【物理】2018届一轮复习人教版一运动学图象追及相遇问题学案

【物理】2018届一轮复习人教版一运动学图象追及相遇问题学案

专题一 运动学图象 追及相遇问题 ‎【专题解读】‎ ‎1.本专题是匀变速直线运动规律和运动学图象的综合应用，为高考必考内容，以选择题形式命题．‎ ‎2．学好本专题，可以提高同学们通过画运动情景示意图和v－t图象分析和解决运动学问题的能力．‎ ‎3．用到的知识有：x－t图象和v－t图象的理解，匀变速直线运动的规律，临界条件的确定，极值思想等数学方法．‎ 考向一　运动学图象的理解和应用 ‎1．x－t图象 ‎(1)物理意义：反映了物体做直线运动的位移随时间变化的规律．‎ ‎(2)斜率意义 ‎①图线上某点切线的斜率的大小表示物体速度的大小．‎ ‎②切线斜率的正负表示物体速度的方向．‎ ‎2．v－t图象 ‎(1)物理意义：反映了做直线运动的物体的速度随时间变化的规律．‎ ‎(2)斜率意义 ‎①图线上某点切线的斜率的大小表示物体加速度的大小．‎ ‎②图线上某点切线的斜率的正负表示物体加速度的方向．‎ ‎(3)面积意义 ‎①图线与时间轴围成的面积表示相应时间内的位移大小．‎ ‎②此面积在时间轴的上方，表示这段时间内的位移方向为正方向；若此面积在时间轴的下方，表示这段时间内的位移方向为负方向．‎ ‎3．对两种图象的理解 ‎(1)x－t图象、v－t图象都不是物体运动的轨迹，图象中各点的坐标值x、v与t一一对应．‎ ‎(2)x－t图象、v－t图象的形状由x与t、v与t的函数关系决定．‎ ‎(3)无论是x－t图象还是v－t图象，所描述的运动都是直线运动．‎ ‎【例1】如图1所示为甲、乙两质点做直线运动的速度－时间图象，则下列说法中正确的是(　　)‎ 图1‎ A．在0～t3时间内甲、乙两质点的平均速度相等 B．甲质点在0～t1时间内的加速度与乙质点在t2～t3时间内的加速度相同 C．甲质点在0～t1时间内的平均速度小于乙质点在0～t2时间内的平均速度 D．在t3时刻，甲、乙两质点都回到了出发点 ‎【答案】　A ‎【例2】甲、乙两车在同一条直道上行驶，它们运动的位移x随时间t变化的关系如图2所示．已知乙车做匀变速直线运动，其图线与t轴相切于10 s处．则下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A．甲车的初速度为零 B．乙车的初位置在x0＝‎60 m处 C．乙车的加速度大小为‎1.6 m/s2‎ D．5 s时两车相遇，此时甲车速度较大 ‎【答案】　C ‎【解析】　由图可知甲车做匀速直线运动，速度v甲＝＝ m/s＝‎4 m/s.故A错；由图可知乙车做匀减速直线运动，可看做是反方向的匀加速直线运动，则有x＝at2‎ ‎，由图可知，当其反向运动5 s时，位移为‎20 m．则有20＝a·52，得加速度大小a＝‎1.6 m/s2.因其共运动了10 s，可得x0＝×1.6×‎102 m＝‎80 m．C对，B错．t＝5 s时，两车相遇，但甲车速度v甲＝‎4 m/s小于乙车速度v乙＝‎8 m/s，D错．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 跟踪演练 ‎1．(多选)国际海事局在‎2016年2月2日发布报告说，2015年索马里海域未发生任何海盗袭击事件，IHS分析报告得知，由于非洲之角地区(索马里、埃塞俄比亚)国内政治局势持续恶化，今年航行于索马里附近海域的船舶面临海盗威胁的风险将增高．假设亚丁湾索马里海盗的几艘快艇试图靠近劫持一艘被护航编队保护的商船，护航队员发射爆震弹成功将其驱逐．其中一艘海盗快艇在海面上的速度—时间图象如图3所示，则下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A．海盗快艇在0～66 s内从静止出发做加速度增大的加速运动 B．海盗快艇在96 s末开始调头逃离 C．海盗快艇在66～96 s内运动了‎225 m D．海盗快艇在96～116 s内做匀减速运动 ‎【答案】　BC ‎2．a、b、c三个物体在同一条直线上运动，三个物体的x－t图象如图4所示，图象c是一条抛物线，坐标原点是抛物线的顶点，下列说法中正确的是(　　)‎ 图4‎ A．a、b两物体都做匀速直线运动，两个物体的速度相同 B．a、b两物体都做匀变速直线运动，两个物体的加速度大小相等，方向相反 C．在0～5 s内，当t＝5 s时，a、b两个物体相距最近 D．物体c一定做变速直线运动 ‎【答案】　D 考向二　追及相遇问题 ‎1．