一、相遇
指兩物體分別從相距x的兩地運(yùn)動(dòng)到同一位置,它的特點(diǎn)是:兩物體運(yùn)動(dòng)的位移的矢量和等于x,分析時(shí)要注意:
⑴兩物體是否同時(shí)開始運(yùn)動(dòng),兩物體運(yùn)動(dòng)至相遇時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)間可建立某種關(guān)系;
⑵兩物體各做什么形式的運(yùn)動(dòng);
、怯蓛烧叩臅r(shí)間關(guān)系,根據(jù)兩者的運(yùn)動(dòng)形式建立位移的矢量方程。
【例1】1999年5月11日《北京晚報(bào)》報(bào)道了一位青年奮勇接住一個(gè)從15層高樓窗口落下的孩子的事跡。設(shè)每層樓高是2.8m,這位青年所在的地方離高樓的水平距離為12m,這位青年以6m/s的速度勻速?zèng)_到樓窗口下方,請你估算出他要接住小孩至多允許他有的反應(yīng)時(shí)間(反應(yīng)時(shí)間指人從發(fā)現(xiàn)情況到采取相應(yīng)行動(dòng)經(jīng)過的時(shí)間)。(g取10m/s2)
【答案】0.8s晶品質(zhì)心_新浪博客
【針對練習(xí)1】一人站在離公路h=50m遠(yuǎn)處,如圖所示,公路上有一輛汽車以v1=10m/s的速度行駛,當(dāng)汽車到A點(diǎn)與在B點(diǎn)的人相距d=200m時(shí),人以v2=3m/s的平均速度奔跑,為了使人跑到公路上恰與汽車相遇,則此人應(yīng)該朝哪個(gè)方向跑?
【答案】此人要朝與AB連線夾角α=arcsin(5/6)的方向跑
二、追及
指兩物體同向運(yùn)動(dòng)而達(dá)到同一位置。找出兩者的時(shí)間關(guān)系、位移關(guān)系是解決追及問題的關(guān)鍵,同時(shí)追及物與被追及物的速度恰好相等時(shí)臨界條件,往往是解決問題的重要條件:
(1)類型一:一定能追上類
特點(diǎn):
、僮窊粽叩乃俣茸罱K能超過被追擊者的速度。
、谧飞现坝凶畲缶嚯x發(fā)生在兩者速度相等時(shí)。
【例2】一輛汽車在十字路口等綠燈,當(dāng)綠燈亮?xí)r汽車以3m/s2的加速度開使行駛,恰在這時(shí)一輛自行車在汽車前方相距18m的地方以6m/s的速度勻速行駛,則何時(shí)相距最遠(yuǎn)?最遠(yuǎn)間距是多少?何時(shí)相遇?相遇時(shí)汽車速度是多大?
【方法提煉】解決這類追擊問題的思路:
①根據(jù)對兩物體運(yùn)動(dòng)過程的分析,畫運(yùn)動(dòng)示意圖
②由運(yùn)動(dòng)示意圖中找兩物體間的位移關(guān)系,時(shí)間關(guān)系
、勐(lián)立方程求解,并對結(jié)果加以驗(yàn)證
【針對練習(xí)2】一輛執(zhí)勤的警車停在公路邊,當(dāng)警員發(fā)現(xiàn)從他旁邊駛過的貨車(以8m/s的速度勻速行駛)有違章行為時(shí),決定前去追趕,經(jīng)2.5s將警車發(fā)動(dòng)起來,以2m/s2的加速度勻加速追趕。求:①發(fā)現(xiàn)后經(jīng)多長時(shí)間能追上違章貨車?②追上前,兩車最大間距是多少?
。2)、類型二:不一定能追上類
特點(diǎn):
、俦蛔窊粽叩乃俣茸罱K能超過追擊者的速度。
、趦烧咚俣认嗟葧r(shí)如果還沒有追上,則追不上,且有最小距離。
【例3】一輛汽車在十字路口等綠燈,當(dāng)綠燈亮?xí)r汽車以3m/s2的加速度開使行駛,恰在這時(shí)一輛自行車在汽車后方相距20m的地方以6m/s的速度勻速行駛,則自行車能否追上汽車?若追不上,兩車間的最小間距是多少?
