高中物理运动图像追及与相遇要点梳理.docx
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高中物理运动图像追及与相遇要点梳理
运动图像、追及与相遇
【典型例题】
类型一、对x-t图象的应用
例1、甲、乙两人同时从A地赶往B地,甲先骑自行车到中点改为跑步,而乙则是先跑步到中点改为骑自行车,最后两人同时到达B地。
又知甲骑自行车比乙骑自行车的速度快,并且两人骑车速度均比跑步速度快,若某人离开A地的距离x与所用时间t的函数关系用图中的四个函数图象表示,则甲、乙两人的图象只可能是()
A.甲是①,乙是② B.甲是①,乙是④ C.甲是③,乙是② D.甲是③,乙是④
【答案】B
【解析】前一段位移甲的速度比乙的速度大,故甲的x-t图象的斜率较大;后一段位移甲的速度比乙的速度小,故甲的x-t图象的斜率较小,而且前一段甲的斜率应大于后一段乙的斜率。
【总结升华】理解x-t图象的物理意义是关键。
对x-t图象要时刻牢记:
1.无论x-t图象是直线还是曲线,质点的运动都是直线运动。
2.x-t图象的斜率是判断质点运动状态的关键因素。
斜率为零说明质点静止;斜率恒定为匀速运动;斜率变化说明速度在变化;斜率的正负表示质点运动方向的不同。
举一反三
【高清课程:
运动图像追及与相遇例1】
【变式】一物体做加速直线运动,依次经过A、B、C三个位置,B为AC中点,物体在AB段的加速度为a1,在BC段加速度为a2。
设A、C的速度分别为vA和vC,B的速度为(vA+vC)/2,则a1和a2的大小的关系为()
A.a1>a2B.a1=a2
C.a1 【答案】C 类型二、通过对v-t图象分析获取信息 例2、两辆游戏赛车a、b在两条平行的直车道上行驶。 t=0时两车都在同一计时线处,此时比赛开始。 它们在四次比赛中的v-t图如图所示。 哪些图对应的比赛中,有一辆赛车追上了另一辆() 【答案】AC 【解析】在v-t图象中,图线和坐标轴包围的面积,在数值上等于位移的大小。 若要一辆车追上另一辆车,位移应该相等,在图象中,面积应该相等,所以AC正确。 【总结升华】从v-t图象可获取物体运动的信息有: 1.物体运动的快慢(速度大小)——对应纵轴数值; 2.物体运动的方向——t轴上方为正方向,t轴下方为负方向; 3.运动速度的变化——图象对应的v的数值变化可以看出运动快慢的变化; 4.加速度大小及变化——图象斜率大小即加速度大小( )。 斜率变大,则a变大;反之,则a变小;斜率不变,则是加速度不变的匀变速直线运动; 5.物体运动的位移——图象和坐标轴围成的图形的面积大小。 举一反三 【变式】某人在静止的湖面上竖直上抛一小铁球,小铁球上升到最高点后自由下落,穿过湖水并陷入湖底的淤泥中一段深度。 不计空气阻力,取向上为正方向,在下边v-t图象中,最能反映小铁球运动过程的速度——时间图线是() 【答案】C 【解析】小球竖直上抛后,在上升过程,速度减小,到最高点时速度等于零,下降时速度增大,进入水中后,因受到水的阻力,加速度减小,但速度仍增大,进入淤泥后,淤泥对球的阻力大于小球的重力,故向下减速运动,直到速度为零,由以上分析知,选项C正确。 类型三、图象问题的实际应用 例3、如图所示是某物体做匀变速直线运动的速度图线,某同学根据图线得出以下分析结论: ①物体始终沿正方向运动; ②物体先向负方向运动,在t=2s后开始向正方向运动; ③在t=2s前物体位于出发点负方向上,在t=2s后位于出发点正方向上; ④前4s内,在t=2s时,物体距出发点最远. 以上分析结论正确的是( ) A.只有①③B.只有②③C.只有②④D.只有① 【答案】C 【解析】物体的运动方向即为速度方向,从图上可知物体在2s前速度为负值,即物体向负方向运动;2s后速度为正值,即物体向正方向运动.故①是错误的,②是正确的.物体的位置要通过分析位移来确定,物体在某段时间内的位移等于速度—时间图线中对应图线所包围的面积的代数和.