(完整版)高中物理相遇和追及问题(完整版)
萌到你眼炸
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2021年02月02日 04:58
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-巨蟹座男生
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
匀加速追匀速
图象
说明
①
t=t
0
以前,
后面物体与
前面物体间距离增大
②
t=t
0
时,
两物体相距最
远为
x
0< br>+
Δ
x
匀速追匀减速
③
t=t
0
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< br>若
Δ
x=x0,
则
恰
能
追
及,
两物 体只能相遇一次,
这
匀速追匀加速
也是避免相撞的临界条件
②
若
Δ
x
不
能
追
及,此时 两物体最小距离为
x0-
Δ
x
③若Δ
x>x0,
则相遇两 次,设
t1
时刻Δ
x1=x0,
两物体第一
次相遇
,则
t2
时刻两物体第
二次相遇
匀减速追匀加速
①表中的Δ
x
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;
②
x
0
是开始追及以前两物体之间的距离;
③
t
2
-t
0
=t
0
-t
1
;
④< br>v
1
是前面物
体的速度,
v
2
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
. < br>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< br>;
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< br>以
2m/s
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
υ
A
=
10 m/s
的匀速直线运动,
B
做初速度为零、加速度
a
=
2 m/s
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
υ
A
=
υ
B
.
①
设两物体经历时间
t
相距最远,则
υ
A
=
at
②
把已知数据代入①②两式联立得
t
=
5 s
在时间
t内,
A
、
B
两物体前进的距离分别为
s
A
=
υ
A
t
=10×5 m=
50 m
1
2
1
2
s
B
=
at
=
×2×5
m
=
25 m
2
2
A
、
B
再次相遇前两物体间的最大距离为
< br>Δ
s
m
=
s
A
-
s
B
=< br>50 m
-
25 m
=
25 m
【
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
=
10 m/s
、
υ
t
=
υ
A-
υ
B
=
0
、
a
=-
2 m/s
.
根据
υ
t
-
υ
0
=
2
as
.有
0
-
10
=2×
(-2)
×
s
AB
解得A、
B
间的最大距离为
s
AB
=
25 m
.
【
解析三
】
极值法
1
2
1
2
5
物体
A
、
B
的位移随 时间变化规律分别是
s
A
=
10
t
,
s
B
=
at
=
×2×
t
=
t
. < br>2
2
则
A
、
B
间
的
距
离< br>Δ
s
=
10
t
-
t
,
可
见
,
Δ
s
有
最
大
值
,
且
最
大
值
为
2
4×
(
-
1)
×0-< br>10
Δ
s
m
=
m
=
25 m
4×
(
-
1)
【
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
υ
A
=
υ
B
,得
t
1
=
5 s
.
A、
B
间
距
离
的
最
大
值
数值
上
等
于
Δ
Oυ
A
P
的
面< br>积
,
即
1
Δ
s
m
=
×5×10 m=
25 m
.
2
【
答案
】
25 m
【
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
2
2
2< br>2
2
2
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.
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< br>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
t
0
)的速度为
v
,第一段时间间隔内行驶
的路程为s
1
,加速度为
a
,在第二段时间间隔内行驶的路程为
s
2
,由运动学公式有,
v=a t
0
①
1
2
s
1
=
a t
0
②
2
1
2
s
2
=v t
0
+
2a t
0
③
2
设汽车乙在时刻
t
0
的速度为
v
′,在第一、二段时间间隔内行驶的路程分别为
s
1′、
s
2
′,
同理有,
v′=
2a t
0
④
1
2
s
1
′=
2a t
0
⑤
2
1
2
s
2
′=v′ t
0
+
a t
0
⑥
2设甲、乙两车行驶的总路程分别为
s
、
s
′,则有
s= s
1
+
s
2
⑦
s′= s
1
′+
s
2
′
⑧
联立以上各式解得,甲、乙两车各自行驶路程之比为
s
5
=
s′
7
5
答案:
7
【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
v
0
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
v
0
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
v
0
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
v
0
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
v
0
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
v
0
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
a
1
的匀加速直线运动,
乙在后做初速度为
υ
0
,
加速度为
a
2
的匀加速直线运动,
则
(
)
A
.若
a
1
=
a
2
,则两物体可能相遇一次
B
.若
a
1
>
a
2
,则两物体可能相遇二次
C
.若
a
1<
a
2
,则两物体可能相遇二次
D
.若
a< br>1
>
a
2
,则两物体也可相遇一次或不相遇
1
2
1
2
【
解析
】
设乙追上甲 的时间为
t
,追上时它们的位移有
υ
0
t
+
a2
t
-
a
2
t
=
s
22
上式化简得:
(
a
1
-
a
2
)t
-
2
υ
0
t
+
2
s
=0
2
υ
0
±
4
υ
0
-
8< br>s
(
a
1
-
a
2
)
解得:
t
=
2(
a
1
-
a
2
)
(1)
当
a
1
>
a
2
时,差别式“△”的值由< br>υ
0
、
a
1
、
a
2
、
s< br>共同决定,且
△<
2
υ
0
,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
υ
0
±
4
υ
0-
8
s
(
a
2
-
a
1
)(
2
)当
a
1
<
a
2
时,
t
的表达式可表示为
t
=
2(
a
2
-a
1
)
显然,△一定大于零.且
△>
2
υ
0< br>,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
a
1=
a
2
时,解一元一次方程得
t
=
s
/
υ
0
,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。
拓展
A、
B
两棒均长
1
m,
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
20
m,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
v
0< br>=20
m
/
s的初速度竖直上抛,若空气阻力可忽略不计
2
,且
g
=10m/s
,试求:
(
1
)
A
、
B
两棒出发后何时相遇?
