追碰问题与时空观讲解

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1、难点1追碰问题与时空观“追碰”类问题以其复杂的物理情景，综合的知识内涵及广阔的思维空间，充分体现着考生的理解能力、分析综合能力、推理能力、空间想象能力及理论联系实际的创新能力，是考生应考的难点，也是历届高考常考常新的命题热点难点展台1. （） （ 1999年全国）为了安全，在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离已知某高速公路的最高限速 v=120 km/h.假设前方车辆突然停止，后车司机从发现这一情况，经 操纵刹车，到汽车开始减速所经历的时间（即反应时间）t=0.50 s,刹车时汽车受到阻力的大小f为汽车重的0.40倍，该高速公路上汽车间的距离s至少应为多少？（取重力加速度g=102、m/s2

2、. （）（ 2000年全国）一辆实验小车可沿水平地面（图中纸面）上的长直轨道匀速向右运动.有一台发出细光束的激光器装在小转台M上，到轨道的距离左图1-1MN为d=10 m，如图1-1所示转台匀速转动，使激光束在水平面内扫描，扫描一周的时间为T= 60s.光束转动方向如图中箭头所示当光束与 MN的夹角为45时，光束正好射到小车上 如果再经过 t图1-2=2.5 S,光束又射到小车上，则小车的速度为多少？（结果保留两位数字）3. （） 一段凹槽 A倒扣在水平长木板 C上，1槽内有一小物块 B,它到槽内两侧的距离均为，如图1-22所示木板位于光滑水平的桌面上，槽与木板间的摩擦不计，小物块与木板间的动

3、摩擦因数为卩.A、B、C三者质量相等，原来都静止现使槽A以大小为V0的初速向右运动，已知 V0 .2g|.当A和B发生碰撞时，两者的速度互换求:（1） 从A、B发生第一次碰撞到第二次碰撞的时间内，木板C运动的路程.（2） 在A、B刚要发生第四次碰撞时，A、B、C三者速度的大小.案例探究例1 （）从离地面高度为h处有自由下落的甲物体，同时在它正下方的地面上有乙物体以初速度 v0竖直上抛，要使两物体在空中相碰，则做竖直上抛运动物体的 初速度V0应满足什么条件？（不计空气阻力，两物体均看作质点）若要乙物体在下落过程中与甲物体相碰，则 v0应满足什么条件?命题意图：以自由下落与竖直上抛的两物体在空间相

4、碰创设物理情景，考查理解能力、分析综合能力及空间想象能力.B级要求错解分析：考生思维缺乏灵活性，无法巧选参照物，不能达到快捷高效的求解效果解题方法与技巧：（巧选参照物法）选择乙物体为参照物，则甲物体相对乙物体的初速度：v 甲乙=O-vo=-vo甲物体相对乙物体的加速度a 甲乙=-g_ （ _g） =0由此可知甲物体相对乙物体做竖直向下，速度大小为vo的匀速直线运动所以，相遇时间为：t = Vo对第一种情况，乙物体做竖直上抛运动，在空中的时间为：owtw 2vog即 g A 罟,两物体在空中相碰对第二种情况，乙物体做竖直上抛运动，下落过程的时间为:vo t 2vog g即 vow Aw 2vo.

5、 gvog所以当图1-3例2 （）如图 1-3所示,质量为m的木块可视为质点，置于质量也为 m的木盒内，木盒底面水平，长1=0.8m,木块与木盒间的动摩擦因数卩=0.5,木盒放在光滑的地面上，木块A以vo=5 m/s的初速度从木盒左边开始沿木盒底面向右 运动，木盒原静止当木块与木盒发生碰撞时无机械能损失，且不计碰撞时间，取 g=10 m/s2.问:(1) 木块与木盒无相对运动时，木块停在木盒右边多远的地方？(2) 在上述过程中，木盒与木块的运动位移大小分别为多少？命题意图：以木块与木盒的循环碰撞为背景，考查考生分析综合及严密的逻辑推理能 力.B级要求.错解分析：对隔离法不能熟练运用，不能将复杂

6、的物理过程隔离化解为相关联的多个简 单过程逐阶段分析，是该题出错的主要原因解题方法与技巧：(1)木块相对木盒运动及与木盒碰撞的过程中，木块与木盒组成的系统动量守恒，最 终两者获得相同的速度，设共同的速度为v,木块通过的相对路程为 s,则有：mvo=2mv1 2 12 令卩 mgs= mvo - 2mv 2 2由解得s=1.25 m设最终木块距木盒右边为 d，由几何关系可得：d=s-l=0.45 m图1-4(2)从木块开始运动到相对木盒静止的过程中，木盒 的运动分三个阶段：第一阶段，木盒向右做初速度为零 的匀加速运动；第二阶段，木块与木盒发生弹性碰撞， 因两者质量相等，所以交换速度；第三阶段，木

7、盒做匀 减速运动，木盒的总位移等于一、三阶段的位移之和 为了求出木盒运动的位移，我们画出状态示意图，如图 1-4所示.设第一阶段结束时，木块与木盒的速度分别为mvo=mv1+mv2.1 2 1 2 2) mgL= mvo - m ( V1 +V2 ) 2 2v1,选木盒因在第二阶段中，木块与木盒转换速度，故第三阶段开始时木盒的速度应为 为研究对象“碰撞”类和“追及碰撞”类，处理该类问题,对第一阶段：卩mgs1= mv2221 2 1 2对第二阶段： 卩mgs2=2 2从示意图得 S盒=S+S2s 块=s 盒 +L-d解得 s 盒=1.075 m s 块=1.425 m高手点拨一、高考走势“追碰

