究竟是7s还是8s?

夏艳



追及问题是在指特定的情形下,两个物体在同一直线上运动时所涉及的追及、相遇、相撞问题.我们通常主要研究同向追及问题,其特征是两个运动物体同时不同地(或同地不同时)出发作同向运动,在一定时间之内,后面的追上前面的物体.常常可能涉及何时相遇或最大距离等问题.
其中有一类追及问题涉及到汽车做匀减速运动的情形,同学们在解这类与实际问题相联系的问题时,一定要注意加以分析,尤其是对汽车运动过程的分析,由于这类问题与理想的匀减速运动过程不同,在求解中很容易出现错误.
例题1 如图
在平直的公路上A、B两车都匀速向右运动,A的车速为vA=4m/s,B的车速vB=10m/s,当B车行驶到A车前s=7m时B车突然开始刹车,加速度大小a=2m/s2,从图示位置开始计时,经多少时间A车追上B车.
大部分同学通常是这样做的:设向右为
这种解法表面上看似乎没有问题,其实在解题过程存在一个很隐蔽的错误.那么到底错在哪儿呢?
同学们都知道,以前我们曾做过一道简单的汽车刹车问题:
某汽车以10m/s的速度在平直的公路上匀速向右行驶,突然发现前方有障碍开始刹车,加速度大小为2m/s2,求6s内该汽车的位移和6s末的速度.
对这个题目,大部分同学的思路如下:设向
在算出6s内汽车位移时绝大多数同学都没觉得没有什么问题,但当算出 6s末的速度是-2m/s时,同学才觉得不大对劲,因为生活中汽车刹车时不可能会再反向运动.所以,以上认为汽车一直以2m/s2的加速度运动的解题过程看似正确,但不符合生活实际.这时大部分人都意识到刹车的时间应该小于6s,正确的解法是先判断停下的时间是5 s,再将Ss代人运算,求得正确结果.
以上汽车匀减速运动问题给我们的启发:当所求时间小于汽车减速停下的时间t0时,可以直接以所求时间代人相关公式运算,当所求时间t大于减速停下的时间t0时应以t0代入公式运算.
此时我们再回过头来看例1的追及问题.因为B车匀减速运动并且是刹车,要先判断B是在被A追上之前已经停止,还是被A追上之后才停止的问题.所以针对这个问题,我们应该首先判断B停下来的时间,然追上,则要先计算在B停下来时A距B的距离,再计算追上的时间.
当然,我们还可以利用v-t图对此题进行分析,如图2所示.
汽车5s停下时,两车位移分别为对应的矩形面积和三角形面积,很显然B比4的位移大,且此前B已经在A前7m,故此后A要继续匀速,而B停止运动.最后可求得追上的总时间为8s.
通过以上题目我们知道如果被追及物体是刹车的汽车,则要先判断是在被追物体停下来之前还是之后追上,再根据具体情况进行运算.
但是甲同学的做法也有一定的合理性,当追及问题不是汽车做匀减速的,而是变为在外力作用下做匀减速的物体时,可能就是正确的.
例2 如图4.在同一光滑水平面上,A、B两物体均向右做匀速直线运动,A的速度为vA=4m/s,B的速度为vB=10m/s,当A在4前方7m时B突然受水平向左的恒力的作用,做加速度大小为a=2m/s2的匀减速,直到两物体相遇,则从图示位置开始计时,经多少时间A追上B.
此题乍一看与例1一样,但区别在于:此题中B虽然也做匀减速运动,但到速度为零时B并没有停止运动,而是在恒力的作用下继续往左匀加速运动.由例1和例2的v-t图我们也可以发现他们的不同(图3),例1中的B在Ss前的运动和5 s后的运动图象是分段的,所以不能用同一个规律去做,而例2中的B的运动是单一的匀变速直线运动,故可以用同一规律去解题.
由题意可得:
从以上两个例子中我们知道:追及问题,特别是匀速(或匀加速)运动的物体4追做减速运动的物体B,最终结果肯定能追得上,追上时也一定有位移关系
但根据这个关系解题时一定要特别注意:若被追及物体的减速属于汽车刹车问题,则必须先分析匀减速运动的物体B停止运动时A是否追赶上它;若被迫及物体的减速属于可逆向的匀变速,则直接可以运算.
所以,在追及问题中我们要先弄清条件和物理情景,确定模型,理清思路,然后确定位移关系与时间关系,再复杂的问题也能迎刃而解.
练习如图5,在平直的公路上A、B两车都匀速向右运动,A的车速为vA=4m/s,B的车速vB=10 m/s,当B行驶到4前s=7m时B车突然开始刹车,加速度大小aA=2m/s2,与此同时,A车突然加速,加速度大小为
,从图示位置开始计时,经多少时间A车追上B车.
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