运动图象-追及相遇问题

1学案4运动图象追及相遇问题一、概念规律题组1．如图1所示为甲、乙两物体的x－t图象，则()图1A．甲、乙两物体都做匀速直线运动B．若甲、乙两物体在同一直线上运动，则一定会相遇C．t1时刻甲、乙相遇D．t2时刻甲、乙相遇答案ABC2．某物体沿一直线运动，其v－t图象如图2所示，则下列说法中正确的是()图2A．第2s内和第3s内速度方向相反B．第2s内和第3s内速度方向相同C．第2s末速度方向发生变化D．第5s内速度方向与第1s内方向相同答案B3．如图3所示为某质点运动的速度—时间图象，下列有关该质点运动情况的判断正确的是()图3A．0～t1时间内加速度为正，质点做加速运动B．t1～t2时间内加速度为负，质点做减速运动C．t2～t3时间内加速度为负，质点做减速运动D．t3～t4时间内加速度为正，质点做加速运动答案AB解析由图象可知，在0～t1时间内加速度为正，速度也为正，加速度方向与速度方向相同，故质点做加速运动；在t1～t2时间内加速度为负，速度为正，加速度方向与速度方向相反，故质点做减速运动；在t2～t3时间内加速度为负，速度也为负，加速度方向与速度方向相同，故质点做加速运动；在t3～t4时间内加速度为正，速度为负，加速度方向与速度方向相反，质点做减速运动．4．如图4所示为一物体做匀变速直线运动的图象．由图象作出的下列判断中正确的是()2图4A．物体始终沿正方向运动B．物体先沿负方向运动，在t＝2s后沿正方向运动C．在t＝2s前物体位于出发点负方向上，t＝2s后位于出发点正方向上D．在t＝2s时，物体距出发点最远答案BD解析物体的运动方向即为速度方向．由图象知，在t＝2s前，速度为负，物体沿负方向运动，2s后速度为正，物体沿正方向运动，A是错的，B是正确的．物体的位置由起点及运动的位移决定．取起点为原点则位置由位移决定．在v－t图象中，位移数值是图象与坐标轴所围的面积．由图象可知t2s时物体的位移为负，t＝2s时绝对值最大．t＝2s后，位移为负位移与正位移的代数和，绝对值减小，所以t＝2s时位移绝对值最大即物体离出发点最远，所以D正确，C错，所以选B、D.二、思想方法题组5．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图象中(如图5所示)，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，下列说法中正确的是()图5A．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答案C解析由题图知乙做匀减速直线运动，初速度v乙＝10m/s，加速度大小a乙＝0.5m/s2；甲做匀速直线运动，速度v甲＝5m/s.当t＝10s时v甲＝v乙，甲、乙两车距离最大，所以0～10s内两车之间的距离越来越大；10～20s内两车之间的距离越来越小，t＝20s时，两车距离为零，再次相遇，故A、B、D错误；在5～15s时间内，两图线与时间轴围成的面积相等，因而两车位移相等，故C正确．6．一辆警车在平直的公路上以40m/s的速度巡逻，突然接到报警，在前方不远处有歹徒抢劫，该警车要尽快赶到出事地点且到达出事地点时的速度也为40m/s，有三种行进方式：a为一直匀速直线运动；b为先减速再加速；c为先加速再减速，则()A．a种方式先到达B．b种方式先到达C．c种方式先到达D．条件不足，无法确定答案C解析作出v－t图象如右图所示，从出发点到出事地点位移一定，根据v－t图象的意3义，图线与坐标轴所围的面积相等，则只能tctatb，所以c种方式先到达．思维提升1．x－t图象和v－t图象都只能反映直线运动的规律，而不能反映曲线运动的规律．2．x－t图象和v－t图象是用图线直观地反映位移或速度随时间变化的工具．图线上每一点表示某一时刻的位移或速度随时间的推移，也可反映其变化情况，而正负表示了位移或速度的方向．3．