火车转弯问题分析.

火车转弯知识
火车转弯是指火车在行驶过程中需要改变方向，从而使列车沿着曲线行驶。

火车转弯需要遵循一定的规则，以确保列车的安全和稳定性。

首先，火车转弯需要根据曲线半径和车速来选择合适的转弯方式。

如果曲线半径较小，车速较快，需要采用侧向倾斜来平衡侧向力，防止车辆侧翻。

而如果曲线半径较大，车速较慢，则可以采用转向架的方式进行转弯。

其次，火车转弯时需要注意列车内部货物的重心平衡。

如果重心位置发生变化，可能会导致列车失去平衡，造成事故。

因此，需要在运输货物时做好重心平衡的措施。

最后，火车转弯还需要考虑地形和气候等因素。

例如，在山区和高海拔地区，冰雪和陡峭的坡度可能会对火车的转弯造成影响。

因此，需要对火车进行特殊的设计和改进，以确保安全运输。

总之，火车转弯是火车运输中必不可少的一环，需要进行科学合理的设计和操作，以确保运输的安全和高效。

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火车转弯问题考点规律分析(1)弯道的特点：在实际的火车转弯处，外轨高于内轨，若火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，如图所示，即mg tanθ＝m v20R，则v0＝gR tanθ，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角，v0为转弯处的规定速度。

(2)速度与轨道压力的关系①当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时火车对内外轨无挤压作用。

②当火车行驶速度v>v0时，火车对外轨有挤压作用。

③当火车行驶速度v<v0时，火车对内轨有挤压作用。

(3)注意事项①合外力的方向：因为火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合外力应沿水平面指向圆心，而不是沿轨道斜面向下。

②规定速度的唯一性：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内外轨才不受火车的挤压作用。

速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力。

典型例题例有一列质量为100 t的火车，以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400 m。

(g取10 m/s2)(1)试计算铁轨受到的侧压力大小；(2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值。

[规范解答](1)m＝100 t＝1×105 kg，v＝72 km/h＝20 m/s，外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力，所以有：F N ＝m v 2r ＝105×202400 N ＝1×105 N 。

