專題05 圓周運動-五年（2020-2024）高考物理真題分類匯編（解析版）

2020-2024年五年高考真題分類匯編PAGEPAGE1專題05圓周運動考點五年考情（2020-2024）命題趨勢考點1圓周運動的基本概念和規(guī)律（含實驗）2020年江蘇卷；2021年廣東卷、全國卷；2022年遼寧卷、河北卷；2023全國卷、浙江卷等；2024年遼寧卷、江蘇卷等圓周運動高中物理曲線運動的核心考點，主要以選擇題和計算題形式考查，其中計算題主要結合牛頓第二定律、平拋運動、機械能動量等知識綜合考查。備考中要掌握圓周運動的基本概念和基本規(guī)律，會分析圓周運動向心力的來源，利用牛頓第二定律列出動力學方程。注意繩模型和桿模型臨界條件的不同，并能結合功能關系、動量關系正確的列出方程，聯(lián)立求解。平時多關注生活中的圓周運動的實例，通過深刻理解實例的物理原理，加深對物理規(guī)律的理解，增強應用能力?？键c2水平面內的圓周運動2021河北卷；2022年福建卷；2023年江蘇卷、福建卷等考點3豎直面內的圓周運動斜拋運動2020年全國卷、浙江卷；2021年浙江卷、湖北卷；2022年浙江卷等考點01圓周運動的基本概念和規(guī)律1．(2021·廣東卷·4)由于高度限制，車庫出入口采用圖2所示的曲桿道閘，道閘由轉動桿OP與橫桿PQ鏈接而成，P、Q為橫桿的兩個端點．在道閘抬起過程中，桿PQ始終保持水平．桿OP繞O點從與水平方向成30°勻速轉動到60°的過程中，下列說法正確的是()圖2A．P點的線速度大小不變B．P點的加速度方向不變C．Q點在豎直方向做勻速運動D．Q點在水平方向做勻速運動【答案】A【解析】由題知桿OP繞O點從與水平方向成30°勻速轉動到60°，則P點繞O點做勻速圓周運動，則P點的線速度大小不變，P點的加速度方向時刻指向O點，A正確，B錯誤；Q點在豎直方向的運動與P點相同，相對于O點在豎直方向的位置y關于時間t的關系為y＝lOP·sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)＋ωt))則可看出Q點在豎直方向不是做勻速運動，C錯誤；Q點相對于O點在水平方向的位置x關于時間t的關系為x＝lOP·coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)＋ωt))＋lPQ則可看出Q點在水平方向也不是做勻速運動，D錯誤．2．（多選）(2022·河北卷·1)如圖，廣場水平地面上同種盆栽緊密排列在以為圓心、和為半徑的同心圓上，圓心處裝有豎直細水管，其上端水平噴水嘴的高度、出水速度及轉動的角速度均可調節(jié)，以保障噴出的水全部落入相應的花盆中。依次給內圈和外圈上的盆栽澆水時，噴水嘴的高度、出水速度及轉動的角速度分別用、、和、、表示?；ㄅ璐笮∠嗤?，半徑遠小于同心圓半徑，出水口截面積保持不變，忽略噴水嘴水平長度和空氣阻力。下列說法正確的是（）A．若，則B．若，則C．若，，噴水嘴各轉動一周，則落入每個花盆的水量相同D．若，噴水嘴各轉動一周且落入每個花盆的水量相同，則【答案】BD【解析】AB．根據(jù)平拋運動的規(guī)律解得可知若h1=h2，則v1:v2=R1:R2若v1=v2，則選項A錯誤，B正確；C．若，則噴水嘴各轉動一周的時間相同，因v1=v2，出水口的截面積相同，可知單位時間噴出水的質量相同，噴水嘴轉動一周噴出的水量相同，但因內圈上的花盆總數(shù)量較小，可知得到的水量較多，選項C錯誤；D．設出水口橫截面積為S0，噴水速度為v，若，則噴水管轉動一周的時間相等，因h相等，則水落地的時間相等，則相等；在圓周上單位時間內單位長度的水量為相等，即一周中每個花盆中的水量相同，選項D正確。故選BD。3．(2023·全國卷·)一質點做勻速圓周運動，若其所受合力的大小與軌道半徑的n次方成正比，運動周期與軌道半徑成反比，則n等于（