利用图象解决问题要做到“六看”，即看轴、看线、看斜率、看面积、看截距、看拐点．4．解决追及相遇问题要注意“一个条件”和“两个关系”，即两者速度相等；时间关系和位移关系.一、运动图象的分析与运用运动学图象主要有x－t图象和v－t图象，运用运动学图象解题可总结为六看：一看“轴”，二看“线”，三看“斜率”，四看“面积”，五看“截距”，六看“特殊点”．1．一看“轴”：先要看清两轴所代表的物理量，即图象是描述哪两个物理量之间的关系．2．二看“线”：图象表示研究对象的变化过程和规律．在v－t图象和x－t图象中倾斜的直线分别表示物体的速度和位移随时间变化的运动情况．3．三看“斜率”：斜率表示纵、横坐标轴上两个物理量的比值，常用一个重要的物理量与之对应，用于定量计算对应物理量的大小和定性分析变化的快慢．x－t图象中斜率表示运动物体的速度的大小和方向．v－t图象中斜率表示运动物体的加速度的大小和方向．4．四看“面积”：即图象和坐标轴所围的面积，也往往代表一个物理量，这要看两物理量的乘积有无意义．如v和t的乘积vt＝x，有意义，所以v－t图与横轴所围“面积”表示位移，x－t图象与横轴所围面积无意义．5．五看“截距”：截距一般表示物理过程的初始情况，如t＝0时的位移或速度．6．六看“特殊点”：如交点、拐点(转折点)等．如x－t图象的交点表示两质点相遇，但v－t图象的交点只表示速度相等．【例1】(2010·广东·17)图6是某质点运动的速度－时间图象，由图象得到的正确结果是()图6A．0～1s内的平均速度是2m/sB．0～2s内的位移大小是3mC．0～1s内的加速度大于2～4s内的加速度D．0～1s内的运动方向与2～4s内的运动方向相反答案BC解析由题图可以看出：0～1s内质点做初速度为零、末速度为2m/s的匀加速直线运动；1～2s内质点以2m/s的速度做匀速直线运动；2～4s内质点做初速度为2m/s，末速度为0的匀减速直线运动，故0～1s内质点的平均速度为v＝0＋22m/s＝1m/s，选项A错误；0～2s内图象与时间轴所围的面积在数值上等于位移的大小，x2＝1＋2×22m＝3m，选项B正确；0～1s内质点的加速度a1＝2－01m/s2＝2m/s2,2～4s内质点的加速度a2＝0－22m/s＝－1m/s2，选项C正确；因0～4s内图线都在时间轴的上方，故速度一直沿正方向，选项D错误．[规范思维]运动的v－t图象是高考的热点．4(1)v－t图象中，图线向上倾斜表示物体做加速运动，向下倾斜表示物体做减速运动．(2)v－t图象中，图线与横轴所围成的“面积”在数值上等于物体的位移，在t轴下方的“面积”表示位移为负．[针对训练1](2010·天津·3)质点做直线运动的v－t图象如图7所示，规定向右为正方向，则该质点在前8s内平均速度的大小和方向分别为()图7A．0.25m/s向右B．0.25m/s向左C．1m/s向右D．1m/s向左答案B解析在v－t图象，图线与横轴所围面积代表位移，0～3s内，x1＝3m，向右；3～8s内，x2＝－5m，负号表示向左，则0～8s内质点运动的位移x＝x1＋x2＝－2m，向左，v＝xt＝－0.25m/s，向左，选项B正确．【例2】(2010·全国Ⅰ·24)汽车由静止开始在平直的公路上行驶，0～60s内汽车的加速度随时间变化的图线如图8所示．图8(1)画出汽车在0～60s内的v－t图线；(2)求在这60s内汽车行驶的路程．答案(1)见解析图(2)900m解析(1)0～10s内，汽车做初速度为0的匀加速直线运动，10s末速度v1＝a1t1＝2×10m/s＝20m/s10～40s内，汽车做匀速直线运动，40～60s内，汽车做匀减速直线运动．60s末的速度v2＝v1＋a2t2＝20m/s－1×20m/s＝0.v－t图线如右图所示．(2)x＝12v1t1＋v1t＋12(v1＋v2)t2＝12×20×10m＋20×30m＋12×(20＋0)×20m＝900m.[规范思维]要掌握v－t图象的斜率表示a，这也是a－t图象与v－t图象的联系点．