高中 | 生活中的圆周运动 题目答案及解析

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必修2

第五章 曲线运动

5.7 生活中的圆周运动

生活中的圆周运动

铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的,已知内外轨对水平面倾角为$\theta$,弯道处的轨道圆弧半径为$R$,若质量为$m$的火车转弯时的速度大于$\sqrt{gR\tan\theta}$,则$(\qquad)$

["

这时铁轨对火车支持力等于$\\dfrac{mg}{\\cos\\theta}$

","

这时铁轨对火车支持力小于$\\dfrac{mg}{\\cos\\theta}$

","

这时外轨对外侧车轮轮缘有挤压

","

这时内轨对内侧车轮轮缘有挤压

"]
[["C"]]

$\rm CD$、对火车受力分析,如下图所示,当火车以某一速度$v$通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力的用,其重力和支持力的合力提供向心力,可得$F_{合}=mg\tan\theta$

合体提供向心力,故有$mg\tan\theta=m\dfrac{v^{2}}{R}$

解得:$v=\sqrt{gR\tan\theta}$

$v=\sqrt{gR\tan\theta}$时火车在转弯时不挤压轨道,当$v\gt \sqrt{gR\tan\theta}$,重力和支持力的合力不够提供向心力,则火车会挤压外轨,当$v\lt \sqrt{gR\tan\theta}$时,重力和支持力的合力大于向心力,则火车会挤压内轨,故$\rm C$正确,$\rm D$错误;

$\rm AB$、当内外轨没有挤压力时,受重力和支持力,支持力为$N=\dfrac{mg}{\cos\theta}$

$v\gt \sqrt{gR\tan\theta}$,重力和支持力的合力不够提供向心力,则火车会挤压外轨,由于外轨对火车的作用力沿着轨道平面,可以把这个力分解为水平和竖直向下两个分力,由于竖直向下的分力变大,使支持力变大,故$\rm AB$错误。

故选:$\rm C$

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