小题精练 07 圆周运动问题-备考2025年高考物理题型突破讲练

修改时间:2025-02-18 浏览次数:16 类型:二轮复习 编辑

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一、圆周运动基本量

  • 1. 如图所示,普通轮椅一般由轮椅架、车轮、刹车装置等组成。车轮有大车轮和小车轮,大车轮上固定有手轮圈,手轮圈由患者直接推动。已知大车轮、手轮圈、小车轮的半径之比为9∶8∶1,假设轮椅在地面上做直线运动,手和手轮圈之间、车轮和地面之间都不打滑,则下列说法正确的是(       )

    A . 大车轮与小车轮的角速度之比为9∶1 B . 手轮圈与小车轮的角速度之比为8∶9 C . 大车轮轴心与小车轮轴心的速度之比为1∶1 D . 大车轮与手轮圈两边缘的线速度之比为1∶1
  • 2. 如图所示,某款自行车大齿轮总齿数为 , 小齿轮总齿数为 , 后轮直径为D。某同学骑行时,匀速蹬脚踏板带动大齿轮每秒钟转N圈,则自行车向前行驶的车速为(  )

    A . B . C . D .
  • 3. 在东北严寒的冬天,有一项“泼水成冰”的游戏,具体操作是把一杯滚烫的开水按一定的弧线均匀快速地泼向空中,泼洒出的小水珠和热气被瞬间凝结成冰而形成壮观的场景。如图甲所示是某人玩泼水成冰游戏的精彩瞬间,图乙为其示意图。假设泼水过程中杯子做匀速圆周运动,在内杯子旋转了。下列说法正确的是(  )

    A . P位置的小水珠速度方向沿a方向 B . P、Q两位置,杯子的向心加速度相同 C . 杯子在旋转时的线速度大小约为 D . 杯子在旋转时的向心加速度大小约为
  • 4. 如图1所示为某修正带照片,图2为其结构示意图。修正带由出带轮、传动轮、收带轮、基带、出带口等组成。测量可知出带轮有45齿,半径为 , 传动轮齿数未知,半径为 , 收带轮有15齿,半径未知,下列选项正确的是(       )

    A . 使用时,出带轮与收带轮转动方向相反 B . 根据题中信息,可以算出传动轮的齿数 C . 根据题中信息,不能算出收带轮轴心到齿轮边缘的半径 D . 在纸面长时间匀速拉动修正带时,出带轮边缘某点的向心加速度大小不变
  • 5. 图(a)是某型号气门结构的简化图:金属块和固定弹簧座连接弹簧上端和下端,偏心轮轴位置固定,偏心轮以恒定角速度ω转动,带动金属块与推杆整体上下往复运动,配合气门机构完成进气、出气,此过程弹簧一直处于压缩状态,偏心轮与金属块始终保持接触。偏心轮横截面如图(b),在t=0时通过轮轴的偏心轮直径恰好处于水平位置,则(  )

    A . 推杆上下往复运动的周期为 B . 时弹簧的弹性势能最大 C . 偏心轮上各点的线速度最大值为 D . 偏心轮上各点的向心加速度最大值为
  • 6. 如图所示,直径为d的竖直圆筒绕中心轴线以恒定的转速匀速转动。一子弹以水平速度沿圆筒直径方向从左侧射入圆筒,从右侧射穿圆筒后发现两弹孔在同一竖直线上且相距为h,重力加速度为g,则(       )

    A . 子弹在圆筒中的水平速度为 B . 子弹在圆筒中的水平速度为 C . 圆筒转动的角速度可能为 D . 圆筒转动的角速度可能为
  • 7. 在我国汉代,劳动人民就已经发明了辘轳,如图所示,可转动的把手边缘上点到转轴的距离为 , 辘轳边缘点到转轴的距离为 , 忽略空气阻力。在水桶离开水面后加速往上运动的过程中,下列说法正确的有(  )

    A . 把手边缘上点的角速度等于辘轳边缘点的角速度 B . 水桶上升的速度大小等于把手边缘上点的线速度大小 C . 绳子拉力对水桶做的功等于水桶和水的机械能的增加量 D . 拉力对水桶的冲量等于水桶动量的变化量

