题目内容

4.火车转弯时,如果铁路弯道内外轨一样高,外轨对轮缘(如图a所示)挤压的弹力F提供了火车转弯时的向心力(如图b所示).但是靠这种办法得到向心力,铁轨和铁轮极易受损.在修筑铁路时,弯道处的外轨会略高于外轨(如图c所示),当火车以规定的行驶速度转弯时,内外轨均不会受到轮缘的挤压,设此时的速度大小为v,则下列说法正确的是(  )
A.当火车的速率小于v时,火车将有向外侧冲出轨道的危险
B.当火车速率小于v时,外轨将受到轮缘的挤压
C.当火车的速率大于v时,外轨将受到轮缘的挤压
D.当火车的质量改变时,规定的行驶速度也改变

分析 火车拐弯时以规定速度行驶,此时火车的重力和支持力的合力提供圆周运动所需的向心力.若速度大于规定速度,重力和支持力的合力不够提供,此时外轨对火车有侧压力;若速度小于规定速度,重力和支持力的合力提供偏大,此时内轨对火车有侧压力.

解答 解:AB、当火车的速率小于v时,重力和支持力的合力大于向心力,此时内轨对轮缘有挤压,故AB错误.
C、当火车的速率大于v时,重力和支持力的合力小于向心力,此时外轨对轮缘有挤压,故C正确.
D、火车以规定的速率v0驶过弯道时,内、外轨均不会受到轮缘的挤压,此时火车靠重力和支持力的合力提供向心力,根据mgtanθ=$\frac{m{v}^{2}}{R}$得,$v=\sqrt{gRtanθ}$,规定速度与火车的质量无关,故D错误.
故选:C

点评 解决本题的关键知道火车拐弯时对内外轨均无压力,此时靠重力和支持力的合力提供圆周运动的向心力.

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