高考物理必備專題18之05 圓周運(yùn)動的新情景問題（原卷版）

專題05圓周運(yùn)動圓周運(yùn)動是常見的運(yùn)動形式之一，與實(shí)際情景相關(guān)的圓周運(yùn)動主要有：情境命題特點(diǎn)勻速圓周的運(yùn)動學(xué)問題齒輪或波帶傳動、玩具陀螺、雨刷器等水平勻速圓周運(yùn)動動動力學(xué)問題飛機(jī)水平轉(zhuǎn)彎、車輛轉(zhuǎn)彎、“旋轉(zhuǎn)飛椅”等豎直圓周運(yùn)動的動力學(xué)問題兒童公園的摩天輪、“魔力陀螺”、滾筒洗衣機(jī)脫、翻滾過山車、體操運(yùn)動員單杠、“反重力”磁性軌道車的玩具等1.常見的三類傳動方式及特點(diǎn)(1)皮帶傳動：如圖甲、乙所示，皮帶與兩輪之間無相對滑動時，兩輪邊緣線速度大小相等，即vA＝vB。(2)摩擦傳動和齒輪傳動：如圖丙、丁所示，兩輪邊緣接觸，接觸點(diǎn)無打滑現(xiàn)象時，兩輪邊緣線速度大小相等，即vA＝vB。(3)同軸傳動：如圖戊、己所示，繞同一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的物體，角速度相同，即ωA＝ωB，由v＝ωr知v與r成正比。2．水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動運(yùn)動模型運(yùn)動模型向心力的來源示意圖運(yùn)動模型向心力的來源示意圖飛機(jī)水平轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎圓錐擺飛車走壁汽車在水平路面轉(zhuǎn)彎水平轉(zhuǎn)臺(光滑)1.（2022·廣東河源市·高三月考）如圖甲，滾筒洗衣機(jī)脫水時，衣物緊貼著滾筒壁在豎直平面內(nèi)做順時針的勻速圓周運(yùn)動．如圖乙，一件小衣物（可理想化為質(zhì)點(diǎn)）質(zhì)量為m，滾筒半徑為R，角速度大小為ω，重力加速度為g，a、b分別為小衣物經(jīng)過的最高位置和最低位置．下列說法正確的是（）A．衣物所受合力的大小始終為mω2RB．衣物轉(zhuǎn)到a位置時的脫水效果最好C．衣物所受滾筒的作用力大小始終為mgD．衣物在a位置對滾筒壁的壓力比在b位置的大2.（2022江蘇省無錫市調(diào)研）某同學(xué)經(jīng)過長時間的觀察后發(fā)現(xiàn)，路面出現(xiàn)水坑的地方，如果不及時修補(bǔ)，水坑很快會變大，善于思考的他結(jié)合學(xué)過的物理知識，對這個現(xiàn)象提出了多種解釋，則下列說法中不合理的解釋是（

）A．車輛上下顛簸過程中，某些時刻處于超重狀態(tài)B．把坑看作凹陷的弧形，車對坑底的壓力比平路大C．車輛的驅(qū)動輪出坑時，對地的摩擦力比平路大D．坑洼路面與輪胎間的動摩擦因數(shù)比平直路面大3.（2022·廣東省汕頭市普通高考第一次模擬）如圖是汕頭市兒童公園的摩天輪，假設(shè)某乘客坐在座椅上隨座艙在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，整個過程座椅始終保持水平。下列說法正確的是（）A.座艙轉(zhuǎn)動過程，乘客的機(jī)械能守恒B.座艙在最低點(diǎn)時，座椅對乘客的支持力大小小于重力C.座艙在最高點(diǎn)時，座椅對乘客的支持力大小等于重力D.座艙在與轉(zhuǎn)軸等高處，乘客所受摩擦力方向指向轉(zhuǎn)軸4.（2022·廣東佛山市第二次模擬)水車是我國勞動人民利用水能的一項(xiàng)重要發(fā)明。