2025年高考物理专题复习--圆周运动的临界问题 课件（共35张PPT）

(共35张PPT)
圆周运动的临界问题
展望未来
怀揣梦想
拼搏 / 奋斗 / 挑战 / 超越
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水平面内的圆盘临界模型
01
竖直面内圆周运动临界模型
02
水平面内的圆盘临界模型
01
PART
新梦想 新征程 新希望
2025
知识点 水平面内的圆盘临界模型临界规律
夯基·必备基础知识
夯基·必备基础知识
知识点 水平面内的圆盘临界模型临界规律
夯基·必备基础知识
知识点 水平面内的圆盘临界模型临界规律
夯基·必备基础知识
知识点 水平面内的圆盘临界模型临界规律
1．如图所示，水平放置的圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，质量分别为、的物块、（均视为质点）放置在圆盘上随圆盘一起做匀速圆周运动的半径分别为、，与圆盘间的动摩擦因数分别为、，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，现使转盘转速逐渐缓慢增大，则比先滑动的条件一定是（　　）
A．
B．
C．
D．
考向1 无绳连接模型
提升·必备题型归纳
D
考向1 无绳连接模型
提升·必备题型归纳
【答案】D
【详解】A．由牛顿第二定律与圆周运动规律：当刚要相对圆盘滑动时当刚要相对圆盘滑动时可得，两物块相对圆盘开始滑动的临界角速度与质量、无关，A错误；
BCD．当比先滑动时，则有即整理可得故BC错误，D正确。故选D。
2．旋转餐桌上距转轴一定距离处放着盘子，盘子里放着烧饼，可简化为如图所示的模型，质量为m1的A物体放在水平转台上，质量为m2的B物体放在A物体的上面，二者距转轴的距离为r，两物体均可看成质点。若已知A与转台间的动摩擦因数为μ1，B与A间的动摩擦因数为μ2且μ1<μ2，重力加速度为g，则要使A、B物体与转台保持相对静止，则转台转动的最大角速度为（　　）
A． B．
C． D．
考向1 无绳连接模型
提升·必备题型归纳
B
考向1 无绳连接模型
提升·必备题型归纳
【答案】B
【详解】根据牛顿第二定律，对B有所以对A、B整体有所以所以要使A、B物体与转台保持相对静止，则转台转动的最大角速度为故选B。
3．如图所示，M能在水平光滑滑杆上滑动，滑杆连架装在离心机上，用绳跨过光滑滑轮与另一质量为m的物体相连。当离心机以角速度ω在水平面内绕竖直轴转动时，M离轴距离为r，且恰能作匀速圆周运动。若m增至原来的2倍，保持r不变，为使M仍能作匀速圆周运动，则离心机的角速度要变为原来的（　　）
A．1倍
B．倍
C．2倍
D．4倍
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
B
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
【答案】B
【详解】当离心机以角速度ω在水平面内绕竖直轴转动时，质量为m的物体处于静止状态，根据牛顿第二定律，有若m增至原来的2倍，保持r不变，M仍能作匀速圆周运动，同理有联立解得故选B。
4．如图所示，A、B两个小滑块用不可伸长的轻质细绳连接，放置在水平转台上， ，，绳长l=1.5m，两滑块与转台的动摩擦因数μ均为0.5（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），转台静止时细绳刚好伸直但没有弹力，转台从静止开始绕竖直转轴缓慢加速转动（任意一段极短时间内可认为转台做匀速圆周运动），g取。以下分析正确的是（　　）
A．当时，绳子张力等于0.9N
B．当时，A、B开始在转台上滑动
C．当时，A受到摩擦力为0
D．当时，绳子张力为1N
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
C
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
【答案】C
【详解】A．当绳子刚好出现张力时，则对B分析可知解得当时，绳子张力等于0，选项A错误；
C．当时，绳子张力等于0，此时A受到摩擦力为0，选项C正确；
BD．当A、B刚要在转台上滑动时，则对B对A:解得当时，A、B开始在转台上滑动，当时，绳子张力为选项BD错误。故选C。
