物理竞赛辅导（十三）相对运动专题及应用

相对运动专题第一部分：赛题解读与训练例1：商场中有一自动扶梯，某顾客沿开动上行的自动扶梯走上楼时，数得走了16级，当他用同样的速度相对扶梯沿向下开动的自动扶梯走上楼时，数得走了48级，则静止时自动扶梯露出的级数为多少？点拨：分析人和电梯在整个过程中的运动情况，电梯在整个运动过程中的速度不变，可知人向上和向下的运动时间之比为16∶48.由人沿电梯上行和下行所走的路程相等，都等于一个楼层的高度，建立方程即可求解.解：电梯运动速度不变，可知4816向下向上tt得：向下向下tt3而人向上和向下的路程等于梯层的高度，可知：向下梯人向上梯人tvvtvv)()(得：向下梯向下人向上梯向上人tvtvtvtv··上式中，向上向下向下人向上人t级，tt级，vtv34816将这些数据代入上式可得：级tv向上梯8∴楼梯的高度为级tvvvttvS向上梯向上人向上梯人24·)(答：静止时自动扶梯露级数为24级。点评：两个物体沿同一直线运动，讨论两个物体运动速度关系，在分析每个物体运动情况时，要注意运动的相对性．明确运动的参照物。竞赛训练一、选择题：1．一船往返于甲、乙两码头之间，顺水行驶时速度为v1，逆水行驶时速度为v2，船往返一次的平均速度为（）DA.221vvB.21vvC.21vvD.21212vvvv2．小船以速度v从河边A点沿河岸划至B点又返回A点。不计船掉头时间，若水不流动时往返时间为t，那么水速为v0时，往返时间为（）CA.tvvv0B.tvvv02C.tvvv2022D.tvvv20223.小船往返于沿河的甲、乙两地。若河水不流动，往返一次需要时间t1，若河水流动，则往返一次需要时间t2则（）CA．t1＝t2B．t1＞t2C．t1＜t2D．由船速和水速决定4．甲、乙两辆车沿平直的公路通过同样的路程。甲车在前半段和后半段的路程上分别以40km/h和60km/h的速度运动；乙车在前半段和后半段的时间内分别以40km/h和60km/h的速度运动，则甲、乙两车在整个路段中的平均速度v甲和v乙的关系是（）CA.乙甲vvB.乙甲v＞vC.乙甲v＜vD.无法判断5．某商场的自动扶梯在0.5min内，可以把站在扶梯上的顾客送到二楼。如果扶梯不动，人走上去需要1.5min，那么人沿着开动的自动扶梯走上去，需要的时间（）CA.2minB.1minC.83minD.0.5min二、计算题6．有艘汽艇，顺着河流从甲地到乙地要行驶3h，逆水返回要行驶6h，如果汽艇不用发动机，顺流从甲地漂流到乙地，需多少时间？（12h）7．一只船在甲、乙两码头间往返一次的平均速度是24m/s．已知水流的速度是5m/s，则这只船在静水中的速度是多少m/s？（25m/s）8．小明在地下铁路出口处的自动扶梯上做了如下实验：在自动扶梯上不动，经过2min可以乘自动扶梯从地下上升到地面。在自动扶梯不运行时，他沿扶梯快速向上行走，经1min从地下走到地面。在此基础上，他通过计算得到两项结果：（1）在扶梯运行时，他同时沿扶梯向上行走，从地下上升到地面所用时间t1；（2）在自动扶梯运行时，他从地面沿扶梯向下行走，从地面走到扶梯底端所用时间t2(已知他相对自动扶梯行走的速度始终是相同的)。随后他又在自动扶梯上通过实验验证，实验结果与他的计算结果是一致的。请你计算一下t1和t2的数值各多大。（40s、2min）解题提示：1、21212122vvvvvSvSStSv总总2、水不流动时：vSt2可得vtS2………………①水以v0流速流动时，往返所用时间为：202002·vvvSvvSvvSt……②把①代入②得：tvvvt20223、假设河水速度与船速度相等，则t2无限大，由此可知答案为：t1＜t26、设甲、乙两地间的路程为S，船速为v，水速为v水，由已知得：顺水时：hvvS水3…………………………①逆水时：hvvS水6…………………………②由①②可得：hvS水12即汽艇从甲地漂流到乙地需用12h第二部分：竞赛辅导相对运动问题一1．