文档内容
知识点 27：圆周运动
考点一：圆周运动的运动学问题
题型一：圆周运动物理量计算的问题
【知识思维方法技巧】
圆周运动物理量的相互关系：
【典例1基础题】（多选）如图所示为学员驾驶汽车在水平面上绕 O点做匀速圆周运动的
俯视图．已知质量为60 kg的学员在A点位置，质量为70 kg的教练员在B点位置，A点的
转弯半径为5.0 m，B点的转弯半径为4.0 m，则学员和教练员(均可视为质点)( )
A．线速度大小之比为5∶4 B．周期之比为5∶4
C．向心加速度大小之比为4∶5 D．受到的合力大小之比为15∶14
【典例1基础题对应练习】“旋转纽扣”是一种传统游戏．如图，先将纽扣绕几圈，使穿
过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现．拉
动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50 r/s，此时纽扣上距离中心1 cm处的点向心加速度
大小约为( )
A．10 m/s2 B．100 m/s2 C．1000 m/s2 D．10 000 m/s2
题型二：圆周运动的传动问题
【知识思维方法技巧】
（1）皮带传动特点：如图甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大
小相等，即v ＝v .
A B
1
学科网（北京）股份有限公司（2）摩擦传动和齿轮传动特点：如图甲、乙所示，两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，
两轮边缘线速度大小相等，即v ＝v .
A B
（3）同轴传动特点：如图所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，ω ＝ω ，由v＝ωr
A B
知v与r成正比．
【典例2基础题】(多选) 如图所示，有一皮带传动装置，A、B、C三点到各自转轴的距离
分别为R 、R 、R ，已知R ＝R ＝，若在传动过程中，皮带不打滑．则( )
A B C B C
A．A点与C点的角速度大小相等 B．A点与C点的线速度大小相等
C．B点与C点的角速度大小之比为2∶1 D．B点与C点的向心加速度大小之比为1∶4
【典例2基础题对应练习】(多选) 如图所示为某一皮带传动装置．主动轮的半径为r ，从
1
动轮的半径为r.已知主动轮做顺时针转动，转速为n，转动过程中皮带不打滑．下列说法
2
正确的是( )．
A．从动轮做顺时针转动 B．从动轮做逆时针转动
C．从动轮的转速为n D．从动轮的转速为n
题型三：圆周运动的周期性和多解性问题
【典例3基础题】如图所示，某机器内有两个围绕各自的固定轴匀速转动的铝盘A、B.A盘
上有一信号发射装置P，能发射出水平红外线，P到A盘圆心的距离为28 cm，B盘上有一
个带窗口的红外线信号接收装置Q，Q到B盘圆心的距离为16 cm.P、Q转动的线速度大小
相等，都是4π m/s.当P、Q正对时P发出的红外线恰好进入Q的接收窗口，则Q接收到红
外线信号的周期可能是( )
2
学科网（北京）股份有限公司A. 0.56 s B. 0.28 s C. 0.16 s D. 0.07 s
【典例3基础题对应练习】(多选)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v＝d
0
B. 子弹在圆筒中的水平速度为v＝2d
0
C. 圆筒转动的角速度可能为ω＝π
D. 圆筒转动的角速度可能为ω＝3π
考点二：圆周运动的动力学问题
【知识思维方法技巧】
圆周运动中的动力学问题：
（1）向心力的来源：由合外力提供，只改变速度的方向，不改变速度的大小。向心力是按
力的作用效果命名的，因此在受力分析中要避免再添加一个向心力。
（2）向心力的确定：确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置；分析物体的受力
情况，合力沿半径方向的分力就是向心力。
（3）圆周运动问题的解题步骤：
①确定对象：确定物体圆周运动的轨道平面、圆心和半径。
②进行分析：分析物体的受力情况，找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力
分析几何关系，确定圆周运动的圆心、半径等；
③选择公式：根据牛顿运动定律和各力的关系列方程求解，向心力大小：F ＝ma＝m＝
向
mrω2＝mr＝mr4π2n2＝mωv，有时对结果进行必要的讨论。
（4）圆周运动中向心力与合力的关系：
①匀速圆周运动：
②非匀速圆周运动：
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学科网（北京）股份有限公司题型一：水平式圆周运动的动力学问题
类型一：车辆水平转弯模型
【典例1a基础题】港珠澳大桥总长约55公里，是世界上总体跨度最长、钢结构桥体最长、
海底沉管隧道最长的跨海大桥，也是世界公路建设史上技术最复杂、施工难度最高、工程
规模最庞大的桥梁．如图所示的路段是一段半径约为120 m的圆弧形弯道，路面水平，路
面对轮胎的径向最大静摩擦力为正压力的0.8倍，下雨时路面被雨水淋湿，路面对轮胎的
径向最大静摩擦力变为正压力的0.4倍，若汽车通过圆弧形弯道时做匀速圆周运动，汽车
可视为质点，取重力加速度g＝10 m/s2，下列说法正确的是( )
A．汽车以72 km/h的速率通过此圆弧形弯道时的向心加速度为43.2 m/s2
