③若Δx>x0,则相遇两次,设t1时刻Δx1=x0,两物体第一次相遇
,则t2时刻两物体第二次相遇
匀速追匀加速
匀减速追匀加速
说明:
①表中的Δx是开始追及以后,后面物体因速度大而比前面物体多运动的位移;②x0是开始追及以前两物体之间的距离;③t2-t0=t0-t1;④v1是前面物
体的速度,v2是后面物体的速度.
相遇问题
第一类:
同向运动的两物体的相遇问题,即追及问题.
第二类:
相向运动的物体,当各自移动的位移大小之和等于开始时两物体的距离时相遇.
解此类问题首先应注意先画示意图,标明数值及物理量;然后注意当被追赶的物体做匀减速运动时,还要注意该物体是否停止运动了.
求解追及问题的分析思路
(1)根据追赶和被追赶的两个物体的运动性质,列出两个物体的位移方程,并注意两物体运动时间之间的关系.
(2)通过对运动过程的分析,画出简单的图示,找出两物体的运动位移间的关系式.追及的主要条件是两个物体在追上时位置坐标相同.
(3)寻找问题中隐含的临界条件.例如速度小者加速追赶速度大者,在两物体速度相等时有最大距离;速度大者减速追赶速度小者,在两物体速度相等时有最小距离,等等.利用这些临界条件常能简化解题
过程.
(4)求解此类问题的方法,除了以上所述根据追及的主要条件和临界条件解联立方程外,还有利用二次
函数求极值,及应用图象法和相对运动知识求解.
【1】物体A、B同时从同一地点,沿同一方向运动,A以10m/s的速度匀速前进,B以2m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,求A、B再次相遇前两物体间的最大距离.
【2】如图所示是甲、乙两物体从同一地点,沿同一方向做直线运动的υ-t图象,由图象可以看出 ( 〕
A.这两个物体两次相遇的时刻分别是1s末和4s末
B.这两个物体两次相遇的时刻分别是2s末和6s末
C.两物体相距最远的时刻是2s末
D.4s末以后甲在乙的前面
【3】(全国卷)甲乙两辆汽车都从静止出发做加速直线运动,加速度方向一直不变。
在第一段时间间隔内,两辆汽车的加速度大小不变,汽车乙的加速度大小是甲的两倍;在接下来的相同时间间隔内,汽车甲的加速度大小增加为原来的两倍,汽车乙的加速度大小减小为原来的一半。
求甲乙两车各自在这两段时间间隔内走过的总路程之比。
【4】甲、乙两辆汽车,同时在一条平直的公路上自西向东运动,开始时刻两车平齐,相对于地面的v-t图象如图所示,关于它们的运动,下列说法正确的是( )
A.甲车中的乘客说,乙车先以速度v0向西做匀减速运动,后向东做匀加速运动
B.乙车中的乘客说,甲车先以速度v0向西做匀减速运动,后做匀加速运动
C.根据v-t图象可知,开始乙车在前,甲车在后,两车距离先减小后增大,当乙车速度增大到v0时,两车恰好平齐
D.根据v-t图象可知,开始甲车在前,乙车在后,两车距离先增大后减小,当乙车速度增大到v0时,两车恰好平齐
【5】甲、乙两物体相距s,同时同向沿同一直线运动,甲在前面做初速度为零、加速度为a1的匀加速直线运动,乙在后做初速度为υ0,加速度为a2的匀加速直线运动,则 ( )
A.若a1=a2,则两物体可能相遇一次
B.若a1>a2,则两物体可能相遇二次
C.若a1<a2,则两物体可能相遇二次
D.若a1>a2,则两物体也可相遇一次或不相遇
【6】A、B两棒均长1m,A棒悬挂于天花板上,B棒与A棒在一条竖直线上,直立在地面,A棒的下端与B棒的上端之间相距20m,如图所示,某时刻烧断悬挂A棒的绳子,同时将B棒以v0=20m/s的初速度竖直上抛,若空气阻力可忽略不计,且g=10m/s2,试求:
(1)A、B两棒出发后何时相遇?
(2)A、B两棒相遇后,交错而过需用多少时间?
【7】经检测汽车A的制动性能:
以标准速度20m/s在平直公路上行驶时,制动后40s停下来。
现A在平直公路上以20m/s的速度行驶发现前方180m处有一货车B以6m/s的速度同向匀速行驶,司机立即制动,能否发生撞车事故?