车站上，坐在火车里的乘客从窗口发现有两列火车沿相反的方向运动，由此得出的下列判断中错误的是：（）A．乘客坐的火车和看到的两列火车中一定有两列在沿相反方向运动；B．乘客坐的火车可能在运动；C．三列火车可能沿同一方向运动；D．三列火车中可能有一列是静止的。思路点拨乘客乘坐的火车可能是停在车站，也可能是正在通过车站，即它可能是静止的，也可能是运动的．而乘客看到别的车是否运动，则是以他自己坐的车为参照物而得出的结论．可见，选项中的B、D是可能的．若乘客所乘坐的车A正在运动．而另外有两车B和C也在沿与A车运动方向相同的方向运动，但三者的速度大小不等，其关系为vB＞vA＞vC．则此时在A车上的乘客看来，B车在向前进，而C车则在向后退，故得到B车和C车沿相反方向运动的结论．而事实上此时是三车在沿同一方向运动．可见选项C是正确的，而选项A是错误的．答案：A引申拓展本题为一个相对运动的问题，涉及此类问题时，一定要注意所讲的运动是以谁为参照物而得到结论，例如本题中，乘客看到的两列火车的运动是以乘客自己为参照物(即以他所乘坐的火车为参照物)而得出的结论．而题文中各选项中所提的车的运动都是以地面为参照物所得出的结论．以上的解答中，是针对题述的情况而用几个特例，即对各选项进行了肯定或否定，而并未对符合此题论述的所有情况进行全面的论述，建议有兴趣的读者，可将符合题述条件的各种可能情况都列举出来，进行分析和讨论．2.甲、乙两列火车，车长分别为Ｌ1和Ｌ2，在相邻的两条轨道上，甲车以速度v1向东匀速行驶，乙车以速度v2向西匀速行驶，则甲、乙两列火车从相遇到离开所需时间为。思路点拨如图，分别表示出了两车相遇和相离时刻的位置．以t表示两车由相遇到相离的时间，则在这段时间内两车通过的距离分别为：S1＝v1t，S2＝v2t由图可以看到，s1与s2之和应等于两车长度之和，即应有：S1＋S2＝L1＋L2联立以上三式可解得2121vvLLt答案:2121vvLLt本题也可根据相对运动来求解，即以甲车为参照物，它看到乙车的速度(即乙车相对于甲车的速度)大小为(v2＋v1)，而在此过程中，它看到乙车通过的距离为Ll＋L2，则所经历的时间应为：2121vvLLt相对运动问题二1.从地面上看，通信用的地球同步卫星是静止不动的。它运行一周所用的时间是：[]A.24小时；B.23小时56分；C.24小时4分；D.24小时56分。思路点拨通信用的地球同步卫星在地面上看来是静止不动的，相当于它随地球自转在一道转动，因此，地球自转一周的时间也就是此卫星运转一周的时间．严格地说来，地球自转一周的时间应该是一个“恒星日”，(即23h56min)，而不是一个“太阳日”(即24h)．答案：B引申拓展地球同步卫星是在赤道上空离地面的某一确定高度上绕地球转动的卫星，由于它绕地球转动的快慢与地球自转的快慢相同，所以相对于地球来说，它就相当于总在赤道上空的这一点不动一样．地球的运动包括它绕太阳的转动(公转)和它绕地轴的转动(自转)，地球上的人感受到一昼夜为24h，是太阳连续两次经过地球上同一位置的正上方所用的时间，这种时间我们称之为一个太阳日．由于地球不仅有自转，还有公转，所以实际上在这段时间内地球所转过的不是一整周(相当于角度360°。)而是比一整周多一些，而对应于地球真正只转一整周的时间，我们则称之为一个恒星日．一个恒星日的时间小于一个太阳日的时间，一个恒星日的时间为23h56min．2．李明同学放学回家，正碰上刮风下雨，他以18km/h的速度由西向东快跑，此时他发现了奇怪的现象，雨滴成竖直下落状态，请你确定，这时刮的是____风，风速是___m/s思路点拨地面上刮风时，风的速度方向与地面平行，即沿水平方向，此时若下雨，则雨滴一方面由于受重力作用而沿竖直方向下落．