高中物理必修一巩固练习-相遇和追及问题(基础) (2)

【学习目标】1、掌握追及及相遇问题的特点；2、能熟练解决追及及相遇问题。【要点梳理】要点一、机动车的行驶安全问题：要点诠释：1、反应时间：人从发现情况到采取相应措施经过的时间为反应时间。2、反应距离：在反应时间内机动车仍然以原来的速度v匀速行驶的距离。3、刹车距离：从刹车开始，到机动车完全停下来，做匀减速运动所通过的距离。4、停车距离与安全距离：反应距离和刹车距离之和为停车距离。停车距离的长短由反应距离和刹车距离共同决定。安全距离大于一定情况下的停车距离。要点二、追及与相遇问题的概述要点诠释：1、追及与相遇问题的成因：当两个物体在同一直线上运动时，由于两物体的运动情况不同，所以两物体之间的距离会不断发生变化，两物体间距越来越大或越来越小，这时就会涉及追及、相遇或避免碰撞等问题．2、追及问题的两类情况(1)速度小者追速度大者(2)速度大者追速度小者说明: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.特点归类：(1)若后者能追上前者，则追上时，两者处于同一位置，后者的速度一定不小于前者的速度．(2)若后者追不上前者，则当后者的速度与前者相等时，两者相距最近．3、相遇问题的常见情况(1)同向运动的两物体的相遇问题,即追及问题.(2)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.要点三、追及、相遇问题的解题思路要点诠释：追及､相遇问题最基本的特征相同,都是在运动过程中两物体处在同一位置.①根据对两物体运动过程的分析,画出物体运动情况的示意草图.②根据两物体的运动性质,分别列出两个物体的位移方程,注意要将两个物体运动时间的关系反映在方程中;③根据运动草图,结合实际运动情况,找出两个物体的位移关系;④将以上方程联立为方程组求解,必要时,要对结果进行分析讨论.要点四、分析追及相遇问题应注意的两个问题要点诠释：分析这类问题应注意的两个问题:(1)一个条件:即两个物体的速度所满足的临界条件,例如两个物体距离最大或距离最小､后面的物体恰好追上前面的物体或恰好追不上前面的物体等情况下,速度所满足的条件.常见的情形有三种:一是做初速度为零的匀加速直线运动的物体甲,追赶同方向的做匀速直线运动的物体乙,这种情况一定能追上,在追上之前,两物体的速度相等(即vv甲乙)时,两者之间的距离最大;二是做匀速直线运动的物体甲,追赶同方向的做匀加速直线运动的物体乙,这种情况不一定能追上,若能追上,则在相遇位置满足vv甲乙;若追不上,则两者之间有个最小距离,当两物体的速度相等时,距离最小;三是做匀减速直线运动的物体追赶做匀速直线运动的物体,情况和第二种情况相似.(2)两个关系:即两个运动物体的时间关系和位移关系.其中通过画草图找到两个物体位移之间的数值关系是解决问题的突破口.要点五、追及、相遇问题的处理方法方法一:临界条件法(物理法):当追者与被追者到达同一位置,两者速度相同,则恰能追上或恰追不上(也是二者避免碰撞的临界条件)。方法二:判断法(数学方法):若追者甲和被追者乙最初相距d0令两者在t时相遇,则有0xxd甲乙,得到关于时间t的一元二次方程:当2b4ac0时,两者相撞或相遇两次;当2b4ac0时,两者恰好相遇或相撞;2b4ac0时,两者不会相撞或相遇。方法三:图象法.利用速度时间图像可以直观形象的描述两物体的运动情况，通过分析图像，可以较方便的解决这类问题。【典型例题】类型一、机动车的行驶安全问题例1、（2015德州市期末考）2015年1月3日在京津高速上，司机驾驶小汽车以108km/h的速度匀速行驶，突然发现同一车道的正前方110m处停有一辆故障车，由于无法从其它车道避让，司机立即采取措施．