“等時圓”模型及其應(yīng)用（原卷版）-2025年高考物理重點模型復(fù)習(xí)突破

模型10“等時圓”模型及其應(yīng)用(原卷版)

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模型概述

1.等時圓模型

(1)質(zhì)點從豎直圓環(huán)上沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到圓環(huán)的最低點所用時間相等，如圖甲所示；

(2)質(zhì)點從豎直圓環(huán)上最高點沿不同的光滑弦由靜止開始滑到下端所用時間相等，如圖乙所示；

(3)兩個豎直圓環(huán)相切且兩環(huán)的豎直直徑均過切點，質(zhì)點沿不同的光滑弦從上端由靜止開始滑到下端所

用時間相等，如圖丙所示。

2.等時性的證明

設(shè)某一條弦與水平方向的夾角為a,圓的直徑為"(如右圖)。根據(jù)物體沿光滑弦作初速度為零的勻加

速直線運動，加速度為"―gsma,位移為s=dsina,所以運動時間為

即沿各條弦運動具有等時性，運動時間與弦的傾角、長短無關(guān)。

典題攻破

1.等時圓基本應(yīng)用

【典型題1】如圖所示，甲圖中質(zhì)點從豎直面內(nèi)的圓環(huán)上，沿三個不同的光滑弦1、2、3上端由靜止開始滑

到環(huán)的最低點，所用的時間分別為。、/2、小乙圖中質(zhì)點從豎直面內(nèi)的圓環(huán)上最高點，沿三個不同的

光滑弦4、5、6由靜止開始滑到下端所用的時間分別為乙、4、V，貝U（）

A.tx=t2=t3,t4=t5=t6B.t{<t2<t3,t^<ts<t6

C.tA>t2>t3,?4>f5>t6D.t2>t3>t{,t6>t5>f4

【典型題2】（2024?湖北黃石?三模）如圖所示，是一個傾角為。的傳送帶，上方離傳送帶表面距離為/

的P處為原料輸入口，為避免粉塵飛揚，在尸與傳送帶間建立一直線光滑管道，使原料無初速度地從

P處以最短的時間到達(dá)傳送帶上，則最理想管道做好后，原料從尸處到達(dá)傳送帶的時間為（）

I21

Vgeos。

2.等時圓拓展應(yīng)用

【典型題3】如圖所示有一半圓，其直徑水平且與另一圓的底部相切于。點，。點恰好是下半圓的頂點，

它們處在同一豎直平面內(nèi)?，F(xiàn)有兩條光滑直軌道AOB、COD,軌道與豎直直徑的夾角關(guān)系為a>/,現(xiàn)

讓一小物塊先后從這兩條軌道頂端由靜止下滑至底端，則下列關(guān)系中正確的是（）

A.vB=vDB.vB<vDC.(AB~^CDD.

【典型題4】如圖在設(shè)計三角形的屋頂時,使雨水盡快地從屋頂流下，并認(rèn)為雨水是從靜止開始由屋頂無摩

擦地流動，試分析：在屋頂寬度(2L)一定的條件下，屋頂?shù)膬A角應(yīng)該多大？雨水流下的最短時間是

多少？

Si針對訓(xùn)練

1.(2024高一?全國?專題練習(xí))如圖所示，ad、bd>cd是豎直平面內(nèi)三根固定的光滑細(xì)桿，a、b>c、d位

于同一圓周上，a點為圓周的最高點，d點為圓周的最低點。每根桿上都套著一個小滑環(huán)，三個滑環(huán)分別

從a、b、c處釋放(初速度都為0),用tl、t2、t3依次表示各滑環(huán)滑到d的時間，則()