由牛顿第三定律可知铁轨受到的侧压力大小为1×105 N 。

(2)火车过弯道，重力和铁轨对火车的支持力的合力正好提供向心力，如图所示，则mg tan θ＝m v 2r ，由此可得tan θ＝v 2rg ＝0.1。

火车转弯知识点总结1. 火车转弯的原理火车转弯的原理主要是靠铁轨的弯曲和火车车轮的转向来完成的。

铁轨在转弯处会按照一定的半径曲线设计，这种曲线被称为“曲线轨道”，而火车车轮则可以根据铁轨的曲线进行转向。

当火车进入转弯轨道时，车轮会沿着曲线进行旋转，使火车跟随着曲线进行转向，从而完成整个转弯过程。

2. 转弯的影响火车在转弯时会面临一些影响，主要包括侧向加速度和侧向动力。

侧向加速度是指火车在转弯时由于向心力产生的加速度，它会使火车在转弯时受到一定的侧向冲击，从而对车体和乘客产生一定的影响。

而侧向动力则是指火车在转弯时由于车轮的转向所产生的动力，它会影响到火车的运行速度和稳定性。

因此，火车在转弯时需要特别注意这些影响，并进行相应的调整和控制。

3. 转弯的设计和布局铁路线路的设计和布局在转弯处需要特别注意，它会直接影响到火车在转弯时的安全和稳定。

曲线轨道的设计主要考虑转弯的半径、滑移距离、过渡曲线和超高等因素，以确保火车在转弯时能够平稳地通过。

而铁路线路的布局则需要考虑转弯的角度、曲线的长度和转弯处的信号设备等因素，以确保火车在转弯时能够根据实际情况进行正确的操作。

4. 转弯的操作技巧火车在转弯时需要进行一系列的操作和调整，以确保转弯的安全和稳定。

主要包括速度的控制、转向的操作和车厢的平衡等方面。

在转弯时，火车需要降低速度，尤其是在曲线轨道半径较小的地方需要更加谨慎。

同时，火车在转弯时需要进行一定的转向操作，以确保车轮能够顺利地跟随曲线进行转向。

此外，火车的车厢需要保持平衡，以避免在转弯时发生侧翻等事故。

因此，火车驾驶员在转弯时需要特别注意这些操作技巧，并进行相应的训练和实践。

5. 转弯的安全措施火车在转弯时需要采取一系列的安全措施，以确保转弯的安全和稳定。

主要包括信号的设置、预警的发布和车厢的横向倾斜等方面。

在转弯处需要设置相应的信号设备，以向火车驾驶员发出转弯的提示和警告。

同时，需要对转弯处进行预警的发布，以提醒火车驾驶员采取相应的操作和措施。

曲线运动中“火车转弯”“绳杆模型”“双星/多星”问题分析知识点1.生活中的圆周运动火车转弯问题:1.（多选）(2017·宜宾模拟)在设计水平面内的火车轨道的转弯处时，要设计为外轨高、内轨低的结构，即路基形成一外高、内低的斜坡（如图所示）,内、外两铁轨间的高度差在设计上应考虑到铁轨转弯的半径和火车的行驶速度大小。

若某转弯处设计为当火车以速率v通过时，内、外两侧铁轨所受轮缘对它们的压力均恰好为零.车轮与铁轨间的摩擦可忽略不计，则下列说法中正确的是(）A.当火车以速率v通过此弯路时,火车所受各力的合力沿路基向下方向B。

当火车以速率v通过此弯路时，火车所受重力与铁轨对其支持力的合力提供向心力C.当火车行驶的速率大于v时，外侧铁轨对车轮的轮缘施加压力D.当火车行驶的速率小于v时，外侧铁轨对车轮的轮缘施加压力【解析】选B、C2.（多选）公路急转弯处通常是交通事故多发地带。

如图，某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。

则在该弯道处(）A.路面外侧高内侧低B。

车速只要低于v0,车辆便会向内侧滑动C.车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D。

当路面结冰时,与未结冰时相比,v0的值变小【解析】选A、C3.（2017·安庆模拟)如图所示，倒置的光滑圆锥面内侧,有两个小玻璃球A、B沿锥面在水平面做匀速圆周运动，则下列关系式正确的是(）A.它们的线速度大小v A〈v BB.它们的角速度ωA=ωBC.它们的向心加速度大小a A=a BD.它们的向心力大小F A=F B【解析】选C2.竖直平面的圆周运动１．“绳模型”如右图所示,小球在竖直平面内做圆周运动过最高点情况。

（注意：绳对小球只能产生拉力）（1）小球能过最高点的临界条件：绳子和轨道对小球刚好没有力的作用mg =2vmRv临界=Rg（2）小球能过最高点条件:v≥Rg（当v〉Rg时，绳对球产生拉力，轨道对球产生压力）(3）不能过最高点条件：v〈Rg(实际上球还没有到最高点时，就脱离了轨道）２．“杆模型”，小球在竖直平面内做圆周运动过最高点情况（注意：轻杆和细线不同，轻杆对小球既能产生拉力,又能产生推力。

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(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。

(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。

(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。

★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：(1)设斜面倾角为θ，转弯半径为R，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？(2)当火车行驶速度v>v0＝gR tan θ时，轮缘受哪个轨道的压力？当火车行驶速度v<v0＝gR tan θ时呢？【典型例题】【例题1】铁路转弯处的圆弧半径是300m ，轨距是1．435m ，规定火车通过这里的速度是72km/h ，内外轨的高度差应该是多大，才能使铁轨不受轮缘的挤压？保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h ，会分别发生什么现象？说明理由。

