高中物理相遇和追及问题(完整版).doc

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相遇追及问题

一、考点、热点回顾

一、追及问题

1.速度小者追速度大者

类型

图象

说明

匀加速追匀速

①t=t0以前,后面物体与前面物体间距离增大

②t=t0时,两物体相距最远为x0+Δx

③t=t0以后,后面物体与前面物体间距离减小

④能追及且只能相遇一次

匀速追匀减速

匀加速追匀减速

2.速度大者追速度小者

度大者追速度小者

匀减速追匀速

开始追及时,后面物体与前面物体间的距离在减小,当两物体速度相等时,即t=t0时刻:

①若Δx=x0,则恰能追及,两物体只能相遇一次,这也是避免相撞的临界条件

②若Δx

③若Δx>x0,则相遇两次,设t1时刻Δx1=x0,两物体第一次相遇,则t2时刻两物体第二次相遇

匀速追匀加速

匀减速追匀加速

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.

二、相遇问题

这一类:

同向运动的两物体的相遇问题,即追及问题.

第二类:

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.

求解追及问题的分析思路

(1)根据追赶和被追赶的两个物体的运动性质,列出两个物体的位移方程,并注意两物体运动时间之间的关系.

(2)通过对运动过程的分析,画出简单的图示,找出两物体的运动位移间的关系式.追及的主要条件是两个物体在追上时位置坐标相同.

(3)寻找问题中隐含的临界条件.例如速度小者加速追赶速度大者,在两物体速度相等时有最大距离;速度大者减速追赶速度小者,在两物体速度相等时有最小距离,等等.利用这些临界条件常能简化解题

过程.

(4)求解此类问题的方法,除了以上所述根据追及的主要条件和临界条件解联立方程外,还有利用二次

函数求极值,及应用图象法和相对运动知识求解.

相遇问题

相遇问题的分析思路:

相遇问题分为追及相遇和相向运动相遇两种情形,其主要条件是两物体在相遇处的位置坐标相同.

(1)列出两物体运动的位移方程、注意两个物体运动时间之间的关系.

(2)利用两物体相遇时必处在同一位置,寻找两物体位移间的关系.

(3)寻找问题中隐含的临界条件.

(4)与追及中的解题方法相同.

二、典型例题

【例1】物体A、B同时从同一地点,沿同一方向运动,A以10m/s的速度匀速前进,B以2m/s2的加速度从静止开始做匀加速直线运动,求A、B再次相遇前两物体间的最大距离.

【解析一】 物理分析法

A做υA=10m/s的匀速直线运动,B做初速度为零、加速度a=2m/s2的匀加速直线运动.根据题意,开始一小段时间内,A的速度大于B的速度,它们间的距离逐渐变大,当B的速度加速到大于A的速度后,它们间的距离又逐渐变小;A、B间距离有最大值的临界条件是υA=υB.①

设两物体经历时间t相距最远,则υA=at②

把已知数据代入①②两式联立得t=5s

在时间t内,A、B两物体前进的距离分别为

A、B再次相遇前两物体间的最大距离为

【解析二】 相对运动法

因为本题求解的是A、B间的最大距离,所以可利用相对运动求解.选B为参考系,则A相对B的初速度、末速度、加速度分别是υ0=10m/s、υt=υA-υB=0、a=-2m/s2.

  根据υt2-υ0=2as.有

  解得A、B间的最大距离为sAB=25m.

【解析三】极值法

物体A、B的位移随时间变化规律分别是sA=10t,.

则A、B间的距离,可见,Δs有最大值,且最大值为

【解析四】图象法

根据题意作出A、B两物体的υ-t图象,如图1-5-1所示.由图可知,A、B再次相遇前它们之间距离有最大值的临界条件是υA=υB,得t1=5s.

A、B间距离的最大值数值上等于ΔOυAP的面积,即.

【答案】25m

【点拨】相遇问题的常用方法

(1)物理分析法:

抓好“两物体能否同时到达空间某位置”这一关键,按(解法一)中的思路分析.

(2)相对运动法:

巧妙地选取参考系,然后找两物体的运动关系.

(3)极值法:

设相遇时间为t,根据条件列方程,得到关于t的一元二次方程,用判别式进行讨论,若△>0,即有两个解,说明可以相遇两次;若△=0,说明刚好追上或相碰;若△<0,说明追不上或不能相碰.

(4)图象法:

将两者的速度时间图象在同一个坐标系中画出,然后利用图象求解.

l拓展

如图1-5-2所示是甲、乙两物体从同一地点,沿同一方向做直线运动的υ-t图象,由图象可以看出 ( 〕

A.这两个物体两次相遇的时刻分别是1s末和4s末

B.这两个物体两次相遇的时刻分别是2s末和6s末

C.两物体相距最远的时刻是2s末

D.4s末以后甲在乙的前面

【解析】从图象可知两图线相交点1s末和4s末是两物速度相等时刻,从0→2s,乙追赶甲到2s末追上,从2s开始是甲去追乙,在4s末两物相距最远,到6s末追上乙.故选B.

【答案】B

【实战演练1】(2011·新课标全国卷)甲乙两辆汽车都从静止出发做加速直线运动,加速度方向一直不变。

在第一段时间间隔内,两辆汽车的加速度大小不变,汽车乙的加速度大小是甲的两倍;在接下来的相同时间间隔内,汽车甲的加速度大小增加为原来的两倍,汽车乙的加速度大小减小为原来的一半。

求甲乙两车各自在这两段时间间隔内走过的总路程之比。

【思路点拨】解答本题时可由运动学公式分别写出两汽车的速度和位移方程,再根据两车加速度的关系,求出两车路程之比。

【精讲精析】设汽车甲在第一段时间间隔末(时刻t0)的速度为v,第一段时间间隔内行驶的路程为s1,加速度为a,在第二段时间间隔内行驶的路程为s2,由运动学公式有,

v=at0①

s1=at02②

s2=vt0+2at02③

设汽车乙在时刻t0的速度为v′,在第一、二段时间间隔内行驶的路程分别为s1′、s2′,同理有,

v′=2at0④

s1′=2at02⑤

s2′=v′t0+at02⑥

设甲、乙两车行驶的总路程分别为s、s′,则有

s=s1+s2⑦

s′=s1′+s2′⑧

联立以上各式解得,甲、乙两车各自行驶路程之比为

=

答案:

【实战演练2】(2011·安徽省级示范高中名校联考)甲、乙两辆汽车,同时在一条平直的公路上自西向东运动,开始时刻两车平齐,相对于地面的v-t图象如图所示,关于它们的运动,下列说法正确的是(  )

A.甲车中的乘客说,乙车先以速度v0向西做匀减速运动,后向东做匀加速运动

B.乙车中的乘客说,甲车先以速度v0向西做匀减速运动,后做匀加速运动

C.根据v-t图象可知,开始乙车在前,甲车在后,两车距离先减小后增大,当乙车速度增大到v0时,两车恰好平齐

D.根据v-t图象可知,开始甲车在前,乙车在后,两车距离先增大后减小,当乙车速度增大到v0时,两车恰好平齐

【答案】A

【详解】甲车中的乘客以甲车为参考系,相当于甲车静止不动,乙车以初速度v0向西做减速运动,速度减为零之后,再向东做加速运动,所以A正确;乙车中的乘客以乙车为参考系,相当于乙车静止不动,甲车以初速度v0向东做减速运动,速度减为零之后,再向西做加速运动,所以B错误;以地面为参考系,当两车速度相等时,距离最远,所以C、D错误.

考点2相遇问题

相遇问题的分析思路:

相遇问题分为追及相遇和相向运动相遇两种情形,其主要条件是两物体在相遇处的位置坐标相同.