5．如图甲所示，将质量均为m的物块A、B沿同一径向置于水平转盘上，两者用长为L的水平轻绳连接，轻绳恰好伸直但无拉力。已知两物块与转盘之间的动摩擦因数均为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物块A与转轴的距离等于L，整个装置能绕通过转盘中心的竖直轴转动。当转盘以不同角速度匀速转动时，两物块所受摩擦力大小f与角速度二次方的关系图像如图乙所示，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）
A．乙图中图像a为物块B所受f与的关系图像
B．当角速度增大到时，轻绳开始出现拉力
C．
D．当时，轻绳的拉力大小为
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
D
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
【答案】D
【详解】AB．一开始角速度比较小时，两物块的静摩擦力提供所需的向心力，由于物块B的半径较大，所需向心力较大，则物块B的摩擦力先达到最大，之后物块B的摩擦力不变，绳子开始产生拉力，则乙图中图像b为物块B所受f与的关系图像，对B由牛顿第二定律可得解得开始产生绳子拉力时的角速度为故AB错误；
CD．乙图中图像b为物块A所受f与的关系图像，当时，物块A的摩擦力达到最大，分别对A和B根据牛顿第二定律可得,联立解得，则有故C错误，D正确。故选D。
6．某游戏转盘装置如图所示，游戏转盘水平放置且可绕转盘中心的转轴转动。转盘上放置两个相同的物块A、B，物块A、B通过轻绳相连。开始时，绳恰好伸直但无弹力，现让该装置从静止开始转动，使其角速度缓慢增大。整个过程中，物块A、B都相对于盘面静止，物块A、B到转轴的距离分别为，物块的质量均为且与转盘间的动摩擦因数均为，接触面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为。下列说法正确的是（　　）
A．当转盘的角速度大小为时，物块B受到的摩擦力大小为
B．当转盘的角速度大小为时，物块受到的摩擦力大小为
C．为了确保物块A、B都相对于转盘静止，转盘的角速度不能超过
D．在转盘角速度从零开始逐渐增大的过程中，物块B受到的摩擦力一直增大
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
C
考向2 有绳连接模型
提升·必备题型归纳
【答案】C
【详解】A．转盘的角速度较小时，物块A、B所需的向心力均由摩擦力提供，当转盘的角速度大小为时，物块B所需向心力大小为此时物块B受到的摩擦力大小为，故A错误；
B．当转盘的角速度大小为时，物块B所需向心力大小为轻绳弹力为0，物块所需向心力大小为此时物块受到的摩擦力大小为，故B错误；
D．在转盘角速度逐渐增大的过程中，刚开始物块B受到的静摩擦力提供向心力，当物块B受到的摩擦力达到最大静摩擦力后，最大静摩擦力和轻绳弹力的合力提供物块B所需的向心力，物块B受到的摩擦力先增大后不变，故D错误；
C．设当角速度为、轻绳弹力为时，物块A、B与盘面间的摩擦力均达到最大静摩擦力，有,解得故C正确。故选C。
竖直面内圆周运动临界模型
02
PART
新梦想 新征程 新希望
2025
夯基·必备基础知识
知识点1 常见绳杆模型特点及临界规律
夯基·必备基础知识
知识点1 常见绳杆模型特点及临界规律
夯基·必备基础知识
知识点2 拱形桥和凹形桥类模型特点及临界规律
夯基·必备基础知识
知识点2 拱形桥和凹形桥类模型特点及临界规律
7．如图甲所示，一长为L的轻绳，一端穿在过O点的水平转轴上，另一端固定一质量未知的小球，整个装置绕O点在竖直面内转动。小球通过最高点时，绳对小球的拉力F与其速度平方v2的关系如图乙所示，重力加速度为g，下列判断正确的是（　　）
A．图像函数表达式为
B．重力加速度
C．绳长不变，用质量较小的球做实验，得到的图线斜率更大
D．绳长不变，用质量较大的球做实验，图像上b点的位置向右移
提升·必备题型归纳
考向1 绳类模型
B
提升·必备题型归纳
考向1 绳类模型
【答案】B
【详解】A．当小球到达最高点时，根据牛顿第二定律，有所以故A错误；
B．由图可知，当F=0时，v2=b，即所以故B正确；
C．若绳长不变，小球质量较小时，斜率较小，故C错误；
D．图线上b点表示小球在最高点时只受重力的速度，即解得此速度的大小与小球质量无关，所以绳长不变，小球质量较大时，b点位置不移动，故D错误。故选B。
8．如图1所示，实验室的“过山车”装置的实验演示图，用两根铁丝弯成如图所示的形状，将小球从斜轨的某一高度释放，然后逐步改变小球的释放点，看小球能否越过环形轨道的顶端并继续沿轨道运行而不掉落。运动过程可以简化为如图2所示，M、N分别是圆形轨道的最低点与最高点，小球释放初始位置到水平地面的高度为h，圆形轨道半径为R，要使小球通过圆形轨道最高点而不掉落，忽略一切阻力，h与R应该满足的关系是（　　）
