专题三高中物理追击和相遇问题专题1.docx
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专题三高中物理追击和相遇问题专题1
专题三:
直线运动中的追及和相遇问题
一、相遇和追及问题的实质
研究的两物体能否在相同的时刻到达相同的空间位置的问题。
二、解相遇和追及问题的关键
1.画出物体运动的情景图
2.理清三大关系
(1)时间关系:
(2)位移关系:
(3)速度关系:
vA=vB
两者速度相等往往是物体间能否追上或(两者)距离最大、最小的临界条件,也是分析判断的切入点。
三、追及、相遇问题的分析方法:
A.画出两个物体运动示意图,根据两个物体的运动性质,选择同一参照物,列出两个物体的位移方程;
B.找出两个物体在运动时间上的关系
C.找出两个物体在运动位移上的数量关系
D.联立方程求解.
说明:
追及问题中常用的临界条件:
⑴速度小者加速追速度大者,速度在接近,但距离在变大。
追上前两个物体速度相等时,有最大距离;
⑵速度大者减速追赶速度小者,速度在接近,但距离在变小。
追上前在两个物体速度相等时,有最小距离.即必须在此之前追上,否则就不能追上.
四、典型例题分析:
(一).匀加速运动追匀速运动的情况(开始时v1 1.当v1 2.当v1=v2时,两者距离最大; 3.v1>v2时,两者距离变小,相遇时满足x1=x2+Δx,全程只相遇(即追上)一次。 【例1】一小汽车从静止开始以3m/s2的加速度行驶,恰有一自行车以6m/s的速度从车边匀速驶过.求: (1)小汽车从开动到追上自行车之前经过多长时间两者相距最远? 此时距离是多少? (2)小汽车什么时候追上自行车,此时小汽车的速度是多少? (二).匀速运动追匀加速运动的情况(开始时v1>v2): 1.当v1>v2时,两者距离变小; 2.当v1=v2时, 若满足x1 若满足x1=x2+Δx,则恰能追上,全程只相遇一次; 若满足x1>x2+Δx,则后者撞上前者(或超越前者),此条件下理论上全程要相遇两次。 【例2】一个步行者以6m/s的最大速率跑步去追赶被红灯阻停的公共汽车,当他距离公共汽车25m时,绿灯亮了,汽车以1m/s2的加速度匀加速启动前进,问: 人能否追上汽车? 若能追上,则追车过程中人共跑了多少距离? 若不能追上,人和车最近距离为多少? (三).匀减速运动追匀速运动的情况(开始时v1>v2): 1.当v1>v2时,两者距离变小; 2.当v1=v2时, 若满足x1 若满足x1=x2+Δx,则恰能追上,全程只相遇一次; 若满足x1>x2+Δx,则后者撞上前者(或超越前者),此条件下理论上全程要相遇两次。 【例3】汽车正以10m/s的速度在平直公路上前进,突然发现正前方有一辆自行车以4m/s的速度做同方向的匀速直线运动,汽车立即关闭油门做加速度大小为6m/s2的匀减速运动,汽车恰好不碰上自行车。 求关闭油门时汽车离自行车多远? (四).匀速运动追匀减速运动的情况(开始时v1 1.当v1 2.当v1=v2时,两者距离最远; 3.当v1>v2时,两者距离变小,相遇时满足x1=x2+Δx,全程只相遇一次。 【例4】当汽车B在汽车A前方7m时,A正以vA=4m/s的速度向前做匀速直线运动,而汽车B此时速度vB=10m/s,并关闭油门向前做匀减速直线运动,加速度大小为a=2m/s2。 此时开始计时,则A追上B需要的时间是多少? 针对训练: 1.现有一辆摩托车先由静止开始以2.5m/s2的加速度做匀加速运动,后以最大行驶速度25m/s匀速行驶,追赶前方以15m/s的速度同向匀速行驶的卡车。 已知摩托车开始运动时与卡车的距离为200m,则: (1)追上卡车前二者相隔的最大距离是多少? (2)摩托车经过多少时间才能追上卡车? 2.为了安全,在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离。 已知某高速公路的最高限速v=120km/h。 