）A．1 B．2 C．3 D．4【答案】C【解析】質點做勻速圓周運動，根據(jù)題意設周期合外力等于向心力，根據(jù)聯(lián)立可得其中為常數(shù)，的指數(shù)為3，故題中故選C。(2021·全國卷·)“旋轉紐扣”是一種傳統(tǒng)游戲。如圖，先將紐扣繞幾圈，使穿過紐扣的兩股細繩擰在一起，然后用力反復拉繩的兩端，紐扣正轉和反轉會交替出現(xiàn)。拉動多次后，紐扣繞其中心的轉速可達50r/s，此時紐扣上距離中心1cm處的點向心加速度大小約為（）A．10m/s2 B．100m/s2 C．1000m/s2 D．10000m/s2【答案】C【解析】紐扣在轉動過程中由向心加速度故選C。4．(2024·遼寧卷·)“指尖轉球”是花式籃球表演中常見的技巧。如圖，當籃球在指尖上繞軸轉動時，球面上P、Q兩點做圓周運動的（）A.半徑相等 B.線速度大小相等C.向心加速度大小相等 D.角速度大小相等【答案】D【解析】由題意可知，球面上P、Q兩點轉動時屬于同軸轉動，故角速度大小相等，故D正確；由圖可知，球面上P、Q兩點做圓周運動的半徑的關系為，故A錯誤；根據(jù)可知，球面上P、Q兩點做圓周運動的線速度的關系為，故B錯誤；根據(jù)可知，球面上P、Q兩點做圓周運動的向心加速度的關系為，故C錯誤。(2024·江蘇卷·)如圖所示，細繩穿過豎直的管子拴住一個小球，讓小球在A高度處做水平面內的勻速圓周運動，現(xiàn)用力將細繩緩慢下拉，使小球在B高度處做水平面內的勻速圓周運動，不計一切摩擦，則（）A線速度vA>vB B.角速度ωA<ωBC.向心加速度aA<aB D.向心力FA>FB【答案】AD【解析】設繩子與豎直方向的夾角為θ，對小球受力分析有Fn=mgtanθ=ma由題圖可看出小球從A高度到B高度θ增大，則由Fn=mgtanθ=ma可知aB>aA，F(xiàn)B>FA故C錯誤，D正確；再根據(jù)題圖可看出，A、B位置在同一豎線上，則A、B位置的半徑相同，則根據(jù)可得vA>vB，ωA>ωB，故A正確，B錯誤。6.（2022·遼寧）2022年北京冬奧會短道速滑混合團體2000米接力決賽中，我國短道速滑隊奪得中國隊在本屆冬奧會的首金。（1）如果把運動員起跑后進入彎道前的過程看作初速度為零的勻加速直線運動，若運動員加速到速度時，滑過的距離，求加速度的大??；（2）如果把運動員在彎道滑行的過程看作軌道為半圓的勻速圓周運動，如圖所示，若甲、乙兩名運動員同時進入彎道，滑行半徑分別為，滑行速率分別為，求甲、乙過彎道時的向心加速度大小之比，并通過計算判斷哪位運動員先出彎道?！敬鸢浮浚?）；（2），甲【解析】（1）根據(jù)速度位移公式有代入數(shù)據(jù)可得（2）根據(jù)向心加速度的表達式可得甲、乙的向心加速度之比為甲、乙兩物體做勻速圓周運動，則運動的時間為代入數(shù)據(jù)可得甲、乙運動的時間為，因，所以甲先出彎道。7.（2020·江蘇）如圖所示，鼓形輪的半徑為R，可繞固定的光滑水平軸O轉動。在輪上沿相互垂直的直徑方向固定四根直桿，桿上分別固定有質量為m的小球，球與O的距離均為。在輪上繞有長繩，繩上懸掛著質量為M的重物。重物由靜止下落，帶動鼓形輪轉動。重物落地后鼓形輪勻速轉動，轉動的角速度為。繩與輪之間無相對滑動，忽略鼓形輪、直桿和長繩的質量，不計空氣阻力，重力加速度為g。求：(1)重物落地后，小球線速度的大小v；(2)重物落地后一小球轉到水平位置A，此時該球受到桿的作用力的大小F；(3)重物下落的高度h?！敬鸢浮?1)；(2)；(3)【解析】(1)由題意可知當重物落地后鼓形輪轉動的角速度為ω，則根據(jù)線速度與角速度的關系可知小球的線速度為(2)小球勻速轉動，當在水平位置時設桿對球的作用力為F，合力提供向心力，則有結合(1)可解得桿對球的作用力大小為(3)設重物下落高度為H，重物下落過程中對重物、鼓形輪和小球組成的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)機械能守恒可知而重物的速度等于鼓形輪的線速度，有聯(lián)立各式解得8.（2023·浙江1月卷·）“探究向心力大小的表達式”實驗裝置如圖所示。①采用的實驗方法是A．控制變量法B．等效法C．模擬法②在小球質量和轉動半徑相同的情況下，逐漸加速轉動手柄到一定速度后保持勻速轉動。