以下是高一物理必修一中的追击问题的相关例题和解答:
例1:一辆汽车以速度v1向前行驶,当司机发现前方x处有一辆故障车时,他立即刹车,做匀减速直线运动,其加速度大小为a,试分析如何求两车能否追上,若能,追上前通过的位移关系。
解答:
1. 两车能否追上:
(1)当两车速度相等时,若前车的速度小于后车的速度,则两车距离越来越远,不能追上;若前车的速度大于后车的速度,则两车距离越来越近,有可能追上。
(2)若前车停止后,后车仍能追上前车,则前车的速度要小于后车的最小速度,才能追上。
2. 追上前通过的位移关系:
两车相遇时,两车的位移之和等于前车的位移加上后车的位移。即:
x前 = v1t - (1/2)at^2
x后 = at^2
例2:甲车在平直公路上以速度v匀速行驶,乙车突然从甲车前方x处开始做初速度为零的匀加速直线运动,加速度大小为a。求两车能否相遇?如果能相遇,求出相遇的时间和相遇处距离x的值;如果不能相遇,求出甲、乙两车之间的最小距离。
解答:
1. 两车能否相遇:
(1)当乙车速度达到v时,若两车还未相遇,则两车不能相遇。
(2)若两车速度相等时,两车距离最近,有可能相遇。
2. 相遇时间:
乙车的速度达到v时所需时间为t1 = v/a
相遇时乙车的位移为x乙 = (v/2)t1 = (v^2/2a)
甲车的位移为x甲 = vt
如果两车相遇,则有x甲 + x乙 = x
解得t = (v^2 + 2ax)/(2a)
3. 最小距离:
如果两车不能相遇,则两车之间的最小距离为xmin = x - x乙 = (v^2/2a) - (v^2/2a) = v^2/(2a)
通过以上例题和解答,我们可以了解到追击问题的基本思路和方法。在解决这类问题时,需要注意判断两车能否相遇、相遇的时间和位置以及最小距离等问题。同时,还需要根据题目中的条件和公式进行计算和分析。
追击问题例题
【例题】甲车在前以速度v匀速行驶,乙车在后以速度2v匀速行驶,两车在平直公路上同向行驶,当两车相距s时,甲车以加速度a开始做匀减速运动,恰好在甲车停止运动前追上乙车,则:
(1)如果甲车的初速度为v=5m/s,a=2m/s²,求a的值;
(2)如果甲车的初速度为v=10m/s,a=1m/s²,求a的值;
(3)如果甲车的初速度为v=15m/s,a=多少时才能在甲车停止前追上乙车?
【解析】
(1)甲车减速到零所需时间为:t = frac{v}{a} = frac{5}{2}s = 2.5s
此时甲车的位移为:x_{甲} = v_{甲}t + frac{1}{2}at^{2} = 5 times 2.5 + frac{1}{2} times 2 times 2.5^{2} = 13.75m
乙车的位移为:x_{乙} = v_{乙}(t + t_{甲}) = (2v)(t + 2.5) = 5 × (2 × 5 + 2.5)m = 75m
因为x_{甲} < s + x_{乙},所以a < frac{s}{t_{甲}} = frac{s}{v} = frac{s}{5}m/s^{2}
解得:a < 1m/s^{2}
(2)当a > 4m/s^{2}时,甲车停止运动前两车不能相遇。当a = 4m/s^{2}时,恰好相遇一次。此时有:frac{v}{a_{甲}} - frac{v}{a_{乙}} = frac{s}{v_{乙}}
解得:a_{乙} = 3m/s^{2}
当a < 4m/s^{2}时,两车可以相遇两次。设第一次相遇的时间为t_{1},此时有:v(t_{1}) - v_{乙}(t_{1}) = s
第二次相遇的时间为t_{2},此时有:v(t_{2}) - v_{乙}(t_{2}) = s - v_{甲}(t_{1}) - v_{乙}(t_{1})
解得:frac{v}{a_{甲}} - frac{v}{a_{乙}} = frac{s}{v_{乙}} - frac{s - v(t_{1}) - v_{乙}(t_{1})}{v_{乙}}
联立解得:a_{乙} = frac{3(3 + a)}{4 - a}m/s^{2}
(3)当甲车初速度为v=15m/s时,恰好相遇两次。设第一次相遇的时间为t_{1},此时有:v(t_{1}) - v_{乙}(t_{1}) = s
第二次相遇的时间为t_{2},此时有:v(t_{2}) - v_{乙}(t_{2}) = s - v(t_{1}) + v_{乙}(t_{1}) - v_{甲}(t_{2})
解得:frac{v}{a_{甲}} - frac{v}{a_{乙}} = frac{s}{v_{乙}} - frac{s - v(t_{1}) + v_{乙}(t_{1})}{v_{甲}} - frac{v(t_{1}) + v(t_{2}) - v_{乙}(t_{2})}{v_{乙}}
联立解得:a = frac{3(3 + a)}{4 - a}m/s^{2} > 4m/s^{2},所以此时不能在甲车停止前追上乙车。只有当a < 4m/s^{2}时才能在甲车停止前追上乙车。此时有:frac{v}{a} - frac{v}{a - 4} = frac{s}{v(a - 4)}
解得:a = 6m/s^{2}。
追击问题是高中物理中常见且有趣的问题,通常涉及到两个或多个物体之间的相对运动。下面是一些高一物理必修一中的追击题目和相关例题常见问题:
1. 甲车以v1的速度在平直公路上行驶,乙车在甲车前方x处,乙车以v2的速度同向行驶。如果乙车从甲车旁边超越甲车,求超越的时间。
例题:甲车以5m/s的速度在平直公路上行驶,乙车在甲车前方x=20m处,乙车以7m/s的速度同向行驶。如果乙车从甲车旁边超越甲车,求超越的时间。
解:根据相对速度,两车的相对位移为x,则有
x = (v2 - v1)t
代入数据解得t = 2s
2. 两辆汽车在笔直的公路上做匀速直线运动,其速度大小分别为3m/s和5m/s。若两车同时同地出发相向而行,则它们相遇的时间为多少秒?若两车同时同地出发同向而行,则此时甲车的速度为多少?
例题:两辆汽车在笔直的公路上做匀速直线运动,速度分别为3m/s和5m/s。若两车同时同地出发相向而行,则它们相遇的时间为多少秒?
解:设两车相遇的时间为t秒,则有
(v1 + v2)t = x
代入数据解得t = 4s
3. 甲、乙两辆汽车在平直公路上同向行驶,以甲车为参照物,当甲、乙两车的距离等于100m时,乙车开始以2m/s的速度做匀速直线运动追赶甲车。问乙车能否追上甲车?若能追上,求出所需时间;若不能追上,求出乙车的最小距离。
例题:甲、乙两辆汽车在平直公路上同向行驶,当甲车的速度为15m/s,乙车的速度为20m/s。若乙车的加速度大小为甲车的加速度大小的2倍,当乙车追上甲车时恰好与甲车相距100m。求乙车的加速度大小。
解:设乙车的加速度大小为a2,追上甲车所需时间为t。根据题意有
v1(t + s/v2a2) = v2t + s
代入数据解得a2 = 0.5m/s²
以上就是一些高一物理必修一中的追击题目和相关例题常见问题。这些问题不仅考察了学生的物理知识,也锻炼了他们的逻辑思维和解决问题的能力。