(1)追及的特點:兩個物體在同一時刻到達同一位置。
(2)追及問題滿足的兩個關(guān)系(這是數(shù)學關(guān)系,與物理知識沒關(guān)系。)
①時間關(guān)系:從后面的物體追趕開始,到追上前面的物體時,兩物體經(jīng)歷的時間相等。
②位移關(guān)系:x2=x0+x1,其中x0為開始追趕時兩物體之間的距離,x1表示前面被追趕物體的位移,x2表示后面追趕物體的位移。
(3)臨界條件:當兩個物體的速度相等時,可能出現(xiàn)恰好追上、恰好避免相撞、相距最遠、相距最近等情況,即出現(xiàn)上述四種情況的臨界條件為v1=v2。
二、相遇問題
(1)特點:在同一時刻兩物體處于同一位置。
(2)條件:同向運動的物體追上即相遇;相向運動的物體,各自發(fā)生的位移的絕對值之和等于開始時兩物體之間的距離時即相遇。
(3)臨界狀態(tài):避免相碰撞的臨界狀態(tài)是兩個物體處于相同的位置時,兩者的相對速度為零。
三、分析追及問題的注意點
(1)追及物體與被追及物體的速度恰好相等是臨界條件,往往是解決問題的重要條件。
(2)若被追趕的物體做勻減速運動,一定要注意追上前該物體是否已經(jīng)停止運動。
(3)仔細審題,充分挖掘題目中的隱含條件,同時注意v-t圖像的應(yīng)用。
四、追及、相遇問題的解題步驟
(1)根據(jù)對兩物體運動過程的分析,畫出物體的運動示意圖。
(2)根據(jù)兩物體的運動性質(zhì),分別列出兩個物體的位移方程。注意要將兩物體運動時間的關(guān)系反映在方程中。
(3)由運動示意圖找出兩物體位移間關(guān)聯(lián)方程。
(4)聯(lián)立方程求解,并對結(jié)果進行簡單分析。
例題:一輛汽車在十字路口等候綠燈,當綠燈亮時汽車以a=3 m/s2的加速度開始行駛,恰在這一時刻一輛自行車以v自=6 m/s的速度勻速駛來,從旁邊超過汽車。試求:
(1)汽車從路口開動后,在追上自行車之前經(jīng)過多長時間兩車相距最遠?此時距離是多少?
(2)什么時候汽車追上自行車?此時汽車的速度是多少?
[思路點撥]
(1)在追上自行車之前兩車相距最遠時,兩車速度滿足什么關(guān)系?
提示:v汽=v自
(2)當汽車追上自行車時,兩車的位移、運動時間滿足什么關(guān)系?
提示:兩車的位移、運動時間均相等。
解析:(1)解法一:汽車與自行車的速度相等時相距最遠,設(shè)此時經(jīng)過的時間為t1,汽車的速度為v1,兩車間的距離為Δx,則有v1=at1=v自
所以t1=eq \f(v自,a)=2 s
Δx=v自t1-eq \f(1,2)ateq \\al(2,1)=6 m。
解法二:自行車和汽車的v-t圖像如圖所示。由圖可以看出,在相遇前,t1時刻兩車速度相等,兩車相距最遠,此時的距離為陰影三角形的面積,所以有
t1=eq \f(v1,a)=eq \f(6,3) s=2 s
Δx=eq \f(v1t1,2)=eq \f(6×2,2) m=6 m。
(2)當兩車位移相等時,汽車追上自行車,設(shè)此時經(jīng)過的時間為t2,則有v自t2=eq \f(1,2)ateq \\al( 2,2)
解得t2=eq \f(2v自,a)=eq \f(2×6,3) s=4 s
此時汽車的速度v2=at2=12 m/s。
答案:(1)2 s 6 m (2)4 s 12 m/s
同步練習
1.甲、乙兩車在公路上沿同一方向做直線運動,它們的v-t圖像如圖1所示。兩圖像在t=t1時相交于P點,P在橫軸上的投影為Q,△OPQ的面積為s。在t=0時刻,乙車在甲車前面,相距為d。已知此后兩車相遇兩次,且第一次相遇的時刻為t′,則下面四組t′和d的組合可能的是( )
圖1
A.t′=t1,d=s B.t′=eq \f(1,2)t1,d=eq \f(1,4)s
C.t′=eq \f(1,2)t1,d=eq \f(1,2)s D.t′=eq \f(1,2)t1,d=eq \f(3,4)s
解析:選D 甲做勻速運動,乙做勻加速運動,速度越來越大,甲、乙同時異地運動,當t=t1時,乙的位移為s,甲的位移為2s且v甲=v乙,若兩者第一次相遇在t′=t1時,則d+s=2s可得d=s。不過不會出現(xiàn)第二次相遇,所以A錯誤。若兩者第一次相遇在t′=eq \f(1,2)t1時,則乙的位移為eq \f(1,4)s,甲的位移為s,由d+eq \f(1,4)s=s可得d=eq \f(3,4)s,所以D正確,B、C錯誤。
2.甲、乙兩輛汽車在平直的公路上沿同一方向做直線運動,t=0時刻同時經(jīng)過公路旁的同一個路標,在描述兩車運動的v-t圖像中(如圖2所示),直線a、b分別描述了甲、乙兩車在0~20 s的運動情況,關(guān)于兩輛車之間的位置關(guān)系,下列說法正確的是( )
圖2
A.在0~10 s內(nèi)兩車逐漸靠近
B.在10~20 s內(nèi)兩車逐漸遠離
C.在5~15 s內(nèi)兩車的位移相等
D.在t=10 s時兩車在公路上相遇
解析:選C 由v-t圖像知,0~10 s內(nèi),v乙>v甲,兩車逐漸遠離,10~20 s內(nèi),v乙<v甲,兩車逐漸靠近,故A、B均錯。v-t圖線與時間軸所圍的面積表示位移,5~15 s內(nèi),兩圖線與t軸包圍的面積相等,故兩車的位移相等,故C對。在t=10 s時,兩車的位移不相等,說明兩車不相遇,故D錯。
3.甲、乙兩車在一平直道路上同向運動,其v-t圖像如圖3所示,圖中△OPQ和△OQT的面積分別為x1和x2(x2>x1)。初始時,甲車在乙車前方x0處( )
圖3
A.若x0=x1+x2,兩車不會相遇
B.若x0

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