二、水平面的圆周运动

  • 8. 如图所示,摩托车手在水平弯道上匀速转弯时(  )

    A . 车手身体各处的加速度大小都相等 B . 车和人的总重力与地面对车的支持力是一对平衡力 C . 车对地面的压力与地面对车的作用力是一对作用力与反作用力 D . 地面对车的作用力不大于车和人的总重力
  • 9. 为了使汽车快速安全通过弯道,高速公路转弯处的路面通常设计成外侧高、内侧低。已知某高速公路转弯处是一圆弧,圆弧半径r=850m,路面倾角θ=6°(tan6°=0.105),汽车与路面的摩擦因数μ=0.6,则在该弯道处(  )

    A . 汽车受到重力、支持力和向心力 B . 汽车所需的向心力等于其所受地面的支持力 C . 当汽车速度等于120km/h时,汽车会受到平行于路面指向弯道内侧的摩擦力 D . 若汽车速度小于60km/h,汽车会向内侧滑动
  • 10. 如图为某闯关游戏简化图。一绕过其圆心O的竖直轴顺时针匀速转动的圆形转盘浮在水面上,转盘表面始终保持水平,M为转盘边缘上一点。某时刻,一挑战者从水平跑道边缘 点以速度向右跳出,初速度方向平行于方向,且运动轨迹与此时刻在同一竖直平面内,随后参赛者正好落在M点,不计空气阻力。下列说法正确的是(  )

    A . 若跳出时刻不变,仅增大 , 参赛者必定落水 B . 若跳出时刻不变,仅减小 , 参赛者一定会落在OM之间 C . 若跳出时刻不变,仅增大转盘的转速,参赛者不可能落在M点 D . 若跳出时刻不变,仅减小转盘的转速,参赛者可能落在M点
  • 11. 如图所示,水平轻弹簧一端连接物块m,另一端固定在水平转盘的中心轴上,转盘绕中心轴匀速转动的角速度为ω,弹簧没有超过弹性限度,转盘足够大。已知物块与转盘间的动摩擦因数为μ,弹簧原长为l0 , 劲度系数为 , g为重力加速度。以下说法正确的是(  )

    A . 时,弹簧弹力一定为0 B . 时,弹簧长度可能为 C . ω由0缓慢增大,摩擦力一直增大 D . ω由0缓慢增大,弹簧的弹力不为零,且一直增大
  • 12. 汽车的自动泊车系统持续发展,现有更先进的“全自动泊车”。如图所示为某次电动汽车自动泊车全景示意图。汽车按图示路线(m圆弧与直线构成)顺利停车。汽车与地面间的动摩擦因数为0.3(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),重力加速度g=10m/s2 , 汽车可视为质点,下列说法正确的是(  )

    A . 汽车在匀速转弯过程中做匀变速曲线运动 B . 匀速转弯时,汽车空载与满载的最大允许速度一样大 C . 汽车泊车过程中重力的冲量为零 D . 汽车在泊车过程中受到的摩擦力总是与运动方向相反
  • 13.  如图所示,光滑的圆锥体固定在水平地面上,其轴线沿竖直方向,在圆锥体顶用长的细线悬挂一质量的小球(可视为质点),小球静止时细线与圆锥表面平行且细线与轴线的夹角。已知圆锥体的高度 , 细线能承受的最大拉力 , 取重力加速度大小。现使圆锥体绕其轴线缓慢加速转动,小球也随圆锥体一起做角速度缓慢增大的圆周运动(不同时间内均可视为匀速圆周运动)。

    (1) 求小球即将离开圆锥体表面时的角速度大小
    (2) 当小球的角速度大小时,求细线上的拉力大小
    (3) 若细线上的拉力达到最大拉力的瞬间细线绷断,此瞬间小球速度不受影响,求小球落到水平地面的位置到圆锥体轴线的距离d。