司机从发现前方故障车到开始制动有1s的反应时间，制动后小汽车以大小为a=5m/s2的加速度刹车，请你通过计算判断这辆小汽车能否跟前方故障车发生追尾事故？请你给司机提出至少一条合理的可以防止和减少追尾的建议．【答案】见解析【解析】108/30/kmhms，司机在反应时间内做匀速运动，1030130xvtmm，刹车后做匀减速运动的位移20290090210vxmma，总位移123090120110xxxmmm＞，会发生追尾．建议：1、不要超速，2、不要酒后驾驶，3、不要疲劳驾驶．答：会发生追尾．建议：1、不要超速，2、不要酒后驾驶，3、不要疲劳驾驶．【总结升华】决本题的关键知道汽车在反应时间内和刹车后的运动规律，结合运动学公式灵活求解，基础题．举一反三【变式】酒后驾车严重威胁交通安全．其主要原因是饮酒会使人的反应时间(从发现情况到实施操作制动的时间)变长，造成制动距离(从发现情况到汽车停止的距离)变长，假定汽车以108km/h的速度匀速行驶，刹车时汽车的加速度大小为8m/s2，正常人的反应时间为0.5s，饮酒人的反应时间为1.5s，试问：(1)驾驶员饮酒后的反制距离比正常时多几米？(2)饮酒的驾驶员从发现情况到汽车停止需多少时间？【答案】(1)30m(2)5.25s【解析】(1)汽车匀速行驶v＝108km/h＝30m/s正常情况下刹车与饮酒后刹车，从刹车到车停止这段时间的运动是一样的，设饮酒后的刹车距离比正常时多Δs，反应时间分别为120.5s1.5stt＝、＝则21()svtt＝－代入数据得30ms＝(2)饮酒的驾驶员从实施操作制动到汽车停止所用时间3(0)/tva＝－解得33.75st＝所以饮酒的驾驶员从发现情况到汽车停止所需时间23ttt＝＋解得5.25st＝类型二、追及问题一：速度小者追赶同向速度大者例2、一辆汽车在十字路口等候绿灯，当绿灯亮时汽车以3m/s2的加速度开始加速行驶，恰在这时一辆自行车以6m/s的速度匀速驶来，从后边超过汽车。试求：（1）汽车从路口开动后，在追上自行车之前经过多长时间两车相距最远？此时距离是多少？【思路点拨】画好汽车和自行车的运动示意图是关键。【答案】2s6m【解析】：方法一：临界状态法运动示意图如图：汽车在追击自行车的过程中，由于汽车的速度小于自行车的速度，汽车与自行车之间的距离越来越大；当汽车的速度大于自行车的速度以后，汽车与自行车之间的距离便开始缩小。很显然，当汽车的速度与自行车的速度相等时，两车之间的距离最大。设经时间t两车之间的距离最大。则vtva汽自∴v6ts2s3a自22m11xxxvtat62m32m6m22自汽自方法二：图象法在同一个v-t图象中画出自行车和汽车的速度-时间图线，如图所示。其中Ⅰ表示自行车的速度图线，Ⅱ表示汽车的速度图线，自行车的位移x自等于图线Ⅰ与时间轴围成的矩形的面积，而汽车的位移x汽则等于图线Ⅱ与时间轴围成的三角形的面积。两车之间的距离则等于图中矩形的面积与三角形面积的差，不难看出，当t=t0时矩形与三角形的面积之差最大。x汽x自△x此时0tvva汽自06ts2s3va自011t26m6m22mSv自方法三：二次函数极值法设经过时间t汽车和自行车之间的距离x，则222133at6t(2)6222xxxvttt自汽自当2st时两车之间的距离有最大值xm，且6m.mx【点评】(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。(3)解题思路和方法举一反三【高清课程：相遇和追及问题例2】【变式1】小轿车在十字路口等绿灯亮后，以1m/s2的加速度启动，恰在此时，一辆大卡车以7m/s的速度从旁超过，做同向匀速运动，问（1）小轿车追上大卡车时已通过多少路程？（2）两车间的距离最大时为多少？