【8】在平直公路上,自行车与同方向行驶的一辆汽车在t=0时同时经过某一个路标,它们的位移随时间变化的规律为:
汽车x=10t-t2,自行车x=5t,(x的单位为m,t的单位为s),则下列说法
正确的是()
A.汽车做匀加速直线运动,自行车做匀速直线运动
B.经过路标后的较短时间内自行车在前,汽车在后
C.在t=2.5s时,自行车和汽车相距最远
D.当两者再次同时经过同一位置时,它们距路标12.5m
【9】羚羊从静止开始奔跑,经过50m能加速到最大速度25m/s,并能维持一段较长的时间;猎豹从静止开始奔跑,经过60m的距离能加速到最大速度30m/s,以后只能维持此速度4.0s.设猎豹距离羚羊xm时开时攻击,羚羊则在猎豹开始攻击后1.0s才开始奔跑,假定羚羊和猎豹在加速阶段分别做匀加速运动,且均沿同一直线奔跑,求:
猎豹要在从最大速度减速前追到羚羊,x值应在什么范围?
【10】在某铁路与公路交叉的道口外安装的自动拦木装置如图所示,当高速列车到达A点时,道口公路上应显示红灯,警告来越过停车线的汽车迅速制动,而且超过停车线的汽车能在列车到达道口前安全通过道口。
已知高速列车的速度V1=120km/h,汽车过道口的速度V2=5km/h,汽车驶至停车线时立即制动后滑行的距离是S0=5m,道口宽度s=26m,汽车长l=15m。
若栏木关闭时间tl=16s,为保障安全需多加时间t2=20s。
问:
列车从A点到道口的距离L应为多少才能确保行车安全?
【1】【物理分析法】
A做υA=10m/s的匀速直线运动,B做初速度为零、加速度a=2m/s2的匀加速直线运动.根据题意,开始一小段时间内,A的速度大于B的速度,它们间的距离逐渐变大,当B的速度加速到大于A的速度后,它们间的距离又逐渐变小;A、B间距离有最大值的临界条件是υA=υB.①
设两物体经历时间t相距最远,则υA=at②
把已知数据代入①②两式联立得t=5s
在时间t内,A、B两物体前进的距离分别为
A、B再次相遇前两物体间的最大距离为
【相对运动法】
因为本题求解的是A、B间的最大距离,所以可利用相对运动求解.选B为参考系,则A相对B的初速度、末速度、加速度分别是υ0=10m/s、υt=υA-υB=0、a=-2m/s2.
根据υt2-υ0=2as.有
解得A、B间的最大距离为sAB=25m.
【极值法】
物体A、B的位移随时间变化规律分别是sA=10t,
.
则A、B间的距离
,可见,Δs有最大值,且最大值为
【图象法】
根据题意作出A、B两物体的υ-t图象,如图所示.由图可知,A、B再次相遇前它们之间距离有最大值的临界条件是υA=υB,得t1=5s.
A、B间距离的最大值数值上等于ΔOυAP的面积,即
.
【答案】25m
【点拨】相遇问题的常用方法
(1)物理分析法:
抓好“两物体能否同时到达空间某位置”这一关键,按(解法一)中的思路分析.
(2)相对运动法:
巧妙地选取参考系,然后找两物体的运动关系.
(3)极值法:
设相遇时间为t,根据条件列方程,得到关于t的一元二次方程,用判别式进行讨论,若△>0,即有两个解,说明可以相遇两次;若△=0,说明刚好追上或相碰;若△<0,说明追不上或不能相碰.
(4)图象法:
将两者的速度时间图象在同一个坐标系中画出,然后利用图象求解.
【2】【解析】从图象可知两图线相交点1s末和4s末是两物速度相等时刻,从0→2s,乙追赶甲到2s末追上,从2s开始是甲去追乙,在4s末两物相距最远,到6s末追上乙.故选B.