由图可知前4s内物体在2s时有最大的负位移;虽然2s后运动方向改为正方向,但它的位置仍在位置坐标值负值处(4s末物 体回到出发点),故③是错误的,④是正确的.所以选项C对. 【总结升华】分析运动图象应注意: (1)区别x-t图象和v-t图象的物理意义. (2)两种运动图象均表示直线运动. (3)能从图线分析出物体的运动性质,从而正确应用运动学公式. 举一反三 【高清课程: 运动图像追及与相遇例3】 【变式】物体分别沿如图所示两条路线运动,已知直线AB=AC+CD,斜面都是光滑的,求沿哪条路径先到达水平面。 【答案】tAB>tACD 类型四、追及与相遇问题 例4、在水平轨道上有两列火车A和B相距x,A车在后面做初速度为v0、加速度大小为2a的匀减速直线运动,而B车同时做初速度为零、加速度为a的匀加速直线运动,两车运动方向相同.要使两车不相撞,求A车的初速度v0满足什么条件. 【答案】v0≤ 【解析】解法一: (物理分析法)A、B车的运动过程(如右图甲) 利用位移公式、速度公式求解. 对A车有xA=v0t+ ×(-2a)×t2 vA=v0+(-2a)×t 对B车有xB= at2,vB=at,两车有x=xA-xB 追上时,两车不相撞的临界条件是vA=vB 联立以上各式解得v0= 故要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0≤ . 解法二: (极值法)利用判别式求解,由解法一可知xA=x+xB,即v0t+ ×(-2a) ×t2=x+ at2,整理得3at2-2v0t+2x=0,这是一个关于时间t的一元二次方程,当根的判别式Δ=(2v0)2-4×3a×2x<0时,t无实数解,即两车不相撞,所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0≤ . 解法三: (图象法)利用速度-时间图象求解,先作A、B两车的速度—时间图象,其图象如图乙所示, 设经过t时间两车刚好不相撞,则 对A车有vA=v=v0-2at 对B车有vB=v=at 以上两式联立解得t= 经t时间两车发生的位移之差,即为原来两车间的距离x,它可用图中的阴影面积表示,由图象可知 x= v0·t= v0· = ,所以要使两车不相撞,A车的初速度v0应满足的条件是v0≤ . 【总结升华】1.在解决追及、相遇类问题时,要紧抓“一图三式”,即: 过程示意图,时间关系式、速度关系式和位移关系式,另外还要注意最后对解的讨论分析. 2.分析追及、相遇类问题时,要注意抓住题目中的关键字眼,充分挖掘题目中的隐含条件,如“刚好”、“恰好”、“最多”、“至少”等,往往对应一个临界状态,满足相应的临界条件. 举一反三 【变式1】甲、乙两车从同一地点同向行驶,但是甲车做匀速直线运动,其速度为v=20米/秒,乙车在甲车行驶至距离出发地200米处时开始以初速度为零、加速度为a=2米/秒2追甲。 求乙车追上甲车前两车间的最大距离。 【答案】300m 【解析】该题中两汽车运动,乙车追甲车,开始乙车初速度为零,做加速运动,甲车在前以恒定速度做匀速运动,在开始一段时间里,甲车速度较乙车速度大,不难想到,只要乙车速度小于甲车速度,两车间距离必随时间延长而增大。 反之,如乙车速度在某时刻开始较甲车速度大,则两车间距离随时间延长而变小。 显然当两车速度相同时距离最大。 下图中梯形ABDE面积即为最大距离。 tm为最大距离的时间。 解法一: 两车相遇前距离最大时两车速度必然相等,则运动时间为: 解法二: 两车间距离 与时间有关,其关系式为 可见, 有最大值: 【高清课程: 运动图像追及与相遇例3】 【变式2】火车以速率v1向前行驶,司机突然发现在前方同一轨道距该车为x处有另一辆火车正沿相同方向以较小的速率v2做匀速运动。 于是司机立即使车做匀减速运动,求加速度大小至少为何值才能使两车不致相撞? 