追及相遇问题中的一个条件和两个关系 ‎(1)一个条件：即两者速度相等，它往往是物体间能否追上或两者距离最大、最小的临界条件，也是分析判断的切入点．‎ ‎(2)两个关系：即时间关系和位移关系，这两个关系可通过画过程示意图得到．‎ ‎2．追及相遇问题的两种典型情况 假设物体A追物体B，开始时，两个物体相距x0，有两种典型情况：‎ ‎(1)一定能追上，如做匀加速运动的物体A追匀速运动的物体B，当vA＝vB时，二者相距最远．‎ ‎(2)不一定能追上，如匀减速运动的物体A追匀速运动的物体B，当vA＝vB时，‎ ‎①若已超越则相遇两次．‎ ‎②若恰好追上，则相遇一次．‎ ‎③若没追上，则无法相遇．‎ ‎【例3】在一条平直的公路上，甲车在前以‎54 km/h的速度匀速行驶，乙车在后以‎90 km/h的速度同向行驶．某时刻两车司机同时听到前方有事故发生的警笛提示，同时开始刹车．已知甲、乙两车与路面的动摩擦因数分别是μ1＝0.05和μ2＝0.1，g取‎10 m/s2.请问：‎ ‎(1)若两车恰好不相碰，则两车相碰前刹车所用时间是多少？‎ ‎(2)若想避免事故发生，开始刹车时两辆车的最小间距是多少？‎ 分析①同时开始刹车；②两车恰好不相碰；③开始刹车时两辆车的最小间距．‎ ‎【答案】　(1)20 s　(2)‎‎100 m 追及相遇问题的类型及解题技巧 ‎1．相遇问题的类型 ‎(1)同向运动的两物体追及即相遇，各自位移之差等于开始时两物体之间的距离．‎ ‎(2)相向运动的物体，当各自发生的位移大小之和等于开始时两物体间的距离时即相遇．‎ ‎2．解题技巧 分析时要紧抓“两个图三个关系式”，即：过程示意图和v－t图象，速度关系式、时间关系式和位移关系式．同时要关注题目中的关键字眼，充分挖掘题目中的隐含条件，如“刚好”“恰好”“最多”“至少”等．‎ 跟踪演练 ‎3．甲、乙两车在同一直线轨道上同向行驶，甲车在前，速度为v1＝‎8 m/s，乙车在后，速度为v2＝‎16 m/s，当两车相距x0＝‎8 m时，甲车因故开始刹车，加速度大小为a1＝‎2 m/s2，为避免相撞，乙车立即开始刹车，则乙车的加速度至少为多大？‎ ‎【答案】　‎6 m/s2‎ ‎【解析】　方法一：临界法 两车速度相同均为v时，设所用时间为t，乙车的加速度为a2，则v1－a1t＝v2－a2t＝v，t ‎＝t－x0，解得t＝2 s，a2＝‎6 m/s2，即t＝2 s时，两车恰好未相撞，显然此后在停止运动前，甲的速度始终大于乙的速度，故可避免相撞．满足题意的条件为乙车的加速度至少为‎6 m/s2.‎ 方法二：函数法 甲、乙运动的位移：‎ x甲＝v1t－a1t2，x乙＝v2t－a2t2‎ 避免相撞的条件为x乙－x甲0‎ 代入数据有(a2－2)t2－16t＋16>0‎ 不等式成立的条件是：Δ＝162－4×16(a2－2)<0，且a2－2>0‎ 解得a2>‎6 m/s2.‎ ‎4．甲、乙两车在平直公路上比赛，某一时刻，乙车在甲车前方L1＝‎11 m处，乙车速度v乙＝‎60 m/s，甲车速度v甲＝‎50 m/s，此时乙车离终点尚有L2＝‎600 m，如图5所示．若甲车加速运动，加速度a＝‎2 m/s2，乙车速度不变，不计车长．求：‎ 图5‎ ‎(1)经过多长时间甲、乙两车间距离最大，最大距离是多少？‎ ‎(2)到达终点时甲车能否超过乙车？‎ ‎【答案】　(1)5 s　‎36 m　(2)不能 将x甲′、x乙′代入位移关系，得 v甲t2＋at22＝v乙t2＋L1‎ 考向三　应用图象分析运动问题 应用图象解决物理问题有四种情况：‎ ‎(1)根据题目所给运动图象分析物理问题；‎ ‎(2)根据题意自己画出运动图象并解决问题；‎ ‎(3)对题目中所给图象进行必要的转化，然后根据转化后的运动图象分析问题．例如，题目中给定的是F－t图象，则可转化为a－t图象，再转化为v－t图象．‎ ‎(4)分析追及相遇问题 ‎①若用位移图象求解，分别作出两个物体的位移图象，如果两个物体的位移图象相交，则说明两物体相遇．‎ ‎②若用速度图象求解，则注意比较速度图线与时间轴包围的面积．‎ ‎【例4】　(多选)甲、乙两车在平直公路上同向行驶，其v－t图象如图6所示．已知两车在t ‎＝3 s时并排行驶，则(　　)‎ A．在t＝1 s时，甲车在乙车后 B．在t＝0时，甲车在乙车前‎7.5 m C．两车另一次并排行驶的时刻是t＝2 s D．甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为‎40 m ‎【答案】　BD ‎【解析】　由题中v－t图象得a甲＝‎10 m/s2，a乙＝‎5 m/s2，两车在t＝3 s时并排行驶，此时x甲＝a甲t2＝×10×‎32 m＝‎45 m，x乙＝v0t＋a乙t2＝10×‎3 m＋×5×‎32 m＝‎52.5 m，所以t＝0时甲车在前，距乙车的距离为L＝x乙－x甲＝‎7.5 m，B项正确．t＝1 s时，x甲′＝a甲t′2＝‎5 m，x乙′＝v0t′＋a乙t′2＝‎12.5 m，此时x乙′＝x甲′＋L＝‎12.5 m，所以另一次并排行驶的时刻为t＝1 s，故A、C项错误；两次并排行驶的位置沿公路方向相距L′＝x乙－x乙′＝‎40 m，故D项正确．‎ ‎【例5】　(2016·江苏单科·5)小球从一定高度处由静止下落，与地面碰撞后回到原高度再次下落，重复上述运动，取小球的落地点为原点建立坐标系，竖直向上为正方向．下列速度v和位置x的关系图象中，能描述该过程的是(　　)‎ ‎【答案】　A 运动学图象问题的分析技巧 ‎1．抓住速度图象是速度随时间的变化规律，是物理公式的函数表现形式，分析问题时要做到数学与物理的有机结合，数学为物理所用．‎ ‎2．在速度图象中，纵轴截距表示初速度，斜率表示加速度，图象与坐标轴围成的“面积”表示位移，抓住以上特征，灵活分析．‎ 跟踪演练 ‎5．(多选)甲、乙两车在一平直道路上同向运动，其v－t图象如图7所示，图中△PQR和△MNR的面积分别为s1和s2(s1>s2)．初始时，甲车在乙车前方s0处．则(　　)‎ 图7‎ A．若s0＝s1＋s2，两车一定不会相遇 B．若s0v1.从小物块滑上传送带开始计时，其v－t图象可能的是(　　)‎ 图8‎ ‎【答案】　ABC ‎【解析】　物块从右端滑上传送带，可以先匀减速运动到速度为0再反向加速后匀速，也可以一直减速，分情况进行讨论即可解题．小物块从右端滑上传送带后一直做匀减速运动，到达左端后速度还没有减为零，离开传送带后在光滑水平地面上做匀速运动，故A正确；小物块从右端滑上传送带后先做匀减速运动，速度减为零后反向做匀加速运动，当速度等于传送带速度v1后匀速运动，故B正确；小物块从右端滑上传送带后一直做匀减速运动，到达左端时速度恰好为零，故C正确；物块做匀减速运动速度达到零后不能一直匀加速下去，反向加速后，速度等于传送带速度v1后匀速运动，故D错误．‎ ‎7．兰渝铁路的开通，为广大市民的生活、工作带来极大的方便．现简化动车运行物理模型，假设在南充站停靠的动车在停靠南充站前以速度v0＝‎234 km/h做匀速直线运动，经停该站的动车先做匀减速直线运动，在该站短暂停留后，做匀加速直线运动出站，当速度达到v0＝‎234 km/h时又开始做匀速直线运动，全过程的v－t图象如图9所示．求：‎ 图9(1)动车离开南充站时的加速度大小；‎ ‎(2)动车停靠南充站比不停靠该站运行多经历的时间．‎ ‎【答案】　(1)‎5 m/s2　(2)136.5 s 用“等效法”处理追及相遇问题　‎ 一、将“非同一地点出发”等效为“同一地点出发”‎ 在运动学问题中，与物体的位移相关的问题是比较多的，特别是两个物体运动的起点并不在同一位置时位移的比较问题，在各类考试中比较常见，对于此类问题，可作一定的等效处理，视为从同一点开始的运动，这样比较起来就方便多了．‎ ‎【例1】　两辆完全相同的汽车A、B，沿水平直路一前一后匀速行驶，速度均为v0，若前车A突然以恒定的加速度刹车，在它刚停住后，后车B以前车A刹车时的加速度开始刹车，已知前车A刹车过程中所行的距离为s，若要保证两辆车在上述过程中不相撞，则两车在匀速行驶时保持的距离至少应为(　　)‎ A．s B．2s C．3s D．4s ‎【答案】　B ‎【解析】　题设情形如图(a)所示，两车不相撞的临界条件是A、B两车在末位置处恰好接触，现针对所研究内容，等效为B、A从同一地点出发，A车以速度v0匀减速运动，B车先匀速运动后匀减速运动，如图(b)所示，图(b)中末位置A、B均停下来的间距即为图(a)中初位置B、A间的距离，继而可作出图(c)所示v－t图象，从图象中直接看出B比A多运动了2s.‎ 二、将“研究运动物体间位置变化”转化为“研究物体间的相对运动”‎ 转化问题的研究对象、过程、方法，都属于等效处理的范畴，合理地转化问题也是解题过程中化繁为简的有效手段之一．‎ ‎【例2】飞机处于2 ‎000 m高空匀速飞行，时隔1 s先后掉下两小球A、B，求两球在下落过程中彼此在竖直方向上相距最远的距离．(g取‎10 m/s2，空气阻力不计)‎ ‎【答案】　‎‎195 m