擦力大小； (3)物体与盘面间的动摩擦因数的最小值。 36．某山地救援队进行“斜面绳球投放”训练，简化模型如图所示。在倾角为的光滑矩形斜面上（为斜面与水平地面的交线），有一根长为的细线，细线的一端固定在点，另一端连接着一个可视为质点的小球。小球质量为，过点平行于的直线交于点，的长度为。现使小球恰好能在斜面上做完整的顺时针圆周运动。某次小球过点时速度，细线被割断（割断前后不影响小球速度），小球沿着轨迹运动，在小球刚要离开斜面点时，给小球施加一个沿（小球在点时的速度）方向、大小为的恒力。从点割断细线瞬间开始计时，小球经落到水平地面上的点（图中未画出点），点是小球离开斜面的位置，点为点在水平面上的投影点。不考虑小球反弹，忽略空气阻力，，，重力加速度取。 (1)小球经过点时速率； (2)小球到达点细线被割断前，小球对细线的拉力的大小； (3)求落地时点到点的距离。 情景 04 三维空间圆周临界情景 学情：局限二维思维，难以识别圆锥摆这类空间模型，分不清圆周轨迹所在水平面。 考情：压轴小问高频，圆锥摆、立体旋转模型，考查空间受力与几何关系结合。 口诀：空间圆周水平面，摆角关联几何边。合力水平提供向心，临界条件看形变。 37．（2026·江苏徐州·模拟预测）马年春晚舞蹈《喜雨》技惊四座，舞者头顶斗笠匀速转动时，下列图线中与斗笠边缘的一串串珠实际形态最接近的是（　　） A． B． C． D． 38．（2025·浙江嘉兴·三模）如图所示，某兴趣小组用长为的细线将小球悬挂于点，A为最低点，与点等高，用沿OA方向的平行光照射该装置。实验方案一是将装置置于地面实验室中，拉直细线让小球从点静止释放；实验方案二是将装置置于我国空间站中，在A点给小球一个的垂直方向的初速度。不计空气阻力，则两种实验方案中小球（　　） A．运动的轨迹相同 B．在最低点受到的拉力相同 C．方案二中投影的运动是简谐运动 D．方案一中投影的运动周期较方案二小 39．（2025·陕西·模拟预测）如图所示，竖直放置的圆筒内壁光滑，圆筒半径为，高为。、为圆筒上、下底面圆上的两点，且连线竖直，一可视为质点的小球由点沿筒内侧与半径垂直方向水平抛出，小球质量为，初速度大小为。小球的运动轨迹与的交点依次为上的A、、三点，重力加速度为，不计空气阻力，则以下说法正确的是（　　） A．小球到达点时下落高度为 B．小球在A、、三点时对筒壁的压力大小之比为 C．A、间距离为 D．小球在点时所受合力大小为 40．如图，两端开口的圆筒与水平地面成一定角度倾斜放置。是圆筒的中轴线，M、N是筒壁上的两个点，且。一个可视为质点的小球自M点正上方足够高处自由释放，由M点无碰撞进入圆筒后一直沿筒壁运动，a、b、c是小球运动轨迹依次与MN的交点。小球从M到a用时t1，从a到b用时t2，从b到c用时t3，小球经过a、b、c时对筒壁压力大小分别为Fa、Fb、Fc，lMa、lab、lbc表示M、a、b、c相邻两点间的距离，不计一切摩擦和空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．== B． C． D． 41．（2025·山东·高考真题）如图所示，在无人机的某次定点投放性能测试中，目标区域是水平地面上以O点为圆心，半径R1=5m的圆形区域，OO′垂直地面，无人机在离地面高度H=20m的空中绕O′点、平行地面做半径R2=3m的匀速圆周运动，A、B为圆周上的两点，∠AO′B=90°。若物品相对无人机无初速度地释放，为保证落点在目标区域内，无人机做圆周运动的最大角速度应为ωmax。当无人机以ωmax沿圆周运动经过A点时，相对无人机无初速度地释放物品。不计空气对物品运动的影响，物品可视为质点且落地后即静止，重力加速度大小g=10m/s2。下列说法正确的是（　　） A． B． C．无人机运动到B点时，在A点释放的物品已经落地 D．无人机运动到B点时，在A点释放的物品尚未落地 42．如图甲所示，一水平放置的内表面光滑对称“V”型二面体，可绕其竖直中心轴在水平面内匀速转动，其二面角为120°，截面图如图乙所示。面ABCD和面CDEF的长和宽均为L=20cm，CD距水平地面的高度为。置于AB中点P的小物体（视为质点）恰好在ABCD面上没有相对滑动，取重力加速度。（　　） A．“V”型二面体匀速转动的角速度 B．“V”型二面体匀速转动的角速度 C．若“V”型二面体突然停止转动，小物体从二面体上离开的位置距离AB边距离2.5cm D．若“V”型二面体突然停止转动，小物体从二面体上离开的位置距离AB边距离5cm 43．（2025·广东汕头·二模）学习小组利用手机和自行车探究圆周运动的相关知识。已知手机的加速度传感器可以测量x、y、z三个方向的加速度值（如图1），将自行车架起，手机固定在自行车后轮轮毂上（如图（2），轮胎厚度不计），转动踏板，后轮带动手机在竖直面内做圆周运动。 (1)若加速转动踏板，则手机可测到哪些方向的加速度值不为零？______ A．