高中物理 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的研究——追及問題

在初中學(xué)習(xí)的過程中,經(jīng)常要解決相遇與追及問題。相遇問題就是兩個(gè)物體相向運(yùn)動(dòng),追及問題就是兩個(gè)物體同向運(yùn)動(dòng),并在相同的時(shí)間到達(dá)相同的空間位置。在初中階段,物體的運(yùn)動(dòng)都是簡單的勻速直線運(yùn)動(dòng),在高中階段,物體會(huì)具有加速度,做變速運(yùn)動(dòng),會(huì)使得運(yùn)動(dòng)變得復(fù)雜;通常還會(huì)問到,什么時(shí)候兩物體距離最近?什么時(shí)候兩物體距離最遠(yuǎn)?
看一個(gè)例題:有甲乙兩輛汽車,乙車從圖中位置以速度10m/s做勻速直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)甲車在乙車左側(cè)12m的A點(diǎn),以的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。那么在甲車追上乙車之前,它們之間的最大距離是多少?甲車追上乙車所用的時(shí)間是多少?此時(shí)甲車的位移是多少?

分析:乙在前面做勻速直線運(yùn)動(dòng),甲在后面做勻加速直線運(yùn)動(dòng),開始的時(shí)候甲車的速度小于乙車的速度,兩者的距離在拉大,直到后來甲車速度大于乙車速度之后,兩者的距離就開始減小了,所以當(dāng)甲乙兩車速度相等的時(shí)候距離最遠(yuǎn)。
解:已知甲車加速度為,乙車速度
,假設(shè)經(jīng)過時(shí)間
后甲乙兩車速度相同,此時(shí)有
,甲車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)有
,帶入數(shù)據(jù)得
,即甲車追上乙車之前,經(jīng)過2.5s兩者距離最遠(yuǎn)。

乙車的位移就是BD段,甲車的位移就是AC段,一開始甲乙兩車的位移是AB段,用乙車的位移BD加上AB,再減去甲車的位移AC就是兩者之間的最大距離,即。
乙做勻速直線運(yùn)動(dòng),位移
甲做勻加速直線運(yùn)動(dòng),位移
,將這些帶入上式得最大距離
,即甲車追上乙車之前兩者最大的距離為24.5m。
假設(shè)甲車追上乙車所用時(shí)間為,此時(shí)甲車的位移就是AD段,乙車的位移就是BD段,它們的差就是原來的間距AB,即
。

甲做勻加速直線運(yùn)動(dòng),位移,乙做勻速直線運(yùn)動(dòng),位移
,
,將這些數(shù)據(jù)帶入上式得
,
整理得,解得
,即經(jīng)過6s甲車追上乙車。
此時(shí)甲的位移
甲車追上乙車時(shí)的位移為72m。
總結(jié)
不管是相遇問題還是追及問題,首先畫出物體運(yùn)動(dòng)位移的關(guān)系圖,然后理清楚物體運(yùn)動(dòng)的位移、速度和時(shí)間的關(guān)系,列出關(guān)系式進(jìn)行求解。兩者速度相同時(shí),一般就是兩者間距最大或者最小的臨界點(diǎn),也是分析判斷的切入點(diǎn)。