图2
A.物块下滑过程中,所受的合外力为零
B.物块下滑过程中,所受的合外力越来越大
C.物块下滑过程中,加速度的大小不变,方向时刻在变
D.物块下滑过程中,摩擦力大小不变
解析:选C 物块下滑过程中做匀速圆周运动,所受合外力大小(即向心力)和加速度的大小均不变,方向时刻改变,A、B错误,C正确;物块下滑到C点时的受力分析如图所示,为保证速率不变,切线方向应有f=mgsin θ,由于θ是变化的,所以摩擦力的大小也是变化的,D错误。
7.铁路转弯处的弯道半径r及其内、外轨高度差h的设计不仅与r有关,还取决于火车在弯道上行驶的速率v。下表是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之相对应的轨道的高度差h。
弯道半径r/m 660 330 220 165 132 110 内、外轨高度差h/m 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
(1)根据表中数据,试导出h与r关系的表达式,并求出当r=440 m时,h的设计值;
(2)铁路建成后,火车通过弯道时,为保证绝对安全,要求内外轨道均不向车轮施加侧向压力,又已知我国铁路内、外轨的距离设计值L=1.435 m,结合表中数据,求出我国火车的转弯速率v。(路轨倾角α很小时,可认为tan α=sin α)
解析:(1)分析表中数据得,每组的h与r的乘积均等于常数,即C=660×0.05 m2=33 m2,因此hr=33;当r=440 m时,有h= m=0.075 m=75 mm。
(2)转弯中,当内外轨对车轮均没有侧向压力时,火车的受力示意图如图所示。
由牛顿第二定律得mgtan α=m ①
因为α很小,则有tan α=sin α=②
由①②得v=≈15 m/s=54 km/h,即我国火车的转弯速率为54 km/h。