B．汽车以72 km/h的速率通过此圆弧形弯道时的角速度为0.6 rad/s
C．晴天时，汽车以100 km/h的速率可以安全通过此圆弧形弯道
D．下雨时，汽车以60 km/h的速率通过此圆弧形弯道时将做离心运动
【典例1a基础题对应练习】（多选）如图所示为运动员在水平道路上转弯的情景，转弯轨
迹可看成一段半径为R的圆弧，运动员始终与自行车在同一平面内。转弯时，只有当地面
对车的作用力通过车(包括人)的重心时，车才不会倾倒。设自行车和人的总质量为M，轮
胎与路面间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。下列说法
正确的是( )
A．车受到地面的支持力方向与车所在平面平行
B．转弯时车不发生侧滑的最大速度为
C．转弯时车与地面间的静摩擦力一定为μMg
D．转弯速度越大，车所在平面与地面的夹角越小
类型二：火车水平转弯模型
【典例1b基础题】(多选)火车转弯可近似看成是做匀速圆周运动，当火车以规定速度通过
时，内、外轨道均不受侧向挤压，如图12所示。现要降低火车转弯时的规定速度，需对铁
路进行改造，从理论上讲以下措施可行的是( )
4
学科网（北京）股份有限公司A.减小内、外轨的高度差 B.增加内、外轨的高度差
C.减小弯道半径 D.增大弯道半径
类型三：飞车走壁模型
【典例1c基础题】如图所示，在半径为R的半球形碗的光滑内表面上，一质量为m的小
球在距碗顶高度为h的水平面内做匀速圆周运动，重力加速度为g，则小球做匀速圆周运
动的角速度为（ ）
A. B. C．g D.
【典例1c基础题对应练习】（多选）如图所示为内壁光滑的半球形容器，半径为R。质量
为m的小球在容器内的某个水平面内做匀速圆周运动，小球与球心O连线方向与竖直方向
夹角为α。下列说法正确的是( )
A．小球所受容器的作用力为 B．小球所受容器的作用力为
C．小球的角速度 D．小球的角速度
类型四：圆锥摆运动模型
【思维方法技巧】
如图，在同一水平面上做匀速圆周运动（圆锥摆）的两个小球，由 mgtan θ＝mω2htan
θ，可以知道角速度（周期）相同。
【典例1d基础题】质量分别为M和m的两个小球A、B，分别用长2l和l的轻绳拴在同一
转轴上，当转轴稳定转动时，拴小球A、B悬线与竖直方向夹角分别为α和β，如图所示，
则( )
A.cos α＝ B.cos α＝2cos β
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学科网（北京）股份有限公司C.tan α＝ D.tan α＝tan β
题型二：转盘水平式圆周运动的动力学问题
【典例2基础题】（多选）如图所示，一轻绳穿过水平桌面上的小圆孔，上端拴物体M，
下端拴物体N.若物体M在桌面上做半径为r的匀速圆周运动时，角速度为ω，线速度大小
为v，物体N处于静止状态，则(不计摩擦)( )
A．M所需向心力大小等于N所受重力的大小
B．M所需向心力大小大于N所受重力的大小
C．v2与r成正比
D．ω2与r成正比
【典例2基础题对应练习】如图所示，是用以说明向心力和质量、半径之间关系的仪器，
球P和Q可以在光滑杆上无摩擦地滑动，两球之间用一条轻绳连接，m ＝2m ，当整个装
P Q
置以角速度ω匀速旋转时，两球离转轴的距离保持不变，则此时( )
A．两球受到的向心力大小相等
B．P球受到的向心力大于Q球受到的向心力
C．两球均受到重力、支持力和向心力三个力的作用
D．当ω增大时，Q球将沿杆向外运动
题型三：竖直面内的非匀速圆周运动的动力学问题
【知识思维方法技巧】
在竖直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：
（1）无支撑的“绳（环）约束模型”：本模型的分析方法和结论适用于“水流星”、“绳
球模型”、“过山车”、“竖直固定的光滑内侧圆弧轨道”等，其共同点为：物体做圆周
运动的速率时刻在改变，在最低点处的速率最大，在最高点处的速率最小。在最低点处向
心力向上，而重力向下，所以弹力必然向上且大于重力；在最高点处，向心力向下，重力
也向下，所以弹力的方向不确定，临界情况是弹力为零，重力充当向心力。
（2）有支撑的“杆（管）约束模型”：本模型的分析方法和结论适用于“过拱形桥”、
“杆球模型”、“环形管内光滑轨道”等。在最高点的临界情况是所受弹力为零，速度为
零。
注意：常利用动能定理来建立最高点和最低点的速度联系。
类型一：竖直面内球—绳模型（无支撑绳约束模型）
【知识思维方法技巧】
竖直面内球—绳模型的处理技巧：
（1）球运动在最高点时无支撑。
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学科网（北京）股份有限公司球运动到最高点时：若v≥，F ＋mg＝m，绳、轨道对球产生弹力F ，
弹 弹
若v<，则不能到达最高点，即到达最高点前小球已经脱离了圆轨道。
（2）实例：球与绳连接、水流星、沿内轨道运动的“过山车”等
【典例3a基础题】如图所示，杂技演员在表演“水流星”，用长为1.6 m轻绳的一端，系
一个总质量为0.5 kg的盛水容器，以绳的另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动，若
“水流星”通过最高点的速度为4 m/s，g取10 m/s2，则下列说法正确的是( )
A．“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出