【答案】B
【3】【思路点拨】解答本题时可由运动学公式分别写出两汽车的速度和位移方程,再根据两车加速度的关系,求出两车路程之比。
【解析】设汽车甲在第一段时间间隔末(时刻t0)的速度为v,第一段时间间隔内行驶的路程为s1,加速度为a,在第二段时间间隔内行驶的路程为s2,由运动学公式有,
v=at0①
s1=
at02②
s2=vt0+
2at02③
设汽车乙在时刻t0的速度为v′,在第一、二段时间间隔内行驶的路程分别为s1′、s2′,同理有,
v′=2at0④
s1′=
2at02⑤
s2′=v′t0+
at02⑥
设甲、乙两车行驶的总路程分别为s、s′,则有
s=s1+s2⑦
s′=s1′+s2′⑧
联立以上各式解得,甲、乙两车各自行驶路程之比为
=
答案:
【4】【答案】A
【解析】甲车中的乘客以甲车为参考系,相当于甲车静止不动,乙车以初速度v0向西做减速运动,速度减为零之后,再向东做加速运动,所以A正确;乙车中的乘客以乙车为参考系,相当于乙车静止不动,甲车以初速度v0向东做减速运动,速度减为零之后,再向西做加速运动,所以B错误;以地面为参考系,当两车速度相等时,距离最远,所以C、D错误.
【5】【解析】 设乙追上甲的时间为t,追上时它们的位移有
上式化简得:
解得:
(1)当a1>a2时,差别式“△”的值由υ0、a1、a2、s共同决定,且
,而△的值可能小于零、等于零、大于零,则两物体可能不相遇,相遇一次,相遇两次,所以选项B、D正确.
(2)当a1<a2时,t的表达式可表示为
显然,△一定大于零.且
,所以t有两解.但t不能为负值,只有一解有物理意义,只能相遇一次,故C选项错误.
(3)当a1=a2时,解一元一次方程得t=s/υ0,一定相遇一次,故A选项正确.
【答案】A、B、D
【点拨】注意灵活运用数学方法,如二元一次方程△判别式.本题还可以用v—t图像分析求解。
【6】【解析】本题用选择适当参考系,能起到点石成金的效用。
由于A、B两棒均只受重力作用,则它们之间由于重力引起的速度改变相同,它们之间只有初速度导致的相对运动,故选A棒为参考系,则B棒相对A棒作速度为v0的匀速运动。
则A、B两棒从启动至相遇需时间
当A、B两棒相遇后,交错而过需时间
【答案】
(1)1s
(2)0.1s
【7】【解析】如图汽车A以v0=20m/s的初速做匀减速直线运动经40s停下来。
据加速度公式可求出a=-0.5m/s2当A车减为与B车同速时是A车逼近B车距离最多的时刻,这时若能超过B车则相撞,反之则不能相撞。
据
可求出A车减为与B车同速时的位移
此时间t内B车的位移速s2,则
△x=364-168=196>180(m)
所以两车相撞。
【小结】分析追击问题应把两物体的位置关系图画好。
如图,通过此图理解物理情景。
本题也可以借图像帮助理解,如图所示,阴影区是A车比B车多通过的最多距离,这段距离若能大于两车初始时刻的距离则两车必相撞。
小于、等于则不相撞。
从图中也可以看出A车速度成为零时,不是A车比B车多走距离最多的时刻,因此不能作为临界条件分析。
【8】【答案】选C.
【解析】由汽车和自行车位移随时间变化的规律知,汽车做匀减速运动,v0=10m/s,a=-2m/s2,自行车做匀速直线运动,v=5m/s,故A、B错误.当汽车速度和自行车速度相等时,相距最远.根据v=v0+at,t=2.5s,C正确.当两车位移相等时再次经过同一位置,故10t′-t′2=5t′,解得t′=5s,
x=25m,故D错误.
【9】解析:
先分析羚羊和猎豹各自从静止匀加速达到最大速度所用的时间,再分析猎豹追上羚羊前,两者所发生的位移之差的最大值,即可求x的范围。
设猎豹从静止开始匀加速奔跑60m达到最大速度用时间t2,则
,
羚羊从静止开始匀加速奔跑50m达到最大速度用时间t1,则
,
猎豹要在从最大速度减速前追到羚羊,则猎豹减速前的匀速运动时间最多4s,而羚羊最多匀速3s而被追上,此x值为最大值,即x=S豹-S羊=[(60+30×4)-(50+25×3)]=55m,所以应取x<55m。
【10】解析:
由题意知,关闭道口时间为16s,为安全保障再加20s,即关闭道口的实际时间为t0=20+16=36s,汽车必须在关闭道口前已通过道口,汽车从停车线到通过道口实际行程为S=26+5+15=46m,需用时
,由此亮起红灯的时间为T=t0+t2,故A点离道口的距离应为:
L=V1T=
=2304m