直线运动中的追及问题是运动学中的一个典型应用实例,我们经常会遇到。追及问题可分为追及中的极值问题、相遇问题,下面进行分类解析,以帮助同学们掌握其特点,探索其解法。
一、追及中的极值问题
对于追及中物体间距的极值问题,一般我们可以先假设物体运动了一段时间t,找出它们的间距s与t的函数关系式s(t),再利用函数的相关知识求其极值。
例1 相隔一定距离的A、B两小球的质量相等,假设它们之间存在恒定的斥力作用。原来两球均被按住处于静止状态,现突然松开两球,同时给A球以初速度u0使之沿两球连线向B球运动,B球初速度为零。若两球的距离从最小值(两球未接触)恢复到原始值所经历的时间为t0,求B球在斥力作用下的加速度大小。
分析与解:设两球原来距离为Z,两球的加速度大小均为a,从开始运动时间£后两球的间距应为。由函数知识可知,当
点评
物理极值问题是某种特殊状态下的取值。取得物理极值的状态即为临界状态,对临界状态的分析要充分挖掘出题目中存在的临界条件。对于追及中物体间距的极值问题,我们可以先找出运动物体间距与运动时间的一般函数关系式,然后再由一般到特殊进行分析。
二、追及中的相遇问题
两物体相遇的实质就是两物体在同一时刻有同一位置坐标,相遇即有s(t)=0,式中t即为相遇时间,t有实际意义解的个数即为两物体相遇的次数。
例2 甲乙两物体在平直公路上同向行驶,它们运动的速度***像如***1所示,其中POQ与QOT的面积分别为S1与,初始时甲在乙前面So处,则下列说法正确的是()。
A.若,两车不会相遇
B.若,两车相遇2次
C.若.,两车相遇1次
D.若,两车相遇1次
分析与解:从两车运动的v-t***像来看,可设甲车做初速度为零、加速度大小为a1的匀加速直线运动,乙车做初速度为Uo、加速度大小为的匀加速直线运动。在T时刻两车速度相等,即有得。运动时间t后两车间距为,若两车相遇则有。这个方程关于t的解即为相遇时间。此一元二次方程根的判别式为。由①③得。可知:若,则O(t有两个实数意义的解),两车相遇2次;若,则=O(t有一个实数意义的解),两车相遇1次;若,则
点评
本题解答中①式是从题目给出的***像中找出的一个隐含关系,它对问题的分析与求解很关键。如果以甲车为参照物,在运动时间T内乙车相对甲车的相对位移应为s1也很容易得到①式。
追及中的相遇问题是运动学中最常见的问题之一,解题的方法较多。一般有:(1)解析法。分析追及物体与被迫及物体之间的运动情况,建立相应的时间关系、位移关系、速度关系、加速度关系等方程,从而解决问题。(2)***像法。在同一坐标系中画出追及物体与被追及物体的速度***像或位移***像,从***像中寻找相应关系来解决问题。(3)转换参考系法。选择适当的参考系来简单描述追及中物体的运动。同学们可根据问题的具体情况选择合适的方法来解决问题。