本题由a－t图象画v－t图象，由v－t图象求路程，设计新颖、环环相扣．【例3】某质点在东西方向上做直线运动，其位移－时间图象如图9所示(规定向东为正方向)．试根据图象：5图9(1)描述质点运动情况；(2)求出质点在0～4s、0～8s、2～4s三段时间内的位移和路程．(3)求出质点在0～4s、4～8s内的速度．答案(1)见解析(2)见解析(3)2m/s，方向向东；4m/s，方向向西解析(1)从图象知：质点从t＝0开始由原点出发向东做匀速直线运动，持续运动4s，4s末开始向西做匀速直线运动，又经过2s，即6s末回到原出发点，然后又继续向西做匀速直线运动直到8s末．(2)在0～4s内位移大小是8m，方向向东，路程是8m.在0～8s内的位移为－8m，负号表示位移的方向向西，说明质点在8s末时刻处于原出发点西8m的位置上，此段时间内路程为24m.在2～4s内，质点发生的位移是4m，方向向东，路程也是4m.(3)在0～4s内质点的速度为v1＝x1t1＝84m/s＝2m/s，方向向东；在4～8s内质点的速度为v2＝x2t2＝－8－84m/s＝－4m/s，方向向西．[规范思维]x－t图象不同于v－t图象，x－t图象中，图线向上倾斜表示物体沿正方向运动，向下倾斜表示物体沿负方向运动，图线的斜率表示物体的速度．[针对训练2](2010·潍坊二检)一遥控玩具小车在平直路上运动的位移－时间图象如图10所示，则()图10A．15s末汽车的位移为300mB．20s末汽车的速度为－1m/sC．前10s内汽车的速度为3m/sD．前25s内汽车做单方向直线运动答案BC解析由位移－时间图象可知：前10s内汽车做匀速直线运动，速度为3m/s，加速度为0，所以C正确；10s～15s汽车处于静止状态，汽车相对于出发点的位移为30m，所以A错误；15s～25s汽车向反方向做匀速直线运动，速度为－1m/s，所以D错误，B正确．二、追及相遇问题讨论追及、相遇问题的实质，就是分析两物体在相同时间内能否到达相同的空间位置．1．分析追及问题的方法技巧可概括为“一个临界条件”、“两个等量关系”．(1)一个临界条件——速度相等．它往往是物体间能否追上或(两者)距离最大、最小的临界条件，也是分析判断问题的切入点(2)两个等量关系：时间关系和位移关系，通过画草图找出两物体的位移关系是解题的突破口．2．能否追上的判断方法物体B追赶物体A：开始时，两个物体相距x0.若vA＝vB时，xA＋x0xB，则能追上；若vA＝vB时，xA＋x0＝xB，则恰好不相撞；若vA＝vB时，xA＋x0xB，则不能追上．3．若被追赶的物体做匀减速直线运动，一定要注意判断追上前该物体是否已经停止运动．【例4】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，摩托车从静止起动做匀加速运动追赶汽车，摩托车的最大速度可达30m/s，若使摩托车在4min时刚好追上汽车．求：(1)摩托车做匀加速运动的加速度a.(2)摩托车追上汽车前两车相距最大距离x.6答案(1)2.25m/s2(2)1138m解析(1)设汽车位移为x1，摩托车位移为x2摩托车的加速度为a，摩托车达到最大速度所用时间为t，则30m/s＝atx1＝25×240m＝6000mx2＝3022a＋30(240－30a)恰好追上的条件为x2＝x1＋1000m解得a＝94m/s2＝2.25m/s2(2)摩托车与汽车速度相等时两车相距最远设此时刻为T，最大距离为xmax由运动学公式得25m/s＝aT解得T＝1009s所以xmax＝1000＋25T－aT22＝102509m＝1138m[规范思维](1)要抓住追上的等量关系x2＝x1＋x0；(2)要抓住追上前的临界条件：速度相等．(3)解追及相遇问题除题中所述解析法外，还有图象法、数学极值法等．本题同学们可试着用图象法求解．[针对训练3](2009·海南·8)甲乙两车在一平直道路上同向运动，其v－t图像如图11所示，图中△O