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2016-2017学年高中物理专题5.7生活中的圆周运动（讲）（基础版）（含解析）新人教版必修2

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5。7生活中的圆周运动

※知识点一、火车转弯问题

1．火车车轮的特点

火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面,这种

结构特点，主要是避免火车运行时脱轨,如图所示.

2．火车弯道的特点

弯道处外轨高于内轨，火车在行驶过程中，重心高度不变,即火车的重心轨迹在同一水平面内，

火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。

3．火车转弯的向心力来源

火车速度合适时,火车只受重力和支持力作用，火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力

的合力来提供。如图所示.

4．轨道轮缘压力与火车速度的关系

vv

（1）当火车行驶速率等于规定速度时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力.

0

vv

（2)当火车行驶速度大于规定速度时,火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。

0

vv

（3)当火车行驶速度小于规定速度时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。

0

★特别提醒:

汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持

力的合力提供向心力,以减小车轮与路面之间的横向摩擦力.

★思考与讨论

1、火车转弯时的运动是圆周运动，分析火车的运动回答下列问题：

（1）如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用?需要的向心力由谁来提供？

(2)靠这种方式迫使火车转弯有哪些危害？如何改进？

提示：

(1）火车受重力、支持力和外轨对火车的弹力,弹力提供火车转弯所需的向心力．

(2）由于火车质量很大，转弯时需要的向心力很大,容易造成对外轨的损坏，同时造成火车脱

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轨．可以把弯道处建成外高内低的斜面，由重力和支撑力的合力提供合心力．

2、如图为火车在转弯时的受力分析图，试根据图讨论以下问题：

θR

(1）设斜面倾角为，转弯半径为，当火车的速度为多大时铁轨和轮缘间没有弹力，向心力

完全由重力与支持力的合力提供？

vvvv

(2)当火车行驶