< br>(
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< br>A
棒作速度为
v
0
的匀速运动。
则
A
、
B
两棒从启动至相遇需时间
t
1
L
20
s
1
s
v
0
20
2
2
2
当
A
、
B
两棒相遇后,交错而过需时间
t
2
2
l
2
s
0
.
1
s
v
0
20
A
l
=1
【
答案
】
(1) 1
s
(2) 0.1
s
L=20
B
l
=1
图
1-5-3
< br>【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< br>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
x
1
,货车
B
在这段时间内的位移为
x
2< br>。
据
a
v
v
0
得车 的加速度
a
=-0.5m/s
t
又
x
1
v
0
t
1
at
2
得
2
x
1
20
40
< br>1
(
0
.
5
)
40
2
400
m
2
x
2
v
2
t
6
40
240
m
x
2
=
v
2
t
=6×40=240(
m< br>)
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。
【正解 】
如图
1
-
5
汽车
A
以
v
0=20m/s
的初速做匀减速直线运动经
40s
停下来。据加速度公
2< br>式可求出
a
=-0.5m/s
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
v
2
v
0
2
2
ax
可求出
A
车减为与
B
车同速时的位移
x
1
v
2
v
2
0
2
a
400
36
m
364
m
2
0
.
5
图
1-5-4
此时 间
t
内
B
车的位移速
s
2
,
则
t
x
2
v
2
t
6
28
m
168
m
v
2
v
0
a
△
x
=
364-168
=
196
>
180
(
m
)
所以两车相撞。
【点悟】
分析
追击问题应把 两物体的位置关系图画好。如图
1-5-4
,通过
此图理解物理情景。
本题也 可以借图像帮助理解,
如图
1-5-5
所示,
阴影区是
A
车 比
B
车多
通过的最多距离,
这段距离若能大于两车初始时刻的距离则两车必相 撞。
小于、
等于则不相
撞。
从图中也可以看出
A
车速度成为 零时,
不是
A
车比
B
车多走距离最多的时刻,
因此不能作为临界条件分析。
【实战演练
1
】
(2011
·长 沙模拟
)
在平直公路上,自行车与同方向行驶的一辆汽车在
t=0
时
同时经过某一个路标,它们的位移随时间变化的规律为:汽车
x=10t-t
2
,自行 车
x=5t
,
(x
的单位为
m
,
t
的单位 为
s)
,则下列说法
正确的是
( )
A.
汽车做匀加速直线运动,自行车做匀速直线运动
B.
经过路标后的较短时间内自行车在前,汽车在后
C.
在
t=2.5 s
时,自行车和汽车相距最远
D.
当两者再次同时经过同一位置时,它们距路标
12.5 m
【答案】选
C.
【详解】由汽车和自行车位移随时间变化的规律知,汽车做匀减速运 动,
v
0
=10 m/s
,
a=-2
m/s
2
,自行车做匀速直线运动,
v=5 m/s
,故
A
、
B
错误
.
当汽车速度和自行车速度相等时,
相距最远.
根据
v=v
0
+at
,
t=2.5 s
,< br>C
正确
.
当两车位移相等时再次经过同一位置
,
故
1 0t
′
-t
′
2
=5t
′
,
解得
t
′
=5 s,
x=25 m
,故
D
错误
. < br>【实战演练
2
】(2011·东北三校联考
)
从同一地点同时开始沿同 一直线运动的两个物体Ⅰ、
Ⅱ的速度—时间图象如图所示.在
0
~
t
2
时间内,下列说法中正确的是
(
)
A
.Ⅰ物体所受的合外力不断增大,Ⅱ物体所受的合外力不断减小
B
.在第一次相遇之前,
t
1
时刻两物体相距最远
C
.
t
2
时刻两物体相遇
D
.Ⅰ、Ⅱ两个物体的平均速度大小都是
【答案】
B
【详解】速度
—
时间图象中Ⅰ物体的斜率逐渐减小,即Ⅰ物体的加速度逐渐减小,所以
Ⅰ物体所受合 外力不断减小,
A
错误;在
0
~
t
1
时间内,Ⅱ物 体的速度始终大于Ⅰ物体的速
度,所以两物体间距离不断增大,当两物体速度相等时,两物体相距最远,
B
正确;在速度
—
时间图象中图线与坐标轴所围面积表示位移,故到
t
2
时刻,Ⅰ物体速度图线所围面积大于
Ⅱ物体速度图线所围面积,两物体平均速度不 可能相同,
C
、
D
错误.
v
1
+
v
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