【答案】 【巩固练习】 一、选择题: 1、如图所示,为一个做直线运动物体的x-t图象,则下列说法正确的是() A、OA段物体向正方向运动,AB段物体向正方向运动,BC段也向正方向运动 B、OA段与BC段物体运动方向相同AB段物体静止不动 C、因OA段和BC段物体通过的位移相等,所用时间相等,所以OA与BC的斜率相同 D、OA段、AB段、BC段物体通过的位移均相同 2、两辆游戏赛车a、b在两条平行的直车道上行驶.t=0时两车都在同一计时线处,此时比赛开始.它们在四次比赛中的v-t图象如图所示.哪些图对应的比赛中,有一辆赛车追上了另一辆() 3、甲、乙两辆汽车在平直的公路上沿同一方向做直线运动,t=0时刻同时经过公路旁的同一个路标.在描述两车运动的v-t图中(如图),直线a、b分别描述了甲、乙两车在0~20s的运动情况.关于两车之间的位置关系,下列说法正确的是() A、在0~10s内两车逐渐靠近 B、在10~20s内两车逐渐远离 C、在5~15s内两车的位移相等 D、在t=10s时两车在公路上相遇 4、甲乙两车在一平直道路上同向运动,其v-t图象如图所示,图中△OPQ和△OQT的面积分别为s1和s2(s2>s1).初始时,甲车在乙车前方s0处() A、若s0=s1+s2,两车不会相遇 B、若s0 C、若s0=s1,两车相遇1次 D、若s0=s2,两车相遇1次 5、汽车甲沿着平直的公路以速度v0做匀速直线运动,当它路过某处的同时,汽车乙从此处开始以加速度a做初速度为零的匀加速直线运动去追赶汽车甲,根据上述已知条件() A、可求出乙车追上甲车时,乙车的速度 B、可求出乙车追上甲车时,乙车走的路程 C、可求出乙车从开始运动到追上甲车时,乙车运动的时间 D、不能求出上述三者中任何一个 6、A、B两辆汽车在平直公路上朝同一方向运动,如图所示为两车运动的v-t图象.下面对阴影部分的说法正确的是() A、若两车从同一点出发,它表示两车再次相遇前的最大距离 B、若两车从同一点出发,它表示两车再次相遇前的最小距离 C、若两车从同一点出发,它表示两车再次相遇时离出发点的距离 D、表示两车出发时相隔的距离 7、甲、乙两物体同时开始运动,它们的x-t图象如图所示,下面说法正确的是() A、乙物体做曲线运动 B、甲、乙两物体从同一地点出发 C、当甲、乙两物体两次相遇时,二者的速度大小不相等 D、当甲、乙两物体速度相同时,二者之间的距离最大 8、在一条宽马路上某一处有A、B两车,它们同时开始运动,取开始运动时刻为计时零点,它们的速度——时间图象如图所示,在 这段时间内的情景是() A.A在 时间内做匀加速直线运动,在 时刻改变运动方向 B.在 时刻A车速度为零,然后反向运动,此时两车相距最远 C.在 时刻A车追上B车 D.在 时刻两车相距最远 二、计算题: 1、在十字路口,汽车以0.5m/s2的加速度从停车线起动做匀加速直线运动时,恰有一辆自行车以5m/s的速度匀速驶过停车线与汽车同方向行驶,求: (1)什么时候它们相距最远;最大距离是多少; (2)在什么地方汽车追上自行车;追到时汽车速度是多少. 2、汽车以25m/s的速度匀速直线行驶,在它后面有一辆摩托车,当两车相距1000m时,摩托车从静止开始起动追赶汽车,摩托车的最大速度达30m/s,若使摩托车在4min时刚好追上汽车,求摩托车的加速度应该是多少. 3、一辆摩托车能达到的最大速度为30m/s,要想在3min内由静止起沿一条平直公路追上前面1000m处正以20m/s的速度匀速行驶的汽车,则摩托车必须以多大的加速度启动? (保留两位有效数字) 甲同学的解法是: 设摩托车恰好在3min时追上汽车,则 at2=vt+s0,代入数据得a=0.28m/s2. 乙同学的解法是: 设摩托车追上汽车时,摩托车的速度恰好是30m/s,则 代入数据得a=0.1m/s2.你认为他们的解法正确吗? 若错误,请说明理由,并写出正确的解法. 4、如图所示,甲、乙两位同学在直跑道上练习4×100m接力,他们在奔跑时有相同的最大速度.乙从静止开始全力奔跑需跑出20m才能达到最大速度,这一过程可以看做是匀加速运动.