题目内容
【题目】铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的,如图所示,已知内外轨道平面与水平面倾角为 θ,弯道处的圆弧半径为 R,则质量为 m 的火车在该弯道处转弯时,以下说法中正确的是( )
A.若火车行驶速度等于,则内外轨道均不受车轮轮缘挤压
B.若火车行驶速度大于,内轨对内侧车轮轮缘有挤压
C.若火车行驶速度小于,外轨对外侧车轮轮缘有挤压
D.若火车行驶速度等于,这时铁轨对火车的支持力等于
【答案】AD
【解析】
火车以某一速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,其所受的重力和支持力的合力提供向心力
由图可以得出
F合=mgtanθ
(θ为轨道平面与水平面的夹角)
合力等于向心力,故
解得
。
AD.若速度等于,则这时铁轨和车轮轮缘间无挤压,竖直方向上合力为零,有
Ncosθ=mg
解得
故AD正确;
BC.若速度当于,则重力和支持力提供的合力小于向心力,所以外轨对外侧车轮轮缘有挤压;若速度小于,则重力和支持力提供的合力大于向心力,所以内轨对内侧车轮轮缘有挤压;故BC错误。
故选AD。
【题目】一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系.
(1)首先,他们让一砝码做半径r为0.08m的圆周运动,数字实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω,如下表.请你根据表中的数据在图甲上绘出F-ω的关系图像_______.
实验序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
F/N | 2.42 | 1.90 | 1.43 | 0.97 | 0.76 | 0.50 | 0.23 | 0.06 |
ω/rad·s-1 | 28.8 | 25.7 | 22.0 | 18.0 | 15.9 | 13.0 | 8.5 | 4.3 |
(2)通过对图像的观察,兴趣小组的同学猜测F与ω2成正比.你认为,可以通过进一步的转换,通过绘出____________关系图像来确定他们的猜测是否正确.
(3)在证实了F∝ω2之后,他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m,又得到了两条F-ω图像,他们将三次实验得到的图像放在一个坐标系中,如图乙所示.通过对三条图像的比较、分析、讨论,他们得出F∝ r的结论,你认为他们的依据是_______.
(4)通过上述实验,他们得出:做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F=kω2r,其中比例系数k的大小为__________,单位是________.