A.tx<t2<t3B.tx>t2>t3

C.tx>t2,t2<t3D.h=t?=

2.（23-24高二下?安徽合肥?期中）如圖所示，在斜面上有四條光滑細(xì)桿，其中0A桿豎直放置，0B桿與

0D桿等長，0C桿與斜面垂直放置，每根桿上都套著一個相同的小滑環(huán)（圖中未畫出），四個環(huán)分別從0

點由靜止釋放，沿OA、OB、OC、0D滑到斜面上，下列說法正確的是（）

A.沿0。下滑過程中彈力的沖量最大

B.沿。1下滑過程中重力的沖量最大

C.沿0C下滑過程中重力的沖量最小

D.沿08下滑過程中彈力的沖量最小

3.（23-24高一上?山東濟(jì)寧?階段練習(xí)）如圖所示，一斜面固定在水平面上，斜面上固定了兩個光滑軌道a、

b,其中軌道a與斜面垂直，兩軌道頂點相同，且頂點在C點的正上方。現(xiàn)分別從兩軌道的頂點釋放一

物塊，它們到達(dá)斜面的時間分別為tl、t2.下列說法正確的是（）

4.（2024?江蘇泰州?一模）如圖所示，半球形容器內(nèi)有三塊不同長度的滑板NO、B0\CO',其下端都固

定于容器底部點，上端擱在容器側(cè)壁上，已知三塊滑板的長度若三個滑塊同時從

A、B、C處開始由靜止下滑（忽略阻力），則（）

A.4處滑塊最先到達(dá)。'點B.8處滑塊最先到達(dá)。'點

C.C處滑塊最先到達(dá)。'點D.三個滑塊同時到達(dá)。'點

5.（23-24高三上?江蘇淮安?開學(xué)考試）如圖所示，球殼內(nèi)有三條弦OA、OB、OC,O為球內(nèi)的最低點，它

們與水平面間的夾角分別為60。、45。、30。。三個光滑的小環(huán)分別從A、B、C處由靜止沿所在弦下滑，

運動到最低點所用的時間分別為〃、灰、左，則三者之間大小關(guān)系為（）

A.tA=tB=tcB./，<灰<

C.,4>'B>'CD.‘4='C>'B

6.如圖所示，在豎直平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy,該平面內(nèi)有AM、BM、CM三條光滑固定軌道，其中

B、C兩點處于同一個圓上，C是圓上任意一點，B、M分別為此圓與y軸、x軸的切點，A點在y軸上

且NAMO=60。，0,為圓心，現(xiàn)將a、b、c三個小球分別從A、B、C點同時由靜止釋放，它們將沿軌道

運動到M點，所用時間分別為〃、匕、左，則（）

A.〃<<tc

B.〃=

c.’4>‘B='C

D.由于C點的位置不確定，故無法比較時間大小關(guān)系

7.（2024?全國?模擬預(yù)測）如圖所示，有直角三角形光滑軌道框架△ABC,其中AB豎直。ZC=90°,光滑

圓弧軌道CB為△NSC的外接圓上的一部分。小球1、2分別沿軌道AB、AC從A點由靜止開始運動，

到B、C點對應(yīng)的時間分別為%、L，小球3沿軌道CB從C點由靜止開始運動，到B點的時間為4;

小球4在圓弧軌道CB上某一點（對應(yīng)的圓心角很?。┯伸o止開始運動，到B點的時間為6。則下列時

間的關(guān)系正確的是（

1

A.>t2B.t2<t4C.D.

8.（23-24高三上?黑龍江哈爾濱?階段練習(xí)）如圖所示，在豎直平面內(nèi)有ac、abc、adc三個細(xì)管道，ac沿豎

直方向，ab與be垂直，adc構(gòu)成等邊三角形。將三個小球同時從a點沿三個不同軌道由靜止釋放，忽略

一切摩擦，不計拐彎時的機(jī)械能損失，當(dāng)豎直下落的小球運動到c點時，關(guān)于三個小球的位置，下列示

意圖中可能正確的是（）

9.（23-24高一下?安徽蚌埠?期中）如圖所示，豎直平面內(nèi)存在半徑為R的大圓和半徑為r的小圓，兩個圓

的公切線水平，有兩條傾斜的光滑軌道，一條與大圓相交于A、B兩點，A點為大圓的最高點，另一條

軌道一端交于大圓的C點.另一端交于小圓的D點，且過大圓和小圓的公切點?，F(xiàn)讓一物體分別從兩條

軌道的頂端A、C由靜止釋放，分別滑到B點和D點（假設(shè)物體能夠無障礙地穿過CD與圓的交叉點）,

物體在兩條軌道上的運動時間分別為右B、%），重力加速度為g，下列判斷正確的是（

A.t/B=tCD

R+r

10.（2024?湖南長沙?模擬預(yù)測）（多選）如圖所示，O點為豎直圓周的圓心，MN和PQ是兩根光滑細(xì)桿，

兩細(xì)桿的兩端均在圓周上，M為圓周上的最高點，Q為圓周上的最低點，N、P兩點等高。兩個可視為

質(zhì)點的圓環(huán)1、2（圖中均未畫出）分別套在細(xì)桿MN、PQ上，并從M、P兩點由靜止釋放，兩圓環(huán)滑

到N、Q兩點時的速度大小分別為％、v2）所用時間分別為4、，貝U（）

A.v,=v

2B.Vj>v2C.>t2D.%=%

11.（23-24高三上?河南省直轄縣級單位?階段練習(xí)）（多選）如圖所示，oa、ob和ad是豎直平面內(nèi)三根固定

的光滑細(xì)桿，0、a、b、c、d位于同一圓周上，c