A．
B．
C．
D．
提升·必备题型归纳
考向1 绳类模型
C
提升·必备题型归纳
考向1 绳类模型
【答案】C
【详解】要使小球恰好通过最高点，则应该满足小球从释放点到点过程机械能守恒，则联立解得由此可知要使小球通过圆形轨道最高点而不掉落则故选C。
9．如图甲所示，轻杆的一端固定一小球（可视为质点），另一端套在光滑的水平轴O上，O轴的正上方有一速度传感器，可以测量小球通过最高点时的速度大小v，O轴处有一力传感器，可以测量小球通过最高点时O轴受到的杆的作用力F，若取竖直向下为F的正方向，在最低点时给小球不同的初速度，得到的F-v2（v为小球在最高点处的速度）图象如图乙所示，取g=10m/s2，则（　　）
A．小球恰好通过最高点时的速度大小为5m/s
B．小球在最高点的速度大小为m/s时，
杆对球的作用力为支持力
C．小球的质量为3kg
D．O轴到小球的距离为0.5m
提升·必备题型归纳
考向2 杆类模型
D
提升·必备题型归纳
考向2 杆类模型
【答案】D
【详解】A．由于是球杆模型，小球恰好通过最高点时的速度为零，A错误；
C．当小球通过最高点的速度为零时，杆对小球的支持力恰好等于小球的重量，由图乙可知，小球的重量为3N，即质量为0.3kg，C错误；
D．由图乙可知，当小球通过最高点时=5m2/s2时，恰好对杆没有作用力，此时重力提供向心力，根据 可算出杆的长度为0.5m，故D正确；B．当小球以m/s的速度通过最高点时，根据可得此时杆对球是向下的拉力，大小为6N，故B错误。故选D。
10．如图所示，竖直平面内有一半径为R的圆形管道，管道内有一质量为m的小钢球，小钢球的直径稍小于圆管的内径，小钢球的直径远小于R。在最低点给小钢球一大小为v0、方向水平向右的初速度，小钢球到达最高点的速度大小为。圆管内壁光滑，水平线ab过管道圆心。下列说法正确的是（　　）
A．小钢球到达最高点时，受到管壁的作用力大小为mg
B．稍微减小v0，小钢球无法通过最高点
C．稍微增大v0，小钢球通过最高点时，对圆管外侧管壁有压力
D．小钢球在水平线ab以下的管道中运动时，外侧管壁对小钢球不一定有作用力
提升·必备题型归纳
考向2 杆类模型
C
提升·必备题型归纳
考向2 杆类模型
【答案】C
【详解】A．小钢球到达最高点时，根据牛顿第二定律有,联立求得即小球在最高点不受管壁的作用，故A错误；
B．稍微减小v，则小钢球到达最高的速度小于，小球重力大于所需向心力，将与管壁内侧接触，内壁对小球的支持力与小球重力的合力提供向心力，小球可以通过最高点，故B错误；
C．稍微增大v，小钢球通过最高点时速度大于，小钢球重力不足以提供所需向心力，将做离心运动，从而对圆管外侧管壁有压力的作用，故C正确；
D．小钢球在水平线ab以下的管道中运动时，重力沿垂直管壁向下的分力与管壁对小钢球的弹力的合力要指向圆心，提供向心力，所以外侧管壁对小钢球一定有作用力，故D错误。
故选C。
11．如图所示，一辆汽车通过两座连续的“凸”形桥和“凹”形桥，A、B两点分别为两桥的最高点和最低点，已知汽车通过A、B两点时的速度大小分别为vA和vB，桥面所在圆弧半径均为R，重力加速度为g，则以下说法不正确的是（　　）
A．若 则汽车对A点的压力大于对B点的压力
B．汽车在B点时处于超重状态
C．无论以多大的速度通过该路面，汽车对A的压力一定小于对B的压力
D．若，汽车将在A点开始做平抛运动
提升·必备题型归纳
考向3 拱形桥和凹形桥类模型
A
提升·必备题型归纳
考向3 拱形桥和凹形桥类模型
【答案】A
【详解】AC．汽车在两座桥面上均作圆周运动，设在A、B两点处桥面对汽车的压力分别为、，对汽车在A、B两点分别由牛顿第二定律可得，解得，很显无论以多大的速度通过该路面，汽车对A点的压力始终小于对B点的压力，故A错误，C正确；
B．在B点时，桥面对汽车的支持力大于汽车的重力，汽车有竖直向上的加速度，因此汽车在B点时处于超重状态，故B正确；
D．汽车在A点时，若桥面恰好对汽车没有力的作用，则此时汽车自身的重力提供向心力，有解得分析可知，若，汽车将在A点开始做平抛运动，故D正确。本题选择不正确选项，故选A。
拼搏 / 奋斗 / 挑战 / 超越
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本节结束
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