下圖為某水車模型，從槽口水平流出的水初速度大小為，垂直落在與水平面成30°角的水輪葉面上，落點(diǎn)到輪軸間的距離為R。在水流不斷沖擊下，輪葉受沖擊點(diǎn)的線速度大小接近沖擊前瞬間水流速度大小，忽略空氣阻力，有關(guān)水車及從槽口流出的水，以下說法正確的是（）A.水流在空中運(yùn)動時間為 B.水流在空中運(yùn)動時間為C.水車最大角速度接近 D.水車最大角速度接近5.（2022·廣東新高考普通高中高三沖刺模擬）我國北方有一種玩具陀螺，用鞭子抽打會使它的轉(zhuǎn)速加快。有些陀螺是空心的，其表面帶有一條狹長的縫隙，轉(zhuǎn)起來后會嗡嗡作響。如圖所示，a﹑b、c是旋轉(zhuǎn)陀螺上的三個點(diǎn)，到陀螺軸線的距離﹐下列判斷正確的是（）A.a、b兩點(diǎn)的線速度相同，向心加速度也相同B.a、b、c三點(diǎn)的轉(zhuǎn)速大小關(guān)系為C.a、b、c三點(diǎn)的向心加速度大小關(guān)系為D.a、b﹑c三點(diǎn)的線速度大小關(guān)系為6.如圖所示，圓桌桌面中間嵌著一可繞中心軸O轉(zhuǎn)動的圓盤，A是圓盤邊緣的一點(diǎn)，B是圓盤內(nèi)的一點(diǎn)。分別把A、B的角速度記為ωA、ωB，線速度記為vA、vB，向心加速度記為aA、aB，周期記為TA、TB，則()A．ωA>ωB B．vA>vBC．a(chǎn)A<aB D．TA<TB7.（2022浙江杭州九校聯(lián)考）杭州游樂園有一種叫做“快樂飛機(jī)”的游樂項(xiàng)目，模型如圖所示，已知模型飛機(jī)質(zhì)量為m，固定在長為L的旋臂上，旋臂與豎直方向夾角為，當(dāng)模型飛機(jī)以角速度繞中央軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動時，下列說法正確的是（）A．模型飛機(jī)受到重力、旋臂的作用力和向心力B．旋臂對模型飛機(jī)的作用力方向一定與旋臂垂直C．旋臂對模型飛機(jī)的作用力大小為D．若夾角θ增大后，則旋臂對模型飛機(jī)的作用力增大8.（2022·廣東廣州市綜合測試)如圖是某電力機(jī)車雨刷器的示意圖．雨刮器由刮水片和雨刮臂鏈接而成，M、N為刮水片的兩個端點(diǎn)，P為刮水片與雨利臂的鏈接點(diǎn)，雨刮臂繞O軸轉(zhuǎn)動的過程中，刮水片始終保持豎直，下列說法正確的是（）A.P點(diǎn)的線速度始終不變 B.P點(diǎn)的向心加速度不變C.M、N兩點(diǎn)的線速度相同 D.M、N兩點(diǎn)的運(yùn)動周期不同9.（2022·四川·宜賓市教科所模擬預(yù)測）某機(jī)器的齒輪系統(tǒng)如圖所示，中間的輪叫做太陽輪，它是主動輪。從動輪稱為行星輪，主動輪、行星輪與最外面的大輪彼此密切嚙合在一起，如果太陽輪一周的齒數(shù)為n1，行星輪一周的齒數(shù)為n2，當(dāng)太陽輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω時，最外面的大輪轉(zhuǎn)動的角速度為（）A． B． C． D．10.（2022·廣東汕頭市第一中學(xué)模擬）如圖為自行車氣嘴燈及其結(jié)構(gòu)圖，彈簧一端固定在A端，另一端拴接重物，當(dāng)車輪高速旋轉(zhuǎn)時，LED燈就會發(fā)光。下列說法正確的是（）A.安裝時A端比B端更遠(yuǎn)離圓心B.高速旋轉(zhuǎn)時，重物由于受到離心力作用拉伸彈簧從而使觸點(diǎn)接觸，電路導(dǎo)通，LED燈發(fā)光C.增大重物質(zhì)量可使LED燈在較低轉(zhuǎn)速下也能發(fā)光D.勻速行駛時，若LED燈轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時能發(fā)光，則在最高點(diǎn)時也一定能發(fā)光11.（2022·廣東潮州市第二次模擬）2021年11月5日，占全球市場份額70%的無人機(jī)巨頭大疆，發(fā)布迄今為止影像質(zhì)量最優(yōu)異的消費(fèi)級無人機(jī)Mavic3。下圖是該型號無人機(jī)繞拍攝主體時做水平勻速圓周運(yùn)動的示意圖。已知無人機(jī)的質(zhì)量為m，無人機(jī)的軌道距拍攝對象高度為h，無人機(jī)與拍攝對象距離為r，無人機(jī)飛行的線速度大小為v，則無人機(jī)做勻速圓周運(yùn)動時（）A.角速度為 B.所受空氣作用力為mgC.向心加速度為 D.繞行一周的周期為12.（2022·山東濰坊·高三階段練習(xí)）2022年2月7日在首都體育館舉行的北京2022年冬奧會短道速滑項(xiàng)目男子1000米決賽中，中國選手任子威奪得冠軍，其比賽場地如圖甲所示，場地周長111.12m，其中直道長度為28.85m，彎道半徑為8m。若一名質(zhì)量為50kg的運(yùn)動員以大小12m/s的速度進(jìn)入彎道，緊鄰黑色標(biāo)志塊做勻速圓周運(yùn)動，如圖乙所示，運(yùn)動員可看作質(zhì)點(diǎn)，重力加速度g取10m/s2，則運(yùn)動員在彎道上受到冰面最大作用力的大小最接近的值為（）A．500N B．900N C．1030N D．2400N13．有一種新式健身“神器”——能自動計(jì)數(shù)的智能呼啦圈深受健身愛好者的喜愛。如圖甲所示，智能呼啦圈腰帶外側(cè)帶有軌道，將帶有滑輪的短桿穿入軌道，短桿的另一端懸掛一根帶有配重的細(xì)繩，其簡化模型如圖乙所示。已知配重（可視為質(zhì)點(diǎn)）質(zhì)量，繩長為，懸掛點(diǎn)到腰帶中心的距離為。水平固定好腰帶，通過人體微小扭動，使配重做水平勻速圓周運(yùn)動，計(jì)數(shù)器能顯示在1min內(nèi)轉(zhuǎn)動圈數(shù)，在某一段時間內(nèi)繩子始終與豎直方向夾角為。配重運(yùn)動過程中腰帶可看作不動，重力加速度取，，，下列說法正確的是（）A．勻速轉(zhuǎn)動時，配重受到的合力為零B．若增大轉(zhuǎn)速，腰受到腰帶的彈力不變C．若配重的角速度是120D．若則配重的角速度為14.(2022福建泉州質(zhì)檢五)在2022年3月23日的“天宮課堂”上，航天員王亞平搖晃裝有水和油的小瓶，靜置后水和油混合在一起沒有分層。圖甲為航天員葉光富啟動“人工離心機(jī)”，即用繩子一端系住裝有水油混合的瓶子，以繩子的另一端O為圓心做如圖乙所示的圓周運(yùn)動，一段時間后水和油成功分層（水的密度大于油的密度），以空間站為參考系，此時（）A.水和油的線速度大小相等 B.水和油的向心加速度大小相等C.水對油的作用力大于油對水的作用力 D.水對油有指向圓心的作用力15.（2022北京西城期末）有一種叫“旋轉(zhuǎn)飛椅”的游樂項(xiàng)目（如圖所示）。鋼繩的一端系著座椅，另一端固定在水平轉(zhuǎn)盤上。轉(zhuǎn)盤可繞穿過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時，鋼繩與轉(zhuǎn)軸在同一豎直平面內(nèi)。將游客和座椅看作一個質(zhì)點(diǎn)，不計(jì)鋼繩的重力，以下分析正確的是（）A.旋轉(zhuǎn)過程中，游客和座椅受到重力、拉力和向心力B.根據(jù)可知，坐在外側(cè)的游客旋轉(zhuǎn)的線速度更大C.根據(jù)可知，“飛椅”轉(zhuǎn)動的角速度越大，旋轉(zhuǎn)半徑越小D.若“飛椅”轉(zhuǎn)動的角速度變大，鋼繩上的拉力大小不變16.（2022浙江臺州質(zhì)檢）火車軌道的轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌，如圖所示。若已知某轉(zhuǎn)彎處軌道平面與水平面夾角為θ，彎道處的圓弧半徑為R。在該轉(zhuǎn)彎處規(guī)定的安全行駛的速度為v，則下列說法中正確的是（）A.該轉(zhuǎn)彎處規(guī)定的安全行駛的速度為v=B.該轉(zhuǎn)彎處規(guī)定的安全行駛的速度為v=C.當(dāng)實(shí)際行駛速度大于v時，輪緣擠壓內(nèi)軌D.當(dāng)實(shí)際行駛速度小于v時，輪緣擠壓外軌17．（2022·廣東惠州市二模）如圖所示，乘坐游樂園的翻滾過山車時，質(zhì)量為m的人隨車在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，重力加速度大小為g，下列說法正確的是（）A.過山車在最高點(diǎn)時人處于倒坐狀態(tài)，全靠保險帶拉住，沒有保險帶，人就會掉下來B.人在最高點(diǎn)時對座位不可能產(chǎn)生大小為mg的壓力C.人在最低點(diǎn)時對座位的壓力等于mgD.人在最低點(diǎn)時對座位的壓力大于mg18.（2022·黑龍江省八校聯(lián)考）如圖所示，我國男子體操運(yùn)動員運(yùn)動員張成龍用一只手抓住單杠，伸展身體，以單杠為軸做圓周運(yùn)動。如圖甲所示，張成龍運(yùn)動到最高點(diǎn)時，用力傳感器測得張成龍與單杠間彈力大小為F，用速度傳感器記錄他在最高點(diǎn)的速度大小為v，得到F-v2圖像如圖乙所示。g取10m/s2，則下列說法中錯誤的是（）甲甲A．張成龍的質(zhì)量為65kgB．張成龍的重心到單杠的距離為0.9mC．當(dāng)張成龍?jiān)谧罡唿c(diǎn)的速度為4m/s時，張成龍受單杠的彈力方向向上D．當(dāng)張成龍?jiān)谧罡唿c(diǎn)的速度為4m/s時，張成龍受單杠的彈力方向向下19.（2022屆四川省成都市第三次診斷考試）如圖，游樂園中某海盜船在外力驅(qū)動下啟動，某時刻撤去驅(qū)動力，此后船自由擺動，當(dāng)懸臂OA水平時，船的速度恰好為零。若A、B、C處質(zhì)量相等的乘客始終相對船靜止，且以相同的半徑隨船擺動，擺動裝置（含乘客）的重心位于圓弧AC的中點(diǎn)B，∠AOC＝60°，不計(jì)一切阻力，重力加速度大小為g，則海盜船在自由擺動過程中（）A.水平時，船對C處乘客的作用力為零B.OA水平時，B處乘客的加速度大小為C.A處乘客從圖示位置運(yùn)動至最低點(diǎn)的過程中，始終處于失重狀態(tài)D.A、B處乘客分別運(yùn)動至最低點(diǎn)時，船對乘客豎直方向的作用力大小之比為20.（2022·寧夏·石嘴山市第三中學(xué)三模）如圖所示為波輪式洗衣機(jī)的工作原理示意圖，當(dāng)甩衣桶在電機(jī)的帶動下高速旋轉(zhuǎn)時，衣服緊貼在甩衣桶器壁上，從而迅速將水甩出。