三、竖直面的圆周运动

  • 14. 如图所示为某弹射游戏装置,游戏轨道由水平直轨道AB和两个半径为、圆心角的圆弧轨道BC、组成,OB、竖直,小球(可视为质点)能无碰撞地从轨道BC进入轨道。小球1被固定于A处的弹簧弹出后,与静置在水平轨道的小球2发生弹性碰撞。游戏设置一、二、三等奖:若小球2能够进入圆弧轨道获三等奖,若小球2能在圆弧轨道(不包括D点)段脱离获二等奖,若小球1能在圆弧轨道(不包括D点)段脱离则获一等奖,其他情况都不能获奖。已知小球1的质量 , 小球2的质量 , 重力加速度g取 , 忽略一切摩擦,不考虑小球间的二次碰撞。

    (1) 若游戏能获奖,则小球2进入B点时,求轨道BC对小球弹力的最小值;
    (2) 小球2碰后的速度多大时,游戏能获二等奖;
    (3) 弹性势能满足什么条件时可获一等奖。
  • 15. 如图甲所示,筒车是利用水流带动车轮,使装在车轮上的竹筒自动将水提上岸进行灌溉。其简化模型如图乙所示,转轴为O,C、O、D在同一高度,A、B分别为最低点和最高点,E、F为水面。筒车在水流的推动下做匀速圆周运动,竹筒顺时针转动,其做匀速圆周运动的半径为R,角速度大小为。竹筒在A点开始打水,从F点离开水面。假设从A点到B点的过程中,竹筒所装的水质量为m且保持不变,重力加速度为g。下列说法正确的是(  )

    A . 竹筒做匀速圆周运动的周期为 B . 竹筒从C点到B点的过程中,重力的功率逐渐减小 C . 竹筒过C点时,竹筒对水的作用力大小为 D . 水轮车上装有16个竹筒,则相邻竹筒打水的时间间隔为
  • 16. 汽车行驶中经常会经过一些凹凸不平的路面,其凹凸部分路面可以看作圆弧的一部分,如图所示的A、B、C处,其中B处的曲率半径最大,A处的曲率半径为 , C处的曲率半径为 , 重力加速度为。若有一辆可视为质点、质量为的小汽车与路面之间各处的动摩擦因数均为 , 当该车以恒定的速率沿这段凹凸路面行驶经过A、B、C三点时,下列说法正确的是(  )

    A . 汽车在A处受到的摩擦力大小为 B . 汽车经过A处时处于失重状态,经过C处时处于超重状态 C . 汽车在A点的行驶速度小于时,汽车将做平抛运动 D . 汽车经过C处时所受的向心力最小
  • 17. 如图所示,竖直平面内固定有一个半径为R的光滑圆环形细管,现给小球(直径略小于管内径)一个初速度,使小球在管内做圆周运动,小球通过最高点时的速度为v。已知重力加速度为g,则下列叙述中正确的是(  )

    A . v的最小值为 B . 时,小球处于完全失重状态,不受力的作用 C . 时,轨道对小球的弹力方向竖直向下 D . 当v由逐渐减小的过程中,轨道对小球的弹力也逐渐减小
  • 18. 人们用滑道从高处向低处运送货物.如图所示,可看作质点的货物从圆弧滑道顶端点静止释放,沿滑道运动到圆弧末端点时速度大小为。已知货物质量为 , 滑道高度 , 且过点的切线水平,重力加速度取。关于货物从点运动到点的过程,下列说法正确的有(       )

       

    A . 重力做的功为 B . 克服阻力做的功为 C . 经过点时向心加速度大小为 D . 经过点时对轨道的压力大小为
  • 19. 如图所示,两个圆弧轨道固定在水平地面上,半径R相同,a轨道由金属凹槽制成,b轨道由金属圆管制成(圆管内径远小于半径R),均可视为光滑轨道,在两轨道右端的正上方分别将金属小球A和B(直径略小于圆管内径)由静止释放,小球距离地面的高度分别用表示,下列说法中正确的是(       )