x、y方向的加速度值 B．x、z方向的加速度值 C．y、z方向的加速度值 (2)利用Phyphox软件可以直接作出向心加速度an与角速度ω的关系图象，为了直观判断它们的关系，应让软件作出an−________（选填“ω”或“ω2”）图像。 (3)若由（2）所作图像测出斜率为k，已知自行车后轮半径为R，则手机的加速度传感器到轮胎边缘的距离为_____________（用题中符号表示），查阅相关资料得知该手机使用的加速度传感器质量为m，当后轮角速度为ω0时，则手机的加速度传感器做圆周运动的向心力Fn=________（用题中符号表示）。 44．（2026·浙江·高考真题）如图所示。一宽度为d的光滑长方形平板MNQP，长边MN、PQ分别平滑连接半径均为r的光滑圆弧面，形成“U”形槽，将其整体固定在水平地面上。现有质量为m的物块a，从圆弧面上相对平板竖直高度为h的A点静止下滑(h<< r)，途经圆弧面上最低点B，平板上有一质量为的物块b与MN成45°角从O点滑入圆弧面，第一次到达最高点时恰好与同时到达最高点的物块a发生弹性碰撞。两物块均为质点。 (1)求物块a第一次经过B点时速度大小v0和所受支持力FN； (2)从A到B的过程：物块a相对于B点位移为x，求其所受回复力F与x的关系式； (3)求物块b的初速度大小vb以及碰撞后瞬间物块a的速度大小va； (4)若h=0.032m，r=10m，d=0.4m，要使物块a从NQ之间滑离，求BQ间距L的范围。 45．雪地转椅是一种游乐项目，其中心传动装置带动转椅在雪地上滑动。如图（a）、（b）所示，传动装置有一高度可调的水平圆盘，可绕通过中心O点的竖直轴匀速转动。圆盘边缘A处固定连接一轻绳，轻绳另一端B连接转椅（视为质点）。转椅运动稳定后，其角速度与圆盘角速度相等。转椅与雪地之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，不计空气阻力。 （1）在图（a）中，若圆盘在水平雪地上以角速度匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕O点做半径为的匀速圆周运动。求与之间夹角的正切值。 （2）将圆盘升高，如图（b）所示。圆盘匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕点做半径为的匀速圆周运动，绳子与竖直方向的夹角为，绳子在水平雪地上的投影与的夹角为。求此时圆盘的角速度。 46．（2026·山东·高考真题）如图甲所示，半径r = 1m的圆筒竖直放置，上下底面圆心分别为O和O′，筒内有三个互成120°角且可以绕OO′转动的竖直矩形叶片S1、S2和S3，叶片与圆筒上下齐平，宽度等于圆筒半径，N为圆筒上底边沿一点。圆筒上底面固定一半径的水平圆形轨道，轨道上有一长度可忽略的缺口位于O点，OM为轨道直径且OM⊥ON；在轨道的M点放置一小物体，某时刻该物体在内力作用下突然分成A、B两部分并弹开，其质量分别为mA、mB。A以vA = 1m/s的速率沿轨道运动至缺口进入圆筒，在筒内做平抛运动后恰好紧贴圆筒下底面沿边穿出。已知g = 10m/s2。忽略空气阻力及一切摩擦，轨道、圆筒和叶片的厚度均忽略不计。 (1)求A在轨道内运动的时间及圆筒高度； (2)若叶片以恒定角速度ω顺时针转动，且A运动至缺口时，S1恰好转过ON位置，如图乙所示，随后A未与叶片碰撞，从圆筒下底面沿边穿出时，S2恰好转至ON位置。 （ⅰ）求角速度的大小ω； （ⅱ）若B运动至缺口后能从任意两个叶片间的区域穿过圆筒，且未与叶片及筒壁碰撞，求。 47．（2026·福建·模拟预测）如图所示，水平圆盘可绕通过其中心O的竖直轴转动，圆盘半径，离水平地面高度，在圆盘边缘放置一质量的小物块，物块与圆盘间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知重力加速度大小g取，空气阻力不计，圆盘从静止开始缓慢加速转动，求： (1)物块恰与圆盘发生相对滑动时圆盘角速度的大小； (2)物块滑离圆盘后在空中运动的时间； (3)物块落地点与O点正下方地面上点的距离。 48．（2025·云南·模拟预测）如图所示，粗糙水平桌面上固定一半圆形竖直挡板，其半径为2R、内表面光滑，挡板的两端A、B在桌面边缘，B与半径为R的固定圆管轨道在同一竖直平面内，ED是竖直直径，C、E是管口，管的内壁粗糙。现让质量为m的小物块（可视为质点）以的水平初速度由A点切入挡板内侧，从B点飞出桌面后，经过时间正好从管口C（与管口无碰撞）进入圆管，然后沿着管壁运动到E点，此时小物块对下管壁的压力，已知，重力加速度为g，忽略空气阻力。求小物块： (1)到达E点时的速度大小； (2)沿轨道运动过程中阻力所做的功； (3)与桌面之间的动摩擦因数。 1 / 37 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $