高考物理必備專題18之05 圓周運動的新情景問題（原卷版）

專題05圓周運動圓周運動是常見的運動形式之一，與實際情景相關(guān)的圓周運動主要有：情境命題特點勻速圓周的運動學(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動動動力學(xué)問題飛機水平轉(zhuǎn)彎、車輛轉(zhuǎn)彎、“旋轉(zhuǎn)飛椅”等豎直圓周運動的動力學(xué)問題兒童公園的摩天輪、“魔力陀螺”、滾筒洗衣機脫、翻滾過山車、體操運動員單杠、“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(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)的勻速圓周運動運動模型運動模型向心力的來源示意圖運動模型向心力的來源示意圖飛機水平轉(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動．如圖乙，一件小衣物（可理想化為質(zhì)點）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，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，乘客的機械能守恒B.座艙在最低點時，座椅對乘客的支持力大小小于重力C.座艙在最高點時，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，落點到輪軸間的距離為R。在水流不斷沖擊下，輪葉受沖擊點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.水流在空中運動時間為 B.水流在空中運動時間為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，到陀螺軸線的距離﹐下列判斷正確的是（）A.a、b兩點的線速度相同，向心加速度也相同B.a、b、c三點的轉(zhuǎn)速大小關(guān)系為C.a、b、c三點的向心加速度大小關(guān)系為D.a、b﹑c三點的線速度大小關(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，B是圓盤內(nèi)的一點。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”的游樂項目，模型如圖所示，已知模型飛機質(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)模型飛機以角速度繞中央軸在水平面內(nèi)做勻速圓周運動時，下列說法正確的是（）A．模型飛機受到重力、旋臂的作用力和向心力B．旋臂對模型飛機的作用力方向一定與旋臂垂直C．旋臂對模型飛機的作用力大小為D．若夾角θ增大后，則旋臂對模型飛機的作用力增大8.（2022·廣東廣州市綜合測試)如圖是某電力機車雨刷器的示意圖．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，P為刮水片與雨利臂的鏈接點，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點的線速度始終不變 B.P點的向心加速度不變C.M、N兩點的線速度相同 D.M、N兩點的運動周期不同9.（2022·四川·宜賓市教科所模擬預(yù)測）某機器的齒輪系統(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)到最低點時能發(fā)光，則在最高點時也一定能發(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%的無人機巨頭大疆，發(fā)布迄今為止影像質(zhì)量最優(yōu)異的消費級無人機Mavic3。下圖是該型號無人機繞拍攝主體時做水平勻速圓周運動的示意圖。已知無人機的質(zhì)量為m，無人機的軌道距拍攝對象高度為h，無人機與拍攝對象距離為r，無人機飛行的線速度大小為v，則無人機做勻速圓周運動時（）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)志塊做勻速圓周運動，如圖乙所示，運動員可看作質(zhì)點，重力加速度g取10m/s2，則運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）質(zhì)量，繩長為，懸掛點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動，計數(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”，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，不計鋼繩的重力，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)實際行駛速度大于v時，輪緣擠壓內(nèi)軌D.當(dāng)實際行駛速度小于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.人在最高點時對座位不可能產(chǎn)生大小為mg的壓力C.人在最低點時對座位的壓力等于mgD.人在最低點時對座位的壓力大于mg18.（2022·黑龍江省八校聯(lián)考）如圖所示，我國男子體操運動員運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動。如圖甲所示，張成龍運動到最高點時，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)張成龍在最高點的速度為4m/s時，張成龍受單杠的彈力方向向上D．當(dāng)張成龍在最高點的速度為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B，∠AOC＝60°，不計一切阻力，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動至最低點的過程中，始終處于失重狀態(tài)D.A、B處乘客分別運動至最低點時，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的工作原理示意圖，當(dāng)甩衣桶在電機的帶動下高速旋轉(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）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）做勻變速曲線運動B．電動機的角速度至少為時，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)點在圓軌道外側(cè)運動的模型，如圖乙所示。在豎直面內(nèi)固定的強磁性圓軌道半徑，、兩點分別為軌道的最高點與最低點。質(zhì)點沿軌道外側(cè)做完整的圓周運動，圓軌道對質(zhì)點的強磁性引力始終指向圓心且大小恒為。質(zhì)點從點由靜止釋放，通過點時對軌道的壓力為其重力的5倍。質(zhì)點以不同速度通過點時，對軌道的壓力與其速度的平方的關(guān)系圖像如圖丙所示，不計摩擦和空氣阻力，質(zhì)點質(zhì)量，重力加速度，求：（1）圓軌道對質(zhì)點的強磁性引力的大小。（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O的豎直軸轉(zhuǎn)動，桿距雪面高為L，桿的端點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），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，小車在軌道上運動時受到的磁吸引力始終垂直軌道面，