追击和相遇问题是涉及两个物体间的相对运动问题,由于物体可能做匀速直线运动、匀加速直线运动和匀减速直线运动,因此,两物体实际追击情景变化多样,最能考查学生综合分析问题的能力,以及用所学所知识解决实际问题的能力。高考中经常以交通为背景,创设追击和相遇问题。
一. 解决追击和相遇问题的思路。
二.解决追击和相遇问题的技巧。
1.“加速追匀速”情景。
如初速度较小的匀加速运动的物体A追匀速运动的物体B。当速度相等时,二者相距最远。
2.“匀速追减速”情景。(含刹车问题)
如匀速运动的物体A追匀减速运动的物体B。物体A一定能追上物体B,但一定要注意判断物体A追上物体B之前,物体B是否已经停止运动。
3.“减速追匀速”情景。
如初速度大的匀减速运动的物体A追匀速运动的物体B。当速度相等时,
(1)若物体A已超越物体B,则相遇两次。
(2)若物体A恰好追上物体B,则相遇一次。(临界状态)
(3)若物体A没追上物体B,则无法相遇。
4.“避免碰撞问题”。
如减速追匀速、减速追加速等情况中,两物体“避免碰撞”的临界条件是速度相等时刚好相遇。
注:理解这三种追击情景的分析和求解,其他情景也就能灵活地解决了。
三.解决追击和相遇问题的方法。
1.物理分析法:根据两物体在追击中能否相遇,建立起物体运动关系的情景图,即画出运动示意图,根据三个关系分析。
2.数学分析法:设两物体经过时间t 相遇,根据位移关系列方程 ,由二次函数的实解的个数来判断两物体相遇的问题。
3.图像法:在同一坐标系中画出两物体的速度时间图像,利用图像分析求解,既直观又能把握全局。
4.相对运动法:选择一个物体为参考系,研究另一物体相对于它的运动,把追击问题转化为一个物体运动问题,大大简化了分析过程。(如涉及其中一物体做匀速运动时,此法较方便。)
注:四种方法中,一般选用“物理分析法”,其它方法灵活选用,提高综合分析问题能力。
四.解决追击和相遇问题举例。
例1:“加速追匀速”情景
一辆汽车在十字路口等候绿灯,当绿灯亮时汽车以的加速度开始加速行驶,恰在这时一辆自行车以的速度匀速驶过,从后边超过汽车。则汽车从路口启动后,
(1)汽车在追上自行车之前经过多长时间两车相距最远?此时两车的距离是多少?
(2)汽车经多长时间追上自行车?追上时行使距离为多少?
答案:(1)2 s 6 m (2)4s 24m
解析:
(1)汽车与自行车的速度相等时相距最远。
设此时经过的时间为t,对汽车 v=at,所以t=2 s .
两车相距最远.
(2)设汽车追上自行车时间为t,则两车的位移关系, 所以t=4s,
两车相遇时行使的距离为x=vt=24m .
例2:“匀速追减速”情景。(含刹车问题)
甲车以10 m/s的速度在平直的公路上匀速行驶,乙车以4 m/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.
答案:(1)36 m (2)25 s
解析:
(1)当甲车速度减至等于乙车速度时两车的距离最大。
设该减速过程所用时间为t,则有,解得t=12 s,
此时甲、乙间距离为
(2)先判断甲车停止前,乙车是否追上甲车。
设甲车减速到零所需时间为t1,则有
t1时间内,,
由可知,甲车停止时乙车还未追上。
此后乙车再运动时间,才能追上甲车
故乙车追上甲车需
例3:“减速追匀速、减速追加速”情景。(涉及避免碰撞问题)
一汽车在直线公路段上以54 km/h的速度匀速行驶,突然发现在其正前方14 m处有一辆自行车以5 m/s的速度同向匀速行驶.经过0.4 s的反应时间后,司机开始刹车,则:
(1)为了避免相撞,汽车的加速度大小至少为多少?
(2)若汽车刹车时的加速度大小只有,在汽车开始刹车的同时自行车开始以一定的加速度匀加速行驶,则自行车的加速度至少为多大才能保证两车不相撞?
答案:(1) (2)
解析
(1)设汽车的加速度大小为a,初速度,初始距离d=14 m
在经过反应时间后,汽车与自行车相距
由题意可知,两车速度相等时刚好追上是不相撞的临界条件。
设从汽车刹车开始计时,经过时间t,对汽车
自行车的位移为:
汽车的位移为:
汽车能追上自行车有:
由联立求解得.
因此,汽车的加速度至少为时才能避免碰撞.
(2) 设汽车的加速度为,自行车加速度为 .
由题意可知,两车速度相等时刚好追上是不相撞的临界条件。
设从汽车刹车开始计时,经过时间t,速度关系
自行车的位移为:
汽车的位移为:
汽车能追上自行车有:
由联立求解得
因此,自行车的加速度至少为时才能避免碰撞.