    A . , 两小球都能沿轨道运动到最高点 B . , 两小球在轨道上上升的最大高度均为 C . 适当调整 , 均可使两小球从轨道最高点飞出后,恰好落在轨道右端口处 D . 若使小球沿轨道运动并且从最高点飞出,的最小值为 , B小球在的任何高度释放均可
  • 20.  如图所示,AB为竖直光滑圆弧的直径,其半径R=0.9m,A端沿水平方向。水平轨道BC与半径r=0.5m的光滑圆弧轨道CDE相接于C点,D为圆轨道的最低点,圆弧轨道CDDE对应的圆心角θ=37°。圆弧和倾斜传送带EF相切于E点,EF的长度为l=10m。一质量为M=1kg的物块(视为质点)从水平轨道上某点以某一速度冲上竖直圆轨道,并从A点飞出,经过C点恰好沿切线进入圆弧轨道,再经过E点,随后滑上传送带EF。已知物块经过E点时速度大小与经过C点时速度大小相等,物块与传送带EF间的动摩擦因数μ=0.75,取g=10m/s2 , sin37°=0.6,cos37=0.8。求:

    (1) 物块从A点飞出的速度大小vA和在A点受到的压力大小FA
    (2) 物块到达C点时的速度大小vC及对C点的压力大小FC
    (3) 若传送带顺时针运转的速率为v=4m/s,求物块从E端到F端所用的时间。

四、破鼎提升

  • 21.  如图所示,在水平桌面上有一轻质弹簧,弹簧左端固定,现有一质量为m的小球(可视为质点)将水平轻质弹簧压缩x0长度后由静止释放,小球弹出后经A点水平抛出,恰好从B点沿B点切线方向进入半径为R的竖直圆管中(圆管内径略大于小球直径),小球从圆管最高点E离开后又恰能到达B点。已知E、O、C三点在同一竖直线上,∠BOC=60°,弹簧的弹性势能Ep与弹簧的形变量x以及弹簧的劲度系数k之间的关系式为 , 重力加速度为g,不计空气阻力和所有摩擦,则小球经弹簧弹出从A到达E又回到B的过程中,下列说法正确的是(  )

    A . 小球从圆管最高点E离开时受到圆管壁竖直向下的压力大小为 B . 小球从A点水平抛出的速度大小为 C . A、B两点之间的高度差为 D . 弹簧的劲度系数为
  • 22. 如图所示,长度为l的轻绳一端固定在O点,另一端系着一个质量为m的小球,当小球在最低点时,获得一个水平向右的初速度 , 重力加速度为g , 不计空气阻力。在此后的运动过程中,下列说法正确的是(  )

      

    A . 小球恰好能到达竖直面内的最高点 B . 当小球运动到最右端时,小球所受的合力大小为2mg C . 轻绳第一次刚好松弛时,轻绳与竖直方向夹角的余弦值为 D . 初状态在最低点时,细绳对小球的拉力大小为4mg
  • 23. 如图所示是杂技演员用细绳悬挂杯子在表演“水流星”的节目,对于杯子经过最高点时水的受力情况,下列说法正确的是(    )

    A . 水处于失重状态,不受重力的作用 B . 杂技运动员可通过技术调整使杯子在最高点的速度为零 C . 由于水做圆周运动,因此必然受到重力和向心力的作用 D . 杯底对水的作用力可能为零
  • 24. 如图所示,一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置,直径POQ水平。一质量为m的小球(可看成质点)从P点上方高为R处由静止开始下落,恰好从P点进入轨道。小球滑到轨道最低点N时,对轨道的压力大小为4mg,g为重力加速度。用W表示小球从P点运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功,则(   )

    A . W=mgR,小球恰好可以到达Q点 B . W>mgR,小球不能到达Q点 C . W=mgR,小球到达Q点后,继续上升一段距离 D . W<mgR,小球到达Q点后,继续上升一段距离
  • 25. 如图所示,一个圆形的光滑绝缘空心管道固定在竖直面上。过管道的圆心点的水平直径上,在A点处固定一个电荷量大小为的正电荷,在B点固定一个未知电荷。在这两个点电荷共同产生的电场中,一个可以看作质点,质量为 , 电荷量大小未知的带电小球,在管道内进行圆周运动。当这个带电小球以特定的速度经过管道的最低点点时,小球恰好与空心管上、下壁均无挤压且无沿切线方向的加速度,间的距离为L, , 静电力常量为。则以下说法正确的是(  )