【答案】98m24.5m【变式2】甲、乙两车同时从同一地点出发，向同一方向运动，其中甲以10m/s的速度匀速行驶，乙以2v/m/s6Ⅰ0t0t/sⅡm/s2的加速度由静止启动，求：(1)经多长时间乙车追上甲车？此时甲、乙两车速度有何关系？(2)追上前经多长时间两者相距最远？此时二者的速度有何关系？【答案】(1)10s2倍(2)5s相等【解析】(1)乙车追上甲车时，二者位移相同，设甲车位移为x1，乙车位移为x2，则x1＝x2，即21111a2vtt＝，解得12110s20m/stvat＝，＝＝，因此212vv＝.(2)设追上前二者之间的距离为x，则21212221Δ   102xxxvtattt＝－＝－＝－由数学知识知：当210s521ts＝时，两者相距最远，此时21vv＝.类型三、追及问题二：速度大者减速追赶同向速度小者例3、火车以速度1v匀速行驶，司机发现前方同轨道上相距S处有另一列火车沿同方向以速度2v（对地、且12vv）做匀速运动，司机立即以加速度a紧急刹车，要使两车不相撞，a应满足什么条件？【思路点拨】理解两车不相撞的临界条件。【答案】221()2vvas【解析】方法一：设两车恰好相撞(或不相撞)，所用时间为t，此时两车速度相等2121212vtatvtsvatv解之可得：221()2vvas即，当221()2vvas时，两车不会相撞。方法二：要使两车不相撞，其位移关系应为：21212vtatvts对任一时间t，不等式都成立的条件为221=2as0vv（）由此得221()2vvas【点评】分析解决两物体的追及、相遇类问题，应首先在理解题意的基础上，认清两物体在位移、速度、时间等方面的关联，必要时须画出运动关联的示意图。这类问题的特殊之处是常与极值条件或临界条件相联系。分析解决这类问题的方法有多种，无论哪一种方法，分析临界条件、解决相关的临界条件方程或用数学方法找出相关的临界值，是解决这类问题的关键和突破口。举一反三【高清课程：相遇和追及问题例3】【变式】汽车正以10m/s的速度在平直公路上前进，突然发现正前方s处有一辆自行车以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匀减速运动，加速度大小为6m/s2，若汽车恰好不碰上自行车，则s大小为多少？【答案】3m类型四、相遇问题例4、（2015海南中学期末考）如图所示为两物体a、b从同一位置沿同一直线运动的速度图象，下列说法正确的是（）A.第40s时，两物体a、b相遇;B.第60s时，两物体a、b相遇；C.第20s和第60s时，两物体a、b的间距相等；D.a、b加速时，物体a的加速度大于物体b的加速度【答案】C【解析】A因a、b从同一位置出发，在40s时，ab的速度相等，相距的距离就是位移差，由图可知，此时a、b相距1(1040)20402090022smmmB由图可知，第60s时，物体b的位移小于物体A的位移，所以应是a在b的前方，不相遇。C由图可知第20s和第60s位移差相等，a、b从同一点出发，故间距相等。D图像斜率表示加速度，a、b加速时，由图知b的加速度大于a，故A错。举一反三【高清课程：相遇和追及问题例7】【变式】羚羊从静止开始奔跑，经过50m的距离能加速到最大速度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，以后只能维持这速度4.0s。设猎豹距离羚羊x时开始攻击，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做匀加速运动，且均沿同一直线奔跑，求：（1）猎豹要在从最大速度减速前追到羚羊，x值应在什么范围？（2）猎豹要在其加速阶段追到羚羊，x值应在什么范围？【答案】(1）31.875m≤x≤55m（2）x≤31.875m