B．“水流星”通过最高点时，绳的张力及容器的底部受到的压力均为零
C．“水流星”通过最高点时处于完全失重状态，不受力的作用
D．“水流星”通过最高点时，绳子的拉力大小为5 N
【典例3a基础题对应练习】如图一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为 10 m，该
同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计。当该同学荡到秋千支架的正下方
时，速度大小为8 m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为( )
A．200 N B．400 N C．600 N D．800 N
类型二：竖直面内球—杆模型（有支撑杆管约束模型）
【知识思维方法技巧】
竖直面内球—杆模型的处理技巧：
（1）当v＝0时，F ＝mg，F 背离圆心；
弹 弹
（2）当0时，mg＋F ＝m，F 指向圆心并随v的增大而增大。
弹 弹
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学科网（北京）股份有限公司【典例3b基础题】一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直
面内做半径为R的圆周运动，如图8所示，重力加速度为g，则下列说法正确的是( )
A．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零
B．小球过最高点的最小速度是
C．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度的增大而增大
D．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度的增大而减小
【典例3b基础题对应练习】如图所示，轻杆长为L，一端固定在水平轴上的O点，另一端
系一个小球(可视为质点)。小球以O为圆心在竖直平面内做圆周运动，且能通过最高点，g
为重力加速度。下列说法正确的是( )
A．小球通过最高点时速度可能小于
B．小球通过最高点时所受轻杆的作用力不可能为零
C．小球通过最高点时所受轻杆的作用力随小球速度的增大而增大
D．小球通过最高点时所受轻杆的作用力随小球速度的增大而减小
类型三：竖直面内球—外轨模型
【典例3c基础题】一辆汽车匀速率通过一座圆弧形拱形桥后，接着又以相同速率通过一圆
弧形凹形桥．设两圆弧半径相等，汽车通过拱形桥桥顶时，对桥面的压力 F 为车重的一
N1
半，汽车通过圆弧形凹形桥的最低点时，对桥面的压力为 F ，则F 与F 之比为(
N2 N1 N2
)
A．3∶1 B．3∶2 C．1∶3 D．1∶2
考点三：圆周运动的临界问题
题型一：轻绳断裂与松弛的临界极值问题
【知识思维方法技巧】
轻绳断裂与松弛的临界极值条件：绳子断裂的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大
张力；绳子松弛的临界条件是F ＝0。
T
【典例1基础题】（多选）如图所示，AC、BC两绳系一质量为m＝0.1 kg的小球，AC绳
长L＝2 m，两绳的另一端分别固定于轴的A、B两处，两绳拉直时与竖直轴的夹角分别为
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学科网（北京）股份有限公司30°和45°。小球在水平面内做匀速圆周运动时，若两绳中始终有张力，小球的角速度可能
是(g＝10 m/s2)( )
A．2 rad/s B．2.5 rad/s C．3 rad/s D．4 rad/s
【典例1基础题对应练习】（多选）质量为m的小球M由轻绳a和b分别系于一轻质细杆
的B点和A点．如图所示，当轻杆绕轴OO′以角速度ω匀速转动时，a绳与水平方向成θ
角，b绳在水平方向上且长为l，下列说法正确的是( )
A．a绳的张力不可能为零
B．a绳的张力随角速度的增大而增大
C．当角速度ω> 时，b绳中存在张力
D．当b绳突然被剪断，则a绳的张力一定发生变化
题型二：物体接触与脱离的临界极值问题
【知识思维方法技巧】
运动物体与固定相接触或脱离临界条件是：物体间的弹力恰好为零
类型一：水平式圆周运动的锥体模型
【典例2a基础题】如图所示，用一根长为l＝1 m的细线，一端系一质量为m＝1 kg的小
球(可视为质点)，另一端固定在一光滑锥体顶端，锥面与竖直方向的夹角θ＝37°，小球在
水平面内绕锥体的轴做匀速圆周运动，若要小球离开锥面，小球的角速度ω 至少为(g取10
0
m/s2)( )
A． rad/s B．2 rad/s C． rad/s D．5 rad/s
类型二：竖直面内圆周运动的内轨模型
【典例2b基础题】北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示．运动员从a
处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a、b之间的最低点，a、c两处的高度差为h.要求
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学科网（北京）股份有限公司运动员经过c点时对滑雪板的压力不大于自身所受重力的k倍，运动过程中将运动员视为
质点并忽略所有阻力，则c点处这一段圆弧雪道的半径不应小于( )
