Question

鐵路在彎道處的內(nèi)外軌道高低是不同的，已知內(nèi)外軌道對(duì)水平面傾角為θ，如圖所示．彎道處的圓弧半徑為R，若質(zhì)量為m的火車以v=

gRtanθ

的速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，則內(nèi)外軌都不會(huì)受到火車輪的側(cè)壓力，此時(shí)火車對(duì)鐵軌的支持力為N，那么（　　）

A．火車轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度大于v時(shí)，外軌對(duì)外側(cè)車輪輪緣有側(cè)壓力，此時(shí)火車受到鐵軌的支持力大于N

B．火車轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度大于v時(shí)，內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣有側(cè)壓力，此時(shí)火車受到鐵軌的支持力小于N

C．火車轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度小于v時(shí)，外軌對(duì)外側(cè)車輪輪緣有側(cè)壓力，此時(shí)火車受到鐵軌的支持力大于N

D．火車轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度小于v時(shí)，內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣有側(cè)壓力，此時(shí)火車受到鐵軌的支持力小于N

Answer 1

分析：火車以軌道的速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，其所受的重力和支持力的合力提供向心力，先平行四邊形定則求出合力，再根據(jù)根據(jù)合力等于向心力求出轉(zhuǎn)彎速度，當(dāng)轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度大于或小于軌道速度時(shí)，火車所受的重力和支持力的合力不足以提供向心力或大于所需要的向心力，火車有離心趨勢(shì)或向心趨勢(shì)，故其輪緣會(huì)擠壓車輪．

解答：解：火車以某一速度v通過(guò)某彎道時(shí)，內(nèi)、外軌道均不受側(cè)壓力作用，其所受的重力和支持力的合力提供向心力

由圖可以得出
F_合=mgtanθ（θ為軌道平面與水平面的夾角）
合力等于向心力，故
mgtanθ=m

v2

R

解得
v=

gRtanθ

；
A、B、當(dāng)轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度大于規(guī)定速度時(shí)，火車所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力，火車有離心趨勢(shì)，故其外側(cè)車輪輪緣會(huì)與鐵軌相互擠壓，外軌受到側(cè)壓力作用方向平行軌道平面向外，故D正確；
C、D、當(dāng)轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度小于規(guī)定速度時(shí)，火車所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力，火車有向心趨勢(shì)，故其內(nèi)側(cè)車輪輪緣會(huì)與鐵軌相互擠壓，內(nèi)軌受到側(cè)壓力作用方向平行軌道平面向內(nèi)，故C錯(cuò)誤；
故選BD．

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵抓住火車所受重力和支持力的合力恰好提供向心力的臨界情況，計(jì)算出臨界速度，然后根據(jù)離心運(yùn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng)的條件進(jìn)行分析．