此時左右標尺露出的紅白相間等分標記的比值等于兩小球的之比（選填“線速度大小”、“角速度平方”或“周期平方”）；在加速轉動手柄過程中，左右標尺露出紅白相間等分標記的比值（選填“不變”、“變大”或“變小”）。【答案】A角速度平方不變【詳析】①[1]本實驗先控制住其它幾個因素不變，集中研究其中一個因素變化所產(chǎn)生的影響，采用的實驗方法是控制變量法；故選A。②[2]標尺上露出的紅白相間的等分格數(shù)之比為兩個小球所受向心力的比值，根據(jù)F在小球質量和轉動半徑相同的情況下，可知左右標尺露出的紅白相間等分標記的比值等于兩小球的角速度平方之比。[3]設皮帶兩塔輪的半徑為R1、R2，塔輪的線速度為v；則有ω1=小球質量和轉動半徑相同的情況下，可知F由于兩變速盤的半徑之比不變，則兩小球的角速度平方之比不變，左、右標尺露出紅白相間等分標記的比值不變?？键c02水平面的圓周運動1.(2023·江蘇卷·13)“轉碟”是傳統(tǒng)的雜技項目，如圖所示，質量為m的發(fā)光物體放在半徑為r的碟子邊緣，雜技演員用桿頂住碟子中心，使發(fā)光物體隨碟子一起在水平面內繞A點做勻速圓周運動。當角速度為ω0時，碟子邊緣看似一個光環(huán)。求此時發(fā)光物體的速度大小v0和受到的靜摩擦力大小f?！敬鸢浮喀?rmω02r【解析】發(fā)光物體的速度為v0＝ω0r發(fā)光物體做勻速圓周運動，則靜摩擦力充當做圓周運動的向心力，則靜摩擦力大小為f＝mω02r2.（多選）（2021·河北卷·）如圖，矩形金屬框豎直放置，其中、足夠長，且桿光滑，一根輕彈簧一端固定在M點，另一端連接一個質量為m的小球，小球穿過桿，金屬框繞軸分別以角速度和勻速轉動時，小球均相對桿靜止，若，則與以勻速轉動時相比，以勻速轉動時（）A．小球的高度一定降低 B．彈簧彈力的大小一定不變C．小球對桿壓力的大小一定變大 D．小球所受合外力的大小一定變大【答案】BD【解析】對小球受力分析，設彈力為T，彈簧與水平方向的夾角為θ，則對小球豎直方向而可知θ為定值，T不變，則當轉速增大后，小球的高度不變，彈簧的彈力不變。則A錯誤，B正確；水平方向當轉速較小時，桿對小球的彈力FN背離轉軸，則即當轉速較大時，F(xiàn)N指向轉軸即則因，根據(jù)牛頓第三定律可知，小球對桿的壓力不一定變大。則C錯誤；根據(jù)可知，因角速度變大，則小球受合外力變大。則D正確。故選BD。3.（2023·福建卷·）一種離心測速器的簡化工作原理如圖所示。細桿的一端固定在豎直轉軸OO'上的O點，并可隨軸一起轉動。桿上套有一輕質彈簧，彈簧一端固定于O點，另一端與套在桿上的圓環(huán)相連。當測速器穩(wěn)定工作時，圓環(huán)將相對細桿靜止，通過圓環(huán)的位置可以確定細桿勻速轉動的角速度。已知細桿長度L=0.2m，桿與豎直轉軸的夾角a始終為60°，彈簧原長x0=0.1（1）若細桿和圓環(huán)處于靜止狀態(tài)，求圓環(huán)到O點的距離；（2）求彈簧處于原長時，細桿勻速轉動的角速度大?。唬?）求圓環(huán)處于細桿末端P時，細桿勻速轉動的角速度大小?！敬鸢浮浚?）0.05m；（2）1063rad/s；（【詳析】（1）當細桿和圓環(huán)處于平衡狀態(tài)，對圓環(huán)受力分析得T根據(jù)胡克定律F=Δ彈簧彈力沿桿向上，故彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈簧此時的長度即為圓環(huán)到O點的距離x（2）若彈簧處于原長，則圓環(huán)僅受重力和支持力，其合力使得圓環(huán)沿水平方向做勻速圓周運動。根據(jù)牛頓第二定律得mg由幾何關系得圓環(huán)此時轉動的半徑為r聯(lián)立解得ω（3）圓環(huán)處于細桿末端P時，圓環(huán)受力分析重力，彈簧伸長，彈力沿桿向下。根據(jù)胡克定律得T對圓環(huán)受力分析并正交分解，豎直方向受力平衡，水平方向合力提供向心力，則有mg+T由幾何關系得r聯(lián)立解得ω4.