物理火车拐弯总结归纳火车是一种重要的交通工具，而在火车行驶过程中，经过弯道是非常常见的情况。

然而，物理上的原理使得火车在拐弯时面临着一系列的挑战和问题。

本文将对物理火车拐弯的原理进行总结归纳，以加深对该现象的理解。

一、拐弯的力学原理在火车拐弯过程中，存在着几种力学原理的作用。

首先是惯性作用，即物体的运动状态会保持不变，如果没有外力的作用，物体将保持做直线运动。

其次是摩擦力，摩擦力会使火车与轨道之间产生摩擦，这种摩擦力有助于火车在弯道上保持稳定。

最后是向心力，向心力是指物体在做曲线运动时受到的指向曲线中心的力。

在火车拐弯时，向心力会使火车向曲线中心靠拢，保证火车能够顺利通过弯道。

二、摩擦力的作用火车在行驶过程中，与轨道产生的摩擦力起到了重要的作用。

摩擦力能够提供火车在弯道上所需的侧向力，使火车能够保持在轨道上运行。

摩擦力的大小与火车与轨道之间的接触面积以及轨道的粗糙程度有关。

当火车行驶速度较快时，摩擦力起到的作用会更为显著。

三、向心力的作用火车拐弯时，向心力的作用使得火车向曲线中心靠拢。

火车和轨道之间的摩擦力可以提供向心力的大小，保证火车稳定通过拐弯。

当火车速度较快或者曲线半径较小时，向心力的大小会增加，对火车的影响也会更加明显。

如果向心力过大，超过摩擦力的限制，火车就可能发生脱轨的危险。

四、火车脱轨的原因火车脱轨是指火车在拐弯过程中失去了与轨道的接触，失去了稳定的运行状态。

火车脱轨可以由多种原因引起，其中包括轮轨间隙过大、曲线半径设计不合理、轨道质量低劣等。

此外，高速行驶时的摩擦力不足或者火车负荷过重也可能导致脱轨事故的发生。

五、改进火车拐弯的措施为了提高火车在拐弯过程中的安全性和稳定性，可以采取一系列的措施。

首先是优化轨道设计，合理设置曲线半径和轮轨间隙，确保火车在拐弯时的稳定运行。

其次是提高轨道质量，加强轨道的铺设和维护，减小火车在拐弯时受到的振动和冲击。

此外，完善火车的制动系统和动力系统，提高其响应速度和控制能力，确保拐弯时的安全性和可靠性。

火车转弯（圆周运动）问题圆周运动专题二题号一二总分得分一、单选题（本大题共9 小题，共分）1.高速公路的拐弯处 , 通常路面是外高内低 , 如图所示 , 在某路段车向左转弯 , 司机左侧的路面比右侧路面低一些车的运动可看作是做半径为的圆周运动内外路面高度差为 h,路基的水平宽度为擦力即垂直于前进方向的摩擦力已知重力加速为g,要使车轮与路面之间的横向摩等于零 , 则汽车转弯时的车速应等于()A. B. C. D.【答案】 D【解析】解：路面的斜角为, 作出车的受力图由数学知识得：如图 , 支持力与重力的合力提供向心力, 由牛顿第二定律得：联立得故选： D由题意知汽车转弯时所需的心力完全由重力和支持力的合力提供, 根据受分析计算即可得出结论．类似于火车拐弯问题, 知道按条件转弯时, 向心力由重力和支持力的合力提供．2.如图所示的圆周运动, 下列说法不正确的是()A.如图 a,汽车通过拱桥的最高点处于失重状态置B.如图 b,火车转弯超过规定速度行驶时,外轨对外侧车轮的轮缘会有挤压作用C. 如图c,钢球在水平面做圆周运动, 钢球距悬点的距离为则圆锥摆的周期D.如图 d,在水平公路上行驶的汽车,车轮与路面之间的静摩擦力提供转弯所需的向心力【答案】 C【解析】【分析】根据加速度的方向确定汽车在最高点处于超重还是失重；根据合力提供向心力得出角速度的表达式 , 从而进行判断；抓住重力不变, 结合平行四边形定则比较支持力和向心力结合半径不同分析角速度的关系；当火车转弯的速度超过规定速度, 支持力和重力的合力不够提供向心力, 会挤压外轨。

此题考查圆周运动常见的模型, 每一种模型都要注意受力分析找到向心力, 从而根据公式判定运动情况, 如果能记住相应的规律, 做选择题可以直接应用, 从而大大的提高做题的速度 , 所以要求同学们要加强相关知识的记忆。

,【解答】. 汽车在最高点知, 故处于失重状态 , 故A 正确；AB.火车转弯超过规定速度行驶时, 外轨对内轮缘会有挤压作用, 故B正确；C.圆锥摆,重力和拉力的合力,, 则圆锥摆的周期 , 故C错误；D.在水平公路上行驶的汽车, 车轮与路面之间的静摩擦力提供转弯所需的向心力, 故D正确。