题目内容

11.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.该弯道的半径R=$\frac{{v}^{2}}{g}$
B.当火车的质量改变时,规定的行驶速度也改变
C.当火车的速率大于v时,外轨将受到轮缘的挤压
D.当火车的速率小于v时,火车将有向外侧冲出轨道的危险

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:A、火车拐弯时不侧向挤压车轮轮缘,靠重力和支持力的合力提供向心力,设转弯处斜面的倾角为θ,根据牛顿第二定律得:
mgtanθ=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得:R=$\frac{{v}^{2}}{gtanθ}$,故A错误;
B、根据牛顿第二定律得:
mgtanθ=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得:v=$\sqrt{gRtanθ}$,与质量无关,故B错误;
C、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,轮缘挤压外轨.故C正确;
D、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,轮缘挤压内轨,火车不可能出现向外侧冲出轨道的危险.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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