另一方面又由于风对它的作用使它沿水平方向也发生运动，可以想象，当雨滴在水平方向的运动速度小于风的速度时，在水平方向上风相对于雨滴总是有向前的速度，由此风还会把雨滴向前带动使之具有更大的水平方向的速度，只有当两者在水平方向的速度相等时，两者在水平方向上方无相互作用，雨滴在水平方向上的速度才不会再变化，所以，若把风中的雨滴下落的运动从水平和竖直两个方向来看，则雨滴将一方面以某一速度沿竖直方向下落，另一方面则具有一个和风速相同的水平方向的速度随风一道运动．人在雨中奔跑的速度是沿水平方向的，他若感到此时雨滴是沿竖直方向下落，表明此时人与雨滴之间在水平方向上没有相对运动，即人和雨滴在水平方向上的速度是相同的，又由上分析知此时雨滴在水平方向上的速度与风速相同，可见此时人奔跑的速度与风的速度相同．故知此时刮的是西风，风速是18km／h，即5m／s．答案：西，5相对运动问题三A、B两辆车以相同速度v0同方向作匀速直线运动，A车在前，Ｂ车在后．在两车上有甲、乙两人分别用皮球瞄准对方，同时以相对自身为2v0的初速度水平射出，如不考虑皮球的竖直下落及空气阻力，则（）A．甲先被击中B．乙先被击中C．两人同时被击中D．皮球可以击中乙而不能击中甲思路点拨甲球抛出时对他的速度为：v甲＝2v0－v0＝v0，方向向后；乙球抛出后对他的速度为：v乙＝2v0＋v0＝3v0，方向向前，设两车相距s远，则甲球自抛出至击中乙所需的时间为：0012vsvvst甲乙球自抛出至击中甲所需的时间为：0000223vsvvsvvst乙可见t2＝t1，说明两人同时被击中．答案：C引申拓展本题可用相对运动的知识来求解．由于A、B两车运动速度相同，即A、B之间没有相对运动，故甲、乙两人间也没有相对运动．则甲以相对于自身速度为2v0的球射向乙，这个球相对于乙的速度也就是2v0，设甲、乙间的距离为s，则甲抛出的球至击中乙需用时间为012vst同理，乙以相对于自身速度为2v0的球射向甲，此球相对于甲的速度也就是2v0，则乙抛出的球至击中甲所需的时间为：022vst惯性问题一1.运输液体货物的槽车，液体上有气泡，如图，当车开动时，气泡将向运动；刹车，气泡将向运动，其原因是具有惯性。思路点拨由于液体的密度比气体的密度大得多，故在题述槽车内，气泡的质量比同体积液体的质量小得多，则气泡的惯性也就比同体积液体的惯性小得多，故当运货槽车的运动状态发生变化时，表现出来的就是液体的惯性．这样，当车开动时，车内液体由于惯性要保持原有静止状态就会相对于车向后挤，由此将使气泡相对于车向前运动；当车突然刹车时，车内液体由于惯性要保持原有速度继续向前运动，这样就会相对于车向前挤，由此将使气泡相对于车向后运动．答案:前，后，液体2．按我国交通管理部门最近规定，坐在小汽车前排的司机和乘客都应在胸前系上安全带，这主要是为了减轻在下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害。[]A．车速太快。B．车速太慢。C．紧急刹车。D．突然起动。思路点拨在题述的几种情况中，车速很快，只要车行驶平稳，就不会对司机和乘客造成伤害；至于车速太慢和车在突然起动时，一般也不会对司机和乘客造成伤害，而当车原来速度又很大且突然紧急刹车时，则由于惯性，司机和乘客此时都会相对于车骤然往前冲，此时则容易使人受到伤害，系安全带就是为了避免在这种情况下出现伤害事故的．答案：C惯性问题二1．有一架飞机沿水平向左做匀速直线运动，每隔1秒钟从飞机上轻轻释放一小球，当三只小球落下且均未落至地面时，若不计空气阻力，则这三只小球在空中的排列情况应是下图中的哪一个[]答案：三只小球从匀速直线运动的飞机上释放后，间隔时间很短，由于惯性，释放后的小球仍能保持原来的运动状态，继续向左运动一段路程，故三只小球在空中的排列情况应是C图。2．托车做飞跃障碍物的表演时为了减少向前翻车的危险，下列说法中正确的是：[]A．应该前轮先着地；B.应该后轮先着地；C.应该前后轮同时着地；D.哪个车轮先着地与翻车的危险没关系。思路点拨摩托车做飞越障碍物表演落地时，车具有很大的速度，而落地点的地面则通过车的落地点对车施以阻力作用而