假设前方车辆突然停止,后车司机从发现这一情况,经操纵刹车,到汽车开始减速所经历的时间(即反应时间)t=0.50s。 刹车时汽车受到阻力的大小f为汽车重力的0.40倍。 该高速公路上汽车间的距离s至少应为多少? 3.动车从A站以 的加速度匀加速度启动,当速度达到180km/h时开始做匀速行驶,接近B站以大小为 的加速度匀减速刹车,静止时恰好正点到达B站。 某次,动车在A站因故晚出发了3min,以 匀加速启动后,当速度达到216km/h开始匀速运动,接近B站以大小为 的加速度匀减速刹车,静止时也恰好正点到达B站。 求A,B两站间的距离。 4.一辆轿车违章超车,以108km/h的速度驶入左侧逆行道时,猛然发现正前方80m处一辆卡车正以72km/h的速度迎面驶来,两车司机同时刹车,刹车加速度大小都是10m/s2,两司机的反应时间(即司机发现险情到实施刹车所经历的时间)都是Δt.试问Δt是何数值,才能保证两车不相撞? 5.一辆巡逻车最快能在10s内由 静止加速到最大速度50m/s,并能保持这个速度匀速行驶,问该巡逻车在平直的高速公路上由静止追上前方2000m处正以35m/s的速度匀速行驶的汽车,至少需要多少时间? 6.一辆值勤的警车停在公路边,当警员发现从他旁边以v=12m/s的速度匀速行驶的货车有违章行为时,决定前去追赶。 经过t0=2s,警车发动起来,以加速度a=2m/s2做匀加速运动,若警车最大速度可达vm=16m/s,问: (1)在警车追上货车之前,两车间的最大距离是多少? (2)警车发动起来以后至少多长时间可以追上货车? 7.平直的公路上,甲车匀速行驶,速度为10m/s,当它经过乙车处时,乙车从静止开始以a=1m/s2的加速度作匀加速运动,方向与甲车运动方向相同。 求 (1)乙车追上甲车前,它们的最大距离? (2)乙车经过多长时间追上甲车? 8.甲车以10m/s的速度在平直的公路上匀速行驶,乙车以4m/s的速度与甲车平行同向做匀速直线运动,甲车经过乙车旁边时开始以0.5m/s2的加速度刹车,从甲车刹车开始计时,求: (1)乙车在追上甲车前,两车相距的最大距离; (2)乙车追上甲车所用的时间。 9.一辆值勤的警车停在公路边,当警员发现从他旁边以10m/s的速度匀速行驶的货车严重超载时,决定前去追赶,经过5.5s后警车发动起来,并以一定的加速度做匀加速运动,但警车行驶的最大速度是25m/s.警车发动后刚好用12s的时间追上货车,问: (1)警车启动时的加速度多大? (2)警车在追赶货车的过程中,两车间的最大距离是多少? 1 10.甲、乙两车在一条直线上沿相同方向运动,甲在乙前 处,甲以初速度 、加速度大小为 匀减速刹车,乙以初速度 、加速度大小为 做匀加速运动,求: (1)乙车追上甲车前二者间的最大距离; (2)乙车追上甲车所需时间. 11.一辆汽车在平直的公路上以20m/s的速度匀速行驶,其后1000m处的摩托车要在起动后3分钟内追上汽车,若摩托车所能达到的最大速度为30m/s,则它的加速度至少为多大? 12.A、B两辆汽车在笔直的公路上同向行驶.当B车在A车前84m处时,B车速度为4m/s,且正以2m/s2的加速度做匀加速运动;经过一段时间后,B车加速度突然变为零.A车一直以20m/s的速度做匀速运动,经过12s后两车相遇.问B车加速行驶的时间是多少? 13.汽车以3m/s2的加速度开始启动的瞬间,一辆以6m/s的速度沿同方向做匀速直线运动的自行车恰好从汽车的旁边通过.求: (1)汽车在追上自行车前多长时间与自行车相距最远? (2)汽车经多长时间追上自行车? 14.客车以v=20m/s的速度行驶,突然发现同轨道的正前方s=120m处有一列货车正以v0=6m/s的速度同向匀速前进,于是客车紧急刹车,若客车刹车的加速度大小为a=1m/s2,做匀减速运动,问: (1)客车是否会与货车相撞? (2)若会相撞,则在什么时刻相撞? 客车位移为多少? 若不相撞,则客车与货车的最小距离为多少? 