    A . 小球带负电 B . 处点电荷为负电荷,电荷量大小为 C . 小球运动到最高点,空心管对小球的作用力大小为 , 方向竖直向上 D . 小球从最低点运动到最高点,电势能减小
  • 26.  某同学的寒假物理选做作业——原创题目荣获一等奖。题目如下:一个四分之三圆形轨道竖直固定于水平面上,一个小球(可视为质点)由四分之三圆形轨道左侧入口A正上方静止释放自由下落,已知小球与A点距离为h , 圆形轨道半径为R , 不计空气阻力,若小球在BC段上脱离轨道,下列说法正确的是(    )

    A . h的取值范围为 B . 脱离点与O点所在水平面之间的距离为 C . 当小球到达最高点时,小球与水平面之间的距离为 D . 若小球能经过O点,则
  • 27. 如图所示,半径的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内,轨道的一个端点B和圆心O的连线与水平方向间的夹角θ=37°,另一端点C为轨道的最低点,其切线水平。一质量M=2kg、板长L=0.65m的滑板静止在光滑水平地面上,左端紧靠C点,其上表面所在平面与圆弧轨道C点和右侧固定平台D等高。质量为m=1kg的物块(可视为质点)从空中A点以v0=0.6m/s的速度水平抛出,恰好从轨道的B端沿切线方向进入圆弧轨道,然后沿圆弧轨道滑下经C点滑上滑板。滑板运动到平台D时被牢固粘连。已知物块与滑板间的动摩擦因数μ=0.5,滑板右端到平台D左侧的距离s在(0.1m<s<0.5m范围内取值。取g=10m/s2 , sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:

    (1) 物块到达B点时的速度大小vB
    (2) 物块经过C点时对圆弧轨道的压力大小;
    (3) 试讨论物块刚滑上平台D时的动能EkDs的大小关系。

五、直击高考

  • 28.   如图所示,M、N两个钉子固定于相距a的两点,M的正上方有不可伸长的轻质细绳,一端固定在M上,另一端连接位于M正下方放置于水平地面质量为m的小木块B,绳长与M到地面的距离均为10a,质量为2m的小木块A,沿水平方向于B发生弹性碰撞,碰撞时间极短,A与地面间摩擦因数为 , 重力加速为g,忽略空气阻力和钉子直径,不计绳被钉子阻挡和绳断裂时的机械能损失。

    (1) 若碰后,B在竖直面内做圆周运动,且能经过圆周运动最高点,求B碰后瞬间速度的最小值;
    (2) 若改变A碰前瞬间的速度,碰后A运动到P点停止,B在竖直面圆周运动旋转2圈,经过M正下方时细绳子断开,B也来到P点,求B碰后瞬间的速度大小;
    (3) 若拉力达到12mg细绳会断,上下移动N的位置,保持N在M正上方,B碰后瞬间的速度与(2)间中的相同,使B旋转n圈。经过M正下的时细绳断开,求MN之间距离的范围,及在n的所有取值中,B落在地面时水平位移的最小值和最大值。
  • 29.  水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体,如图(a)所示,图(b)为俯视图,测得圆盘直径D = 42.02cm,圆柱体质量m = 30.0g,圆盘绕过盘心O1的竖直轴匀速转动,转动时小圆柱体相对圆盘静止。

    为了研究小圆柱体做匀速圆周运动时所需要的向心力情况,某同学设计了如下实验步骤:

    (1) 用秒表测圆盘转动10周所用的时间t = 62.8s,则圆盘转动的角速度ω = rad/s(π取3.14)
    (2) 用游标卡尺测量小圆柱体不同位置的直径,某次测量的示数如图(c)所示,该读数d = mm,多次测量后,得到平均值恰好与d相等。
    (3) 写出小圆柱体所需向心力表达式F = (用D、m、ω、d表示),其大小为N(保留2位有效数字)
  • 30. 如图所示空间原有大小为E、方向竖直向上的强电场,在此空间同一水平面的 M、N点固定两个等量异种点电荷,绝缘光滑圆环ABCD垂直MN放置,其圆心O在MN的中点,半径为R、AC 和BD分别为竖直和水平的直径。质量为 m、电荷量为+q的小球套在圆环上,从A 点沿圆环以初速度V0做完整的圆周运动,则( )