（2022·福建）清代乾隆的《冰嬉賦》用“躄躠”（可理解為低身斜體）二字揭示了滑冰的動作要領。短道速滑世界紀錄由我國運動員武大靖創(chuàng)造并保持。在其創(chuàng)造紀錄的比賽中，（1）武大靖從靜止出發(fā)，先沿直道加速滑行，前用時。該過程可視為勻加速直線運動，求此過程加速度大?。唬?）武大靖途中某次過彎時的運動可視為半徑為的勻速圓周運動，速度大小為。已知武大靖的質量為，求此次過彎時所需的向心力大??；（3）武大靖通過側身來調整身體與水平冰面的夾角，使場地對其作用力指向身體重心而實現(xiàn)平穩(wěn)過彎，如圖所示。求武大靖在（2）問中過彎時身體與水平面的夾角的大小。（不計空氣阻力，重力加速度大小取，、、、）【答案】（1）；（2）；（3）【解析】（1）設武大靖運動過程的加速度大小為，根據(jù)解得（2）根據(jù)解得過彎時所需的向心力大小為（3）設場地對武大靖的作用力大小為，受力如圖所示根據(jù)牛頓第二定律可得解得可得?？键c03豎直面內的圓周運動1．（2021·浙江·）質量為m的小明坐在秋千上擺動到最高點時的照片如圖所示，對該時刻，下列說法正確的是（）A．秋千對小明的作用力小于B．秋千對小明的作用力大于C．小明的速度為零，所受合力為零D．小明的加速度為零，所受合力為零【答案】A【解析】在最高點，小明的速度為0，設秋千的擺長為l，擺到最高點時擺繩與豎直方向的夾角為，秋千對小明的作用力為F，則對人，沿擺繩方向受力分析有由于小明的速度為0，則有沿垂直擺繩方向有解得小明在最高點的加速度為所以A正確；BCD錯誤；故選A。2．(多選)（2020·全國·）如圖，一同學表演蕩秋千。已知秋千的兩根繩長均為10m，該同學和秋千踏板的總質量約為50kg。繩的質量忽略不計，當該同學蕩到秋千支架的正下方時，速度大小為8m/s，此時每根繩子平均承受的拉力約為（）A．200N B．400N C．600N D．800N【答案】B【解析】在最低點由知T=410N即每根繩子拉力約為410N，故選B。3.（2022·浙江）如圖所示，處于豎直平面內的一探究裝置，由傾角=37°的光滑直軌道AB、圓心為O1的半圓形光滑軌道BCD、圓心為O2的半圓形光滑細圓管軌道DEF、傾角也為37°的粗糙直軌道FG組成，B、D和F為軌道間的相切點，彈性板垂直軌道固定在G點（與B點等高），B、O1、D、O2和F點處于同一直線上。已知可視為質點的滑塊質量m=0.1kg，軌道BCD和DEF的半徑R=0.15m，軌道AB長度，滑塊與軌道FG間的動摩擦因數(shù)，滑塊與彈性板作用后，以等大速度彈回，sin37°=0.6，cos37°=0.8?；瑝K開始時均從軌道AB上某點靜止釋放，（）（1）若釋放點距B點的長度l=0.7m，求滑塊到最低點C時軌道對其支持力FN的大?。唬?）設釋放點距B點的長度為，滑塊第一次經(jīng)F點時的速度v與之間的關系式；（3）若滑塊最終靜止在軌道FG的中點，求釋放點距B點長度的值?！敬鸢浮浚?）7N；（2）

（）；（3），，【解析】（1）滑塊釋放運動到C點過程，由動能定理經(jīng)過C點時解得（2）能過最高點時，則能到F點，則恰到最高點時解得而要保證滑塊能到達F點，必須要保證它能到達DEF最高點，當小球恰好到達DEF最高點時，由動能定理可解得則要保證小球能到F點，，帶入可得（3）設全過程摩擦力對滑塊做功為第一次到達中點時做功的n倍，則n=1,3,5,……解得

n=1,3,5,……又因為，當時，，當時，，當時，，滿足要求。即若滑塊最終靜止在軌道FG的中點，釋放點距B點長度的值可能為，，。4.（2021·湖北）如圖所示，一圓心為O、半徑為R的光滑半圓弧軌道固定在豎直平面內，其下端與光滑水平面在Q點相切。在水平面上，質量為m的小物塊A以某一速度向質量也為m的靜止小物塊B運動。A、B發(fā)生正碰后，B到達半圓弧軌道最高點時對軌道壓力恰好為零，A沿半圓弧軌道運動到與O點等高的C點時速度為零。已知重力加速度大小為g，忽略空氣阻力。（1）求B從半圓弧軌道飛出后落到水平面的位置到Q點的距離；（2）當A由C點沿半圓弧軌道下滑到D點時，OD與OQ夾角為θ，求此時A