衣服（帶水，可視為質(zhì)點(diǎn)）質(zhì)量為m，衣服和器壁的動摩擦因數(shù)約為，甩衣桶的半徑為r，洗衣機(jī)的外桶的半徑為R，當(dāng)角速度達(dá)到時，衣服上的水恰好被甩出，假設(shè)滑動摩擦力和最大靜摩擦力相等，重力加速度為g，則下列說法正確的是（）A．衣服（帶水）做勻變速曲線運(yùn)動B．電動機(jī)的角速度至少為時，衣服才掉不下來C．當(dāng)時，水滴下落高度打到外筒上D．當(dāng)時，水滴下落高度打到外筒上21.（2022·遼寧·模擬預(yù)測）如圖甲所示的陀螺可在圓軌道外側(cè)旋轉(zhuǎn)而不脫落，好像軌道對它施加了魔法一樣，被稱為“魔力陀螺”。它可等效為一質(zhì)點(diǎn)在圓軌道外側(cè)運(yùn)動的模型，如圖乙所示。在豎直面內(nèi)固定的強(qiáng)磁性圓軌道半徑，、兩點(diǎn)分別為軌道的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)沿軌道外側(cè)做完整的圓周運(yùn)動，圓軌道對質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)磁性引力始終指向圓心且大小恒為。質(zhì)點(diǎn)從點(diǎn)由靜止釋放，通過點(diǎn)時對軌道的壓力為其重力的5倍。質(zhì)點(diǎn)以不同速度通過點(diǎn)時，對軌道的壓力與其速度的平方的關(guān)系圖像如圖丙所示，不計(jì)摩擦和空氣阻力，質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量，重力加速度，求：（1）圓軌道對質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)磁性引力的大小。（2）圖丙中橫、縱坐標(biāo)上的截距、的值大小。22.（2022·山西太原·二模）隨著北京冬奧會的舉辦，全國各地掀起了冰雪運(yùn)動的熱潮。如圖所示，某“雪地轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)”的水平轉(zhuǎn)桿長為2L，可繞過其中點(diǎn)O的豎直軸轉(zhuǎn)動，桿距雪面高為L，桿的端點(diǎn)A通過長度為L的細(xì)繩系著位于水平雪地的輪胎。為方便觀測，在桿上距轉(zhuǎn)軸L的B點(diǎn)通過長度為L細(xì)線系一個小“冰墩墩”。某次游戲時，游客坐在輪胎上（可視為質(zhì)點(diǎn)），在轉(zhuǎn)桿帶動下在雪地中快速旋轉(zhuǎn)，觀測到系冰墩墩的細(xì)線偏離豎直方向的夾角為9°。已知游客和輪胎的總質(zhì)量為M，不考慮空氣阻力及輪胎受到雪地的摩擦阻力，取sin9°=tan9°=0.16，重力加速度為g，求：（1）轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動的角速度；（2）地面對輪胎彈力的大小。23.(2022·浙江·高三模擬）如圖甲所示是一款名為“反重力”磁性軌道車的玩具，軌道和小車都裝有磁條，軌道造型可以自由調(diào)節(jié)，小車內(nèi)裝有發(fā)條，可儲存一定彈性勢能。圖乙所示是小明同學(xué)搭建的軌道的簡化示意圖，它由水平直軌道AB、豎直圓軌道BCD、水平直軌道DM和兩個四分之一圓軌道MN與NP平滑連接而組成，圓軌道MN的圓心與圓軌道NP的圓心位于同一高度。已知小車的質(zhì)量m=50g，直軌道AB長度L=0.5m，小車在軌道上運(yùn)動時受到的磁吸引力始終垂直軌道面，