【針對練習(xí)3】例3中若汽車在自行車前方4m的地方,則自行車能否追上汽車?若能,兩車經(jīng)多長時(shí)間相遇?
【答案】能追上。
設(shè)經(jīng)過t追上;則有x汽+x0=x自;
3×t2/2+4=6t
得t=(6±2√3)/3s,二次相遇
【重點(diǎn)精析】
一、追及問題的解題思路和方法
、艑忣}:分析追趕物和被追趕物的運(yùn)動(dòng)過程,畫出兩物追趕過程的示意圖。
⑵根據(jù)兩物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)列出位移方程,注意兩物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間關(guān)系。
、怯蛇\(yùn)動(dòng)示意圖找出兩物體位移方程。
、韧诰螂[含的臨界條件;速度相等是兩物體間距離最大、最小或恰好追上的臨界條件。
、陕(lián)立方程求解。
【例4】一輛汽車在十字路口等候綠燈.當(dāng)綠燈亮?xí)r汽車以a=2m/s2的加速度開始行駛,恰在這時(shí)一輛自行車以v自=10m/s的速度勻速駛來,從后面超過汽車.問:
。1)汽車從路口啟動(dòng)后,在追上自行車之前經(jīng)過多長時(shí)間兩者相距最遠(yuǎn)?最遠(yuǎn)距離是多少?
。2)經(jīng)多長時(shí)間汽車追上自行車?此時(shí)汽車離路口多遠(yuǎn)?汽車的速度是大?
能否用v?t圖象來直觀地反應(yīng)汽車追趕自行車的過程呢?
【方法提煉】分析追及問題時(shí)應(yīng)注意:
(1)抓住一個(gè)條件,兩個(gè)關(guān)系.
一個(gè)條件:是兩物體滿足的臨界條件:速度相等.
兩個(gè)關(guān)系:是時(shí)間關(guān)系和位移關(guān)系.其中通過畫示意圖找出兩物體位移之間的數(shù)量關(guān)系,是解題的突破口.
。2)仔細(xì)審題,充分挖掘題設(shè)中的隱含條件,如“剛好”、“最多”、“至少”,往往對應(yīng)一個(gè)臨界狀態(tài),是解題的關(guān)鍵.
。3)解題方法常用:分析法、代數(shù)法、圖象法、相對運(yùn)動(dòng)法等.
二、避碰問題
【例5】在水平軌道上有兩列火車A和B相距s,A車在后面做初速度為v0、加速度大小為2a的勻減速直線運(yùn)動(dòng),而B車同時(shí)做初速度為零、加速度為a的勻加速直線運(yùn)動(dòng),兩車運(yùn)動(dòng)方向相同.要使兩車不相撞,求A車的初速度v0應(yīng)滿足什么條件?
【方法提煉】三種解法中,解法一注重對運(yùn)動(dòng)過程的分析,抓住兩車間距有極值時(shí)速度應(yīng)相等這一關(guān)鍵條件來求解;解法二中由位移關(guān)系得到一元二次方程,然后利用根的判別式來確定方程中各系數(shù)間的關(guān)系,這也是中學(xué)物理中常用的數(shù)學(xué)方法;解法三通過圖象不僅將兩物體運(yùn)動(dòng)情況直觀、形象地表示出來,也可以將位移情況顯示,從而快速解答.
三、若被追擊者做勻減速直線運(yùn)動(dòng),要注意追上之前是否已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)。
【例6】甲車在前以15m/s的速度勻速行駛,乙車在后以9m/s的速度行駛。當(dāng)兩車相距32m時(shí),甲車開始剎車,加速度大小為1m/s2。問(1)兩車間的最大距離(2)經(jīng)多少時(shí)間乙車可追上甲車?
