高考第一轮复习物理4 相遇追及与避碰问题规律.docx

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高考第一轮复习物理4相遇追及与避碰问题规律

 

追及问题一般是指两个物体同方向运动,由于各自的速度不同后者追前者的问题.追及问题的实质是分析讨论两物体在相同时间内能否到达相同的空间位置的问题.

两种典型追及问题:

(同时不同地启动的追击问题)

(1)速度大者(匀减速)追速度小者(匀速)

(2)同地出发,速度小者(初速度为零的匀加速)追速度大者(匀速)

 

 

相遇、追及与避碰问题

对于追及问题的处理,要通过两质点的速度比较进行分析,找到隐含条件(即速度相同时,而质点距离最大或最小)。

再结合两个运动的时间关系、位移关系建立相应的方程求解,必要时可借助两质点的速度图象进行分析。

追击类问题的提示

1.匀加速运动追击匀速运动,当二者速度相同时相距最远.

2.匀速运动追击匀加速运动,当二者速度相同时追不上以后就永远追不上了.此时二者相距最近.

3.匀减速直线运动追匀速运动,当二者速度相同时相距最近,此时假设追不上,以后就永远追不上了.

4.匀速运动追匀减速直线运动,当二者速度相同时相距最远.

5.匀加速直线运动追匀加速直线运动,应当以一个运动当参照物,找出相对速度、相对加速度、相对位移.

规律方法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.

追及问题图像解析速度小者追速度大者

类型

图象

说明

匀加速追匀速

①t=t0以前,后面物体与前面物体间距离增大

②t=t0时,两物体相距最远为x0+Δx

③t=t0以后,后面物体与前面物体间距离减小

④能追及且只能相遇一次

匀速追匀减速

匀加速追匀减速

图像解析速度大者追速度小者

匀减速追匀速

开始追及时,后面物体与前面物体间的距离在减小,当两物体速度相等时,即t=t0时刻:

①若Δx=x0,则恰能追及,两物体只能相遇一次,这也是避免相撞的临界条件

②若Δx

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。

 

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

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