“追及、相遇”问题的解题策略
陈志伟
一、抓住“一个条件,两个关系”.
“一个条件”是:两物体速度相等,追者和被迫者速度相等是能否追上、两者间的距离有极值、能否避免碰撞的临界条件.因此,利用速度相等求出时间,往往是解决追及、相遇问题的突破口.
“两个关系”是:时间关系和位移关系.时间关系是指两物体运动时间是否相等,两物体是同时运动还是一先一后等;而位移关系是指两物体同地运动还是一前一后运动等,其中通过画运动示意图找到两个物体间的位移关系是解题的关键.
例1 A、B两列火车在同一轨道上同向行驶,A车在前,其速度为vA=10m/s,B车在后,其速度为vA=30m/s.因大雾能见度低,B车在距A车700m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但要经过1800m,B车才能停下.问A车若按原速度前进,两车是否会相撞?说明理由.
解析 首先,根据题意,B车刹车过程中的加速度大小为根据两车的运动情况,如果不发生碰撞,那么,两车之间最小的距离应该出现在“速度相等”这一时刻,而如果此时不碰撞,那么接下来两车之间的距离将要变大,也就不会再碰撞了.利用“速度相等”,可以求出B车减速至A车的速度所用时间为:
可见,通过“速度相等”这个临界条件求出时间再进行相关计算还是比较方便的,而教学中发现,有的学生受某些参考书的影响,喜欢先列出两者位移关系的方程,然后用数学方法进行处理,通过求解位移方程(关于t的一元二次方程)、计算根的判别式或配方等途径来判断是否发生碰撞、求距离的极值等.虽然这也是追及、相遇问题的一种解法,但这样做往往会陷入复杂运算的“泥潭”.而且,纯粹从数学角度分析,也少了一点物理的“味道”,相比之下,还是把追及、相遇问题看作是一个“物理模型”来求解更加清楚简便.
二、注意“停车”陷阱.
若被追赶的物体做匀减速运动,则一定要注意判断,追上前该物体是否已经停止运动.如果直接根据位移关系列出方程求解,则极有可能得到一个错误的结果,而且是一个“不易察觉”的错误结果.
例2甲车以10m/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0.5m/s2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.
解析 (1)利用“速度相等”,即当甲车速度减至等于乙车速度时两车的距离最大,经历的时间为
(2)作业中大量学生这样解答:追上时有
,看似毫无差错,实则已掉人“停车”陷阱.导致误解的原因是被追的甲车在做减速运动,必须先判断它的停车时间:
三、巧用“速度一时间”图象.
例3 A、B两列火车,在同一轨道上同向行驶,A车在前,其速度VA=10m/s,B车在后,速度Vb= 30m/s,因大雾能见度很低,B车在距a车
时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但B车要经过180m才能够停止.问:(1)B车刹车时的加速度是多大? (2)若B车刹车时A车仍按原速前进,两车是否相撞?若会相撞,将在B车刹车后何时?若不会相撞,则两车最近距离是多少?(3)若B车在刹车的同时发出信号,A车司机经过
收到信号后加速前进,则A车的加速度至少多大才能避免相撞?
解析 本题的第(1)问与第(2)问中判断是否相撞,与例1情况相似,不再赘述.B车刹车时加速度大小为aVB=2.5m/s2,且两车会相撞.设经时间t两车相撞,则利用“位移关系”,有
第(3)问的常规解法是:设A车的加速度为
若采用“图象法”,则计算要容易很多.如图1所示,按照题目已知条件作出“速度一时间”图象.B车经过
4s,速度减小为20m/s,设从此时起到两车速度相等经历的时间为
速度图象,既能直观地反映两车的运动过程,又大大减少了计算量.
例4 高速公路上甲、乙两车在同一车道上同向行驶,甲车在前,乙车在后,速度均为v0=30m/s,距离s0=100 m,t=0时刻甲车遇紧急情况后,甲、乙两车的加速度随时间变化的图象如图2甲、乙所示,取运动方向为正方向.通过计算说明两车在0-9s内会不会相撞?
解析 由“加速度一时间”图象可画出两车的速度图象如图3所示.由图象可知,t=6 s时两车等速,此时两车距离最近.图中阴影部分面积为0-6s内两车位移之差,即
一、抓住“一个条件,两个关系”.