现甲持棒以最大速度向乙奔来,乙在接力区伺机全力奔出.若要求乙接棒时达到奔跑速度最大值的90%,试求: (1)乙在接力区从静止跑出多远才接到棒? (2)乙应在距离甲多远时起跑? 【答案与解析】 一、选择题: 1、BC 2、AC 解析: 由v-t图象的特点可知,图线与t轴所围面积的大小,即为物体位移的大小.观察4个图象,只有A、C选项中,a、b所围面积的大小有相等的时刻,故选项A、C正确. 3.C 4.ABC 解析: 在T时刻,甲、乙两车速度相等,甲车的位移s2,乙车的位移s1+s2,当甲车在前方s0=s1+s2时,T时刻乙车在甲车的后方s2处,此后乙车速度就比甲车小,不能与甲车相遇,A正确;如果s0=s1,说明T时刻乙车刚好赶上甲车,但由于速率将小于甲车,与甲车不会相遇第二次,C正确;如果s0 5、ABC 解析: 当两车相遇时,对甲车有: s=v0t,对乙车有: s= at2,所以可以求出乙车追上甲车的时间,并求出乙车追上甲车时乙车的路程,B、C正确;对乙车: v=at,所以可以求出乙车此时的速度,A正确. 6、A 解析: 在v-t图象中,图象与时间轴所包围的图形的面积表示位移,两条线的交点为二者速度相等的时刻,若两车从同一点出发,则题图中阴影部分的面积就表示两车再次相遇前的最大距离,故A正确. 7、C 解析: 乙物体的位移图是曲线,并不代表做曲线运动,A错.甲从参考原点出发,乙从x0出发,B错.甲、乙两图线相交代表相遇,此时斜率不同,即速度大小不等,C对.乙超甲后,两物体距离越来越大,D错. 8、D 解析: A车的运动情况是: ,A做与B速度方向相反的匀加速直线运动; ,A车做与B速度相反的匀减速运动,到 时刻速度减为零; ,A车做与B速度方向相同的匀加速直线运动,至 时刻两者速度相等,在整个过程中两车距离不断增大,综上分析,只有D选项正确。 二、计算题: 1、(1 25m (2)20s10m/s 解析: (1)初始阶段,自行车速度大于汽车速度,只要汽车速度小于自行车速度,两车距离总是在不断增大.当汽车速度增大到大于自行车速度时,两车距离逐渐减小,所以两车速度相等时,距离最大. (1)设自行车速度为v,汽车加速度为a,经时间t两车相距最远.则v=at,所以t= 最大距离Δs=vt- at2=5× ×0.5×( )2=25m. (2)若经过时间t′,汽车追上自行车,则 解得t′= =20s 追上自行车时汽车的速度v′=at′=0.5×20=10m/s. 2、2.25m/s2 解析: 汽车在4min内的位移s汽=v汽t=25×240=6000m 摩托车要追上汽车,应有的位移s摩=s汽+s0=6000+1000=7000m 若摩托车在4min内一直加速行驶,由s摩= at2,得a= =0.243m/s2 在4min末速度可达vt=at=0.243×240=58.3m/s>30m/s 所以摩托车应是先加速,待达到最大速度时,再做匀速运动. 设摩托车加速运动的时间为t′,匀速运动的时间为t-t′, s摩= at′2+vm(t-t′)①vm=at′② 由②得t′= ③ ③代入①,整理得a= =2.25m/s2. 3、甲、乙都不正确,应为0.56m/s2 解析: 甲错,因为vm=at=0.28×180m/s=50.4m/s>30m/s乙错,因为t=vm/a= s=300s>180s 正确解法: 摩托车的最大速度vm=at1 at12+vm(t-t1)=1000m+vt解得a=0.56m/s2. 12、 (1)16.2m (2)19.8m 解析: 设甲、乙两位同学的最大速度为v,乙的加速度为a. (1)根据题意,对乙同学从静止到最大速度,有x= 乙在接棒时跑出距离为 x1= =0.81x=16.2m. (2)根据题意,乙同学的加速度a= 乙同学从跑到接到棒,用时间t= 乙同学起跑时离甲的距离x2=vt- t 三式联立,得x2=19.8m.
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