15A、B两列火车在同一轨道上同向行驶,A车在前,速度vA=20m/s,B车在后,速度vB=30m/s。 因大雾,能见度很低,B车在距A车750m处才发现前方A车,这时B车立即刹车。 已知B车在进行火车刹车测试时发现,若车以30m/s的速度行驶时刹车后至少要前进1800m才能停下,问: B车刹车的最大加速度为多大? 计算说明A车若按原来速度前进,两车是否会相撞? 能见度至少达到多少米时才能保证两辆火车不相撞? 针对训练参考答案 1. (1)由题意得摩托车匀加速运动最长时间 , 位移 ,所以摩托车在达到最大速度之前没有追上卡车。 当追上卡车前二者速度相等时相距最大,设从开始经过t2时间速度相等,最大间距为Sm,于是有 ,则: 最大间距 (2)设从开始经t时间摩托车追上卡车,则有 解得t=32.5s 2.在反应时间内,汽车做匀速运动,运动的距离 s1=vt① 设刹车时汽车的加速度的大小为a,汽车的质量为m,有 kmg=ma② 自刹车到停下,汽车运动的距离 ③ 所求距离 s=s1+s2=156m 3.从启动到速度达到v1=180km/s=50m/s时用时100s,开始减速到静止B站用时也为100s。 匀速行驶时间设为t1.由v----t图可得: -------- (1) 第二次启动到速度达v2=216km/s,用时120s,减速刹车到B站用时仍为120s,匀速行驶时间设为t2,则: ———— (2) 又两次均正点到达,则 ————-(3) 由上面3式可解得 sAB表示AB间的距离 4.设轿车行驶的速度为v1,卡车行驶的速度为v2, 则v1=108km/h=30m/s, v2=72km/h=20m/s, 在反应时间Δt内两车行驶的距离分别为s1、s2,则 s1=v1Δt① s2=v2Δt② 轿车、卡车刹车所通过的距离分别为s3、s4 则s3= m=45m③ s4= m=20m④ 为保证两车不相撞, 必须s1+s2+s3+s4<80m⑤ 将①②③④代入⑤解得Δt<0.3s 5.150s 6. (1)当警车与货车速度相等时,两者距离最大。 由at1=v,得t1=6s 此时 (2)警车发动到达到最大速度需要t2=vm/a=8s 此时货车位移x1=v(t0+t2)=120m警车位移 即警车还未追上货车,此时二者相距Δx’=x1-x2=56m 还需要时间 所以警车从发动到追上货车的最短时间为t=t2+t3=22s 7. (1)当 (2) 8. (1)当甲车速度减至等于乙车速度时两车的距离最大,设该减速过程时间为t,则v乙=v甲-at解得: t=12s, 此时甲、乙间距离为Δx=v甲t- at2-v乙t=10×12m- ×0.5×122m-4×12m=36m. (2)设甲车减速到零所需时间为t1,则有: t1= =20s.t1时间内,x甲= t1= ×20m=100m,x乙=v乙t1=4×20m=80m.此后乙车运动时间t2= = s=5s, 故乙车追上甲车所需时间t=t1+t2=25s. 9. (1)设5.5s内货车位移为s0,则 若12s内警车一直做匀加速直线运动,由 得: (2)当警车的速度达到货车的时,两者间的距离最大,设所需时间为t2,由 得: t2=4s 两车间的最大距离为: 10. (1)在开始阶段甲车在前、乙车在后,且甲车速度比乙车大,两车距离一直增大,设运动时间为t时速度相同,设为 应用速度公式 ,有 代入数据解得 , 此后甲车减速、乙车还在加速,两车距离缩短,所以在速度相等时两车距离最大,最大距离为 (2)甲车停下还需时间为 ,运动位移为 在此时间内乙车位移为 显然此时乙车还没有追上甲车,此后甲车停止运动,设乙车追上甲车需时间为 ,则有 联立解得 11. 12.设A车的速度为 ,B车加速行驶时间为 ,两车在 时相遇.则有 (1) (2) (也可分步写) 式中 , 分别为A、B两车相遇前行驶的位移 13. 14.
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- 专题 高中物理 追击 相遇 问题