    A . 小球从A 到 C的过程中电势能减少 B . 小球不可能沿圆环做匀速圆周运动 C . 可求出小球运动到 B 点时的加速度 D . 小球在D 点受到圆环的作用力方向平行 MN
  • 31. 如图所示,光滑水平轨道AB与竖直面内的光滑半圆形轨道BC在B点平滑连接.一小物体将轻弹簧压缩至A点后由静止释放,物体脱离弹簧后进入半圆形轨道,恰好能够到达最高点C.下列说法正确的是(    )

    A . 物体在C点所受合力为零 B . 物体在C点的速度为零 C . 物体在C点的向心加速度等于重力加速度 D . 物体在A点时弹簧的弹性势能等于物体在C点的动能
  • 32.  如图,一光滑大圆环固定在竖直平面内,质量为m的小环套在大圆环上,小环从静止开始由大圆环顶端经Q点自由下滑至其底部,Q为竖直线与大圆环的切点。则小环下滑过程中对大圆环的作用力大小(  )

    A . 在Q点最大 B . 在Q点最小 C . 先减小后增大 D . 先增大后减小
  • 33.  2024年5月,嫦娥六号探测器发射成功,开启了人类首次从月球背面采样返回之旅。将采得的样品带回地球,飞行器需经过月面起飞、环月飞行、月地转移等过程。月球表面自由落体加速度约为地球表面自由落体加速度的。下列说法正确的是(  )
    A . 在环月飞行时,样品所受合力为零 B . 若将样品放置在月球正面,它对月球表面压力等于零 C . 样品在不同过程中受到的引力不同,所以质量也不同 D . 样品放置在月球背面时对月球的压力,比放置在地球表面时对地球的压力小
  • 34. 如图,半径为 R 的圆环水平放置并固定,圆环内有质量为 mA和 mB的小球 A 和 B(mA>mB)。初始时小球 A 以初速度 v0沿圆环切线方向运动,与静止的小球 B 发生碰撞。不计小球与圆环之间的摩擦,两小球始终在圆环内运动。

    (1) 若小球 A 与 B 碰撞后结合在一起,求碰撞后小球组合体的速度大小及做圆周运动所需向心力的大小;
    (2) 若小球 A 与 B 之间为弹性碰撞,且所有的碰撞位置刚好位于等边三角形的三个顶点,求小球的质量比 。
    (3) 若小球 A 与 B 之间为非弹性碰撞,每次碰撞后的相对速度大小为碰撞前的相对速度大小的 e 倍(0<e<1),求第 1 次碰撞到第 2n+1 次碰撞之间小球 B 通过的路程。
  • 35.  如图所示. 在细绳的拉动下,半径为  的卷轴可绕 其固定的中心点  在水 平面内转动. 卷轴上沿半 径方向固定着长度为  的细管,管底在  点. 细管 内有一根原长为  、劲度系数为  的轻质弹簧,弹 簧底端固定在管底,顶端连接质量为  、可视为质 点的插销. 当以速度  匀速拉动细绳时,插销做匀 速圆周运动. 若  过大,插销会卡进固定的端盖, 使卷轴转动停止. 忽略摩擦力, 弹簧在弹性限度 内. 要使卷轴转动不停止,  的最大值为 

    A . B . C . D .
  • 36. 如图所示,细绳穿过竖直的管子拴住一个小球,让小球在A高度处的水平面内做匀速圆周运动,现用力将细绳缓慢下拉,使小球在B高度处的水平面内做匀速圆周运动,不计一切摩擦,则(  )

    A . 线速度vA>vB B . 角速度ωA<ωB C . 向心加速度aA<aB D . 向心力FA>FB

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