(1)列出两物体运动的位移方程、注意两个物体运动时间之间的关系.

(2)利用两物体相遇时必处在同一位置,寻找两物体位移间的关系.

(3)寻找问题中隐含的临界条件.

(4)与追及中的解题方法相同.

【例2】甲、乙两物体相距s,同时同向沿同一直线运动,甲在前面做初速度为零、加速度为a1的匀加速直线运动,乙在后做初速度为υ0,加速度为a2的匀加速直线运动,则 (  )

A.若a1=a2,则两物体可能相遇一次

B.若a1>a2,则两物体可能相遇二次

C.若a1<a2,则两物体可能相遇二次

D.若a1>a2,则两物体也可相遇一次或不相遇

【解析】 设乙追上甲的时间为t,追上时它们的位移有

上式化简得:

解得:

(1)当a1>a2时,差别式“△”的值由υ0、a1、a2、s共同决定,且,而△的值可能小于零、等于零、大于零,则两物体可能不相遇,相遇一次,相遇两次,所以选项B、D正确.

(2)当a1<a2时,t的表达式可表示为

显然,△一定大于零.且,所以t有两解.但t不能为负值,只有一解有物理意义,只能相遇一次,故C选项错误.

(3)当a1=a2时,解一元一次方程得t=s/υ0,一定相遇一次,故A选项正确.

【答案】A、B、D

【点拨】注意灵活运用数学方法,如二元一次方程△判别式.本题还可以用v—t图像分析求解。

l拓展

A、B两棒均长1m,A棒悬挂于天花板上,B棒与A棒在一条竖直线上,直立在地面,A棒的下端与B棒的上端之间相距20m,如图1-5-3所示,某时刻烧断悬挂A棒

的绳子,同时将B棒以v0=20m/s的初速度竖直上抛,若空气阻力可忽略不计

,且g=10m/s2,试求:

(1)A、B两棒出发后何时相遇?

(2)A、B两棒相遇后,交错而过需用多少时间?

【解析】本题用选择适当参考系,能起到点石成金的效用。

由于A、B两棒均只受重力作用,则它们之间由于重力引起的速度改变相同,它们之间只有初速度导致的相对运动,故选A棒为参考系,则B棒相对A棒作速度为v0的匀速运动。

则A、B两棒从启动至相遇需时间

L=20m

l=1m

l=1m

A

B

图1-5-3

当A、B两棒相遇后,交错而过需时间

【答案】

(1)1s

(2)0.1s

【例3】(易错题)经检测汽车A的制动性能:

以标准速度20m/s在平直公路上行驶时,制动后40s停下来。

现A在平直公路上以20m/s的速度行驶发现前方180m处有一货车B以6m/s的速度同向匀速行驶,司机立即制动,能否发生撞车事故?

【错解】设汽车A制动后40s的位移为x1,货车B在这段时间内的位移为x2。

据得车的加速度a=-0.5m/s

又得

x2=v2t=6×40=240(m)

两车位移差为400-240=160(m)

因为两车刚开始相距180m>160m

所以两车不相撞。

【错因】这是典型的追击问题。

关键是要弄清不相撞的条件。

汽车A与货车B同速时,两车位移差和初始时刻两车距离关系是判断两车能否相撞的依据。

当两车同速时,两车位移差大于初始时刻的距离时,两车相撞;小于、等于时,则不相撞。

而错解中的判据条件错误导致错解。

图1-5-4

【正解】如图1-5汽车A以v0=20m/s的初速做匀减速直线运动经40s停下来。

据加速度公式可求出a=-0.5m/s2当A车减为与B车同速时是A车逼近B车距离最多的时刻,这时若能超过B车则相撞,反之则不能相撞。

据可求出A车减为与B车同速时的位移

此时间t内B车的位移速s2,则

△x=364-168=196>180(m)

所以两车相撞。

【点悟】分析

追击问题应把两物

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