《2025年金版新学案高中物理必修第二册人教版》

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) 如果内、外轨一样高，火车转弯时受到哪些力的作用？需要的向心力由哪个力来提供？
(2) 靠这种方式使火车转弯有哪些危害？应如何改进？

答案：
(1)火车转弯时受重力、支持力、牵引力、摩擦力和外轨对火车的弹力作用，外轨对火车的弹力提供火车转弯所需的向心力。
(2)对确定的弯道，火车转弯时速度越大，所需要的向心力就越大，轮缘与外轨间的相互作用力越大，容易对铁轨和车轮造成损坏，甚至造成火车脱轨。可以把弯道处建成外高内低，由重力和支持力的合力提供向心力。

【教材梳理】（阅读教材 P35，完成下列填空）
1. 火车在弯道上的运动特点
火车在弯道上运动时做圆周运动，因此火车具有________加速度，由于其质量巨大，因此需要很大的________。
2. 转弯处内、外轨一样高的缺点
如果转弯处内、外轨一样高，则由________对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。
3. 铁路弯道的特点
(1) 弯道处________略高于________。
(2) 铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的________。
(3) 当火车以规定的速度行驶时，铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的________，它提供了火车以规定速度行驶时所需的________。

答案： 1.向心 向心力 2.外轨 3.
(1)外轨 内轨
(2)内侧
(3)圆心 向心力

火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动，如图所示，请思考下列问题：

任务 1：火车转弯的轨道平面是水平面还是倾斜面？
任务 2：火车以规定的速度转弯时，由什么力提供向心力？
任务 3：火车转弯速度过大或过小时，会对哪侧轨道有侧压力？

答案： 任务1：倾斜面。
任务2：重力和支持力的合力恰好提供向心力。
任务3：当火车转弯速度过大时，其所受重力和支持力的合力不足以提供向心力，此时火车对外侧轨道有向外的侧向压力。当火车转弯速度过小时，其所受重力和支持力的合力大于所需向心力，此时火车对内侧轨道有向里的侧向压力。