【同步作業(yè)】
1、兩輛游戲賽車a、b在兩條平行的直車道上行駛.t=0時(shí)兩車都在同一計(jì)時(shí)處,此時(shí)比賽開始.它們在四次比賽中的v-t圖象如圖所示.哪些圖對應(yīng)的比賽中,有一輛賽車追上另一輛()
2、(2008寧夏卷17)甲乙兩車在公路上沿同一方向做直線運(yùn)動(dòng),它們的v-t圖象如圖所示。兩圖象在t=t1時(shí)相交于P點(diǎn),P在橫軸上的投影為Q,△OPQ的面積為S。在t=0時(shí)刻,乙車在甲車前面,相距為d。已知此后兩車相遇兩次,且第一次相遇的時(shí)刻為t′,則下面四組t′和d的組合可能是()
A.t′=t1,d=SB.t′=t1/2,d=S/4
C.t′=t1/2,d=S/2D.t′=t1/2,d=3S/4
【解析】本題考查追擊相遇問題。在t1時(shí)刻如果甲車沒有追上乙車,以后就不可能追上了,故t′<t1,A錯(cuò);從圖像中甲、乙與坐標(biāo)軸圍成的面積即對應(yīng)的位移看,甲在t1時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移比乙的多S,當(dāng)t′=0.5t1時(shí),甲的面積比乙的面積多出3S/4,即相距d=3S/4,選項(xiàng)D正確。此類問題要抓住圖像的交點(diǎn)的物理意義
3、現(xiàn)檢測汽車A的制動(dòng)性能:以標(biāo)準(zhǔn)速度20m/s在平直公路上行駛時(shí),制動(dòng)后40s停下來.若A在平直公路上以20m/s的速度行駛時(shí)發(fā)現(xiàn)前方180m處有一貨車B以6m/s的速度同向勻速行駛,司機(jī)立即制動(dòng),能否發(fā)生撞車事故?
4、在一條平直的公路上,乙車以10m/s的速度勻速行駛,甲車在乙車的后面做初速度為15m/s,加速度大小為0.5m/s2的勻減速運(yùn)動(dòng),則兩車初始距離L滿足什么條件時(shí)可以使(1)兩車不相遇;(2)兩車只相遇一次;(3)兩車能相遇兩次(設(shè)兩車相遇時(shí)互不影響各自的運(yùn)動(dòng)).
5、從地面上以初速度2v0豎直上拋物體A,相隔Δt時(shí)間后再以初速度v0豎直上拋物體B.要使A、B在空中相遇,Δt應(yīng)滿足什么條件?
6、汽車以速度v1=15m/s的速度在平直公路上勻速行駛,突然發(fā)現(xiàn)正前方距車x=25m處有一輛自行車沿相同方向以速度v2=5m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng).司機(jī)立即使汽車做勻減速運(yùn)動(dòng),加速度大小為a,要使兩者不相撞,求加速度a應(yīng)滿足的條件.
7、從離地面高度為h處有自由下落的甲物體,同時(shí)在它正下方的地面上有乙物體以初速度v0豎直上拋,要使兩物體在空中相碰,則做豎直上拋運(yùn)動(dòng)物體的初速度v0應(yīng)滿足什么條件?(不計(jì)空氣阻力,兩物體均看作質(zhì)點(diǎn)).若要乙物體在下落過程中與甲物體相碰,則v0應(yīng)滿足什么條件?
8、(1999年全國)為了安全,在公路上行駛的汽車之間應(yīng)保持必要的距離.已知某高速公路的最高限速v=120km/h.假設(shè)前方車輛突然停止,后車司機(jī)從發(fā)現(xiàn)這一情況,經(jīng)操縱剎車,到汽車開始減速所經(jīng)歷的時(shí)間(即反應(yīng)時(shí)間)t=0.50s,剎車時(shí)汽車受到阻力的大小f為汽車重的0.40倍,該高速公路上汽車間的距離s至少應(yīng)為多少?(取重力加速度g=10m/s2)
9、在某市區(qū)內(nèi),一輛小汽車在公路上以速度v1向東行駛,一位觀光游客正由南向北從斑馬線上橫過馬路。汽車司機(jī)發(fā)現(xiàn)游客途經(jīng)D處時(shí),經(jīng)過0.7s作出反應(yīng)緊急剎車,但仍將正步行至B處的游客撞傷,該汽車最終在C處停下,如圖所示。為了判斷汽車司機(jī)是否超速行駛以及游客橫穿馬路的速度是否過快,警方派一警車以法定最高速度vm=14.0m/s行駛在同一馬路的同一地段,在肇事汽車的起始制動(dòng)點(diǎn)A緊急剎車,經(jīng)14.0m后停下來。在事故現(xiàn)場測得AB=17.5m,BC=14.0m,BD=2.6m.肇事汽車的剎車性能良好,問:
。1)該肇事汽車的初速度vA是多大?
。2)游客橫過馬路的速度是多大?
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