A. B. C. D.
类型三：竖直面内圆周运动的外轨模型
【典例2c基础题】一汽车通过拱形桥顶时速度为10 m/s，车对桥顶的压力为车重的，如果
要使汽车在该桥顶对桥面恰好没有压力，车速为( )
A．15 m/s B．20 m/s C．25 m/s D．30 m/s
题型三：物体相对滑动的临界极值问题
【知识思维方法技巧】
物体间恰好不发生相对滑动的临界条件是物体间恰好达到最大静摩擦力。
（1）如果只是摩擦力提供向心力，则最大静摩擦力F ＝，静摩擦力方向一定指向圆心。
m
（2）如果除摩擦力以外还有其他力，如绳两端连接物体随水平面转动，其中一个物体存在
一个恰不向内滑动的临界条件和一个恰不向外滑动的临界条件，分别为静摩擦力达到最大
且静摩擦力的方向沿半径背离圆心和沿半径指向圆心。
类型一：水平转盘静摩擦力控制物体的不发生相对滑动模型
【典例3a基础题】（多选）如图所示，两个质量均为m的小木块a和b（可视为质点）放
在水平圆盘上，a与转轴OO′的距离为l，b与转轴的距离为2l.木块与圆盘的最大静摩擦力
为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g.若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，
用ω表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是( )
A．b一定比a先开始滑动
B．a、b所受的摩擦力始终相等
C．ω＝是b开始滑动的临界角速度
D．当ω＝时，a所受摩擦力的大小为kmg
【典例3a基础题对应练习】(多选)摩擦传动是传动装置中的一个重要模型，如图所示的两
个水平放置的轮盘靠摩擦力传动，其中O、O′分别为两轮盘的轴心，已知两个轮盘的半径
比r ∶r ＝3∶1，且在正常工作时两轮盘不打滑．今在两轮盘上分别放置两个同种材料制
甲 乙
成的完全相同的滑块A、B，两滑块与轮盘间的动摩擦因数相同，两滑块距离轴心O、O′的
间距R ＝2R .若轮盘乙由静止开始缓慢地转动起来，且转速逐渐增加，则下列叙述正确的
A B
是( )
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学科网（北京）股份有限公司A．滑块A和B在与轮盘相对静止时，角速度之比为ω ∶ω ＝1∶3
甲 乙
B．滑块A和B在与轮盘相对静止时，向心加速度的比值为a ∶a ＝2∶9
A B
C．转速增加后滑块B先发生滑动
D．转速增加后两滑块一起发生滑动
类型二：水平转盘静摩擦力与轻绳控制同侧物体不发生相对滑动模型
【典例3b基础题】如图所示，在匀速转动的水平盘上，沿半径方向放着用细线相连的、质
量相等的两个物体A和B，它们与盘间的动摩擦因数相同，当圆盘转速加快到两物体刚要
发生滑动时，烧断细线，则( )
A．两物体均沿切线方向滑动
B．物体B仍随圆盘一起做匀速圆周运动，同时所受摩擦力减小
C．两物体仍随圆盘一起做匀速圆周运动，不会发生滑动
D．物体B仍随圆盘一起做匀速圆周运动，物体A发生滑动，离圆盘圆心越来越远
【典例3b基础题对应练习】如图所示，两个相同的小木块A和B(均可看做质点)，质量均
为m，用长为L的轻绳连接，置于水平圆盘的同一半径上，A与竖直轴的距离为L，此时
绳子恰好伸直且无弹力，木块与圆盘间的最大静摩擦力为木块所受重力的 k倍，重力加速
度大小为g.若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度，下列
说法正确的是( )
A．木块A、B所受的摩擦力始终相等
B．木块B所受摩擦力总等于木块A所受摩擦力的两倍
C．ω＝是轻绳开始产生弹力的临界角速度
D．若ω＝，则木块A、B将要相对圆盘发生滑动
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