“一个条件”是:两物体速度相等,追者和被迫者速度相等是能否追上、两者间的距离有极值、能否避免碰撞的临界条件.因此,利用速度相等求出时间,往往是解决追及、相遇问题的突破口.
“两个关系”是:时间关系和位移关系.时间关系是指两物体运动时间是否相等,两物体是同时运动还是一先一后等;而位移关系是指两物体同地运动还是一前一后运动等,其中通过画运动示意图找到两个物体间的位移关系是解题的关键.
例1 A、B两列火车在同一轨道上同向行驶,A车在前,其速度为vA=10m/s,B车在后,其速度为vA=30m/s.因大雾能见度低,B车在距A车700m时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但要经过1800m,B车才能停下.问A车若按原速度前进,两车是否会相撞?说明理由.
解析 首先,根据题意,B车刹车过程中的加速度大小为根据两车的运动情况,如果不发生碰撞,那么,两车之间最小的距离应该出现在“速度相等”这一时刻,而如果此时不碰撞,那么接下来两车之间的距离将要变大,也就不会再碰撞了.利用“速度相等”,可以求出B车减速至A车的速度所用时间为:
可见,通过“速度相等”这个临界条件求出时间再进行相关计算还是比较方便的,而教学中发现,有的学生受某些参考书的影响,喜欢先列出两者位移关系的方程,然后用数学方法进行处理,通过求解位移方程(关于t的一元二次方程)、计算根的判别式或配方等途径来判断是否发生碰撞、求距离的极值等.虽然这也是追及、相遇问题的一种解法,但这样做往往会陷入复杂运算的“泥潭”.而且,纯粹从数学角度分析,也少了一点物理的“味道”,相比之下,还是把追及、相遇问题看作是一个“物理模型”来求解更加清楚简便.
二、注意“停车”陷阱.
若被追赶的物体做匀减速运动,则一定要注意判断,追上前该物体是否已经停止运动.如果直接根据位移关系列出方程求解,则极有可能得到一个错误的结果,而且是一个“不易察觉”的错误结果.
例2甲车以10m/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0.5m/s2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.
解析 (1)利用“速度相等”,即当甲车速度减至等于乙车速度时两车的距离最大,经历的时间为
(2)作业中大量学生这样解答:追上时有
,看似毫无差错,实则已掉人“停车”陷阱.导致误解的原因是被追的甲车在做减速运动,必须先判断它的停车时间:
三、巧用“速度一时间”图象.
例3 A、B两列火车,在同一轨道上同向行驶,A车在前,其速度VA=10m/s,B车在后,速度Vb= 30m/s,因大雾能见度很低,B车在距a车
时才发现前方有A车,这时B车立即刹车,但B车要经过180m才能够停止.问:(1)B车刹车时的加速度是多大? (2)若B车刹车时A车仍按原速前进,两车是否相撞?若会相撞,将在B车刹车后何时?若不会相撞,则两车最近距离是多少?(3)若B车在刹车的同时发出信号,A车司机经过
收到信号后加速前进,则A车的加速度至少多大才能避免相撞?
解析 本题的第(1)问与第(2)问中判断是否相撞,与例1情况相似,不再赘述.B车刹车时加速度大小为aVB=2.5m/s2,且两车会相撞.设经时间t两车相撞,则利用“位移关系”,有
第(3)问的常规解法是:设A车的加速度为
若采用“图象法”,则计算要容易很多.如图1所示,按照题目已知条件作出“速度一时间”图象.B车经过
4s,速度减小为20m/s,设从此时起到两车速度相等经历的时间为
速度图象,既能直观地反映两车的运动过程,又大大减少了计算量.
例4 高速公路上甲、乙两车在同一车道上同向行驶,甲车在前,乙车在后,速度均为v0=30m/s,距离s0=100 m,t=0时刻甲车遇紧急情况后,甲、乙两车的加速度随时间变化的图象如图2甲、乙所示,取运动方向为正方向.通过计算说明两车在0-9s内会不会相撞?
解析 由“加速度一时间”图象可画出两车的速度图象如图3所示.由图象可知,t=6 s时两车等速,此时两车距离最近.图中阴影部分面积为0-6s内两车位移之差,即