8、”问题，包括单纯的“追及”类、首先要求学生有正确的时间和空间观念（物体的运动过程总与时间的延续和空间位置的变化相对应）.同时，要求考生必须理解掌握物体的运动性质及规律，具有较强的综合素质和能 力.该类问题综合性强，思维容量大，且与生活实际联系密切，是高考选拔性考试不可或缺 的命题素材，应引起广泛的关注 .二、“追及” “碰撞”问题指要1. “追及”问题讨论追及、相遇的问题，其实质就是分析讨论两物体在相同时间内能否到达相同的空间 位置问题.一定要抓住两个关系：即时间关系和位移关系.一个条件：即两者速度相等，它往往是物体间能否追上、追不上或（两者）距离最大、最小的临界条件，也是分析判断的切入 占八

9、、-2. “碰撞”问题碰撞过程作用时间短，相互作用力大的特点，决定了所有碰撞问题均遵守动量守恒定律对正碰，根据碰撞前后系统的动能是否变化，又分为弹性碰撞和非弹性碰撞弹性碰撞：系统的动量和动能均守恒，因而有：m1V1+m2V2=m1V1 +m2V21 2 1 2 1 / 2 1 / 2m1V1 + m2V2 =m1V1+m2V22 2 2 2上式中V1、V1 分别是m1碰前和碰后的速度，V2、V2分别是m2碰前和碰后的速度.解式得(mm2)V1 2m2V2m1m2,_(m2 -mN 2miViV2=mH m2注意：如果两物体质量相等， 代入得：V；二V2V2 = V1即：两物体交换速度,不仅大小

10、交换而且速度的方向也交换。完全非弹性碰撞：m；与m2碰后速度相同，设为 v,则、m；V； +m2VmiVi+m2V2=( mi+m2)v,v=m； +m21 2 1 2 1 2系统损失的最大动能 Em= miVi + m2V2 -(m计m2) v .非弹性碰撞损失的动能介2 2 2于弹性碰撞和完全非弹性碰撞之间.在处理碰撞问题时，通常要抓住三项基本原则：(1) 碰撞过程中动量守恒原则 .(2) 碰撞后系统动能不增原则 .(3) 碰撞后运动状态的合理性原则.碰撞过程的发生应遵循客观实际.如甲物追乙物并发生碰撞，碰前甲的速度必须大于乙 的速度，碰后甲的速度必须小于、等于乙的速度或甲反向运动三、处理

11、“追碰”类问题思路方法解决“追碰”问题大致分两类方法，即数学法(如函数极值法、图象法等)和物理方法(参照物变换法、守恒法等)歼灭难点训练1. ()两辆完全相同的汽车， 沿水平直路一前一后匀速行驶，速度均为V0,若前车突然以恒定的加速度刹车，在它刚停住时，后车以前车刹车时的加速度开始刹车，已知前车在刹车过程中所行驶的距离为S,若要保证两车在上述情况中不相撞，则两车在匀速行驶时保持距离至少应为多少？2. ()如图1-5所示，水平轨道上停放着一辆质量为5.0 X 102 kg的小车A,在A的右方L=8.0 m处，另一辆小车 B正以速度vb=4.0 m/s的速度向右做匀速直线运动远离A车，为使A车能经

12、过t=10.0 s时间追上B车，立即给A车适当施加向右的水平推力使小车做 匀变速直线运动，设小车A受到水平轨道的阻力是车重的0.1倍，试问：在此追及过程中，图1-7推力至少需要做多少功？取g=10 m/s2）3. （）如图1-6所示，在光滑的水平面上放置一质量1为m的小车，小车上有一半径为 R的一光滑的弧形轨道，设有4一质量为m的小球，以Vo的速度，方向水平向左沿圆弧轨道向上滑动，达到某一高度h后，又沿轨道下滑，试求h的大小及小球刚离开轨道时的速度4. （）如图 1-7所示，长为2L的板面光滑且不导电 的平板小车C放在光滑水平面上，车的右端有块挡板，车的质 量mc=4 m,绝缘小物块B的质量m

13、B=2 m.若B以一定速度沿平板 向右与C车的挡板相碰，碰后小车的速度总等于碰前物块B速度的一半.今在静止的平板车的左端放一个带电量为+q、质量为mA=m的小物块A，将物块B放在平板车的中央，在整个空间加上一个水平方向的匀强电场时，金属块A由静止开始向右运动，当 A以速度Vo与B发生1碰撞，碰后A以 vo的速率反弹回来，B向右运动.4（1）求匀强电场的场强大小和方向（2）若A第二次和B相碰，判断是在 B与C相碰之前还是相碰之后？（3）A从第一次与B相碰到第二次与 B相碰这个过程中，电场力对 A做了多少功?Xa xXXXXXXXdXXXXX冥b XXX*7XXXXXX图1-85. （）如图 1-

14、8所示，水平放置的导轨，其 电阻、摩擦均不计，固定在竖直向下的匀强展台中，磁感 应强度为B,左端间距为2L，右端间距为L,今在导轨上放 ab、cd两杆，其质量分为 2M、M，电阻分为2R、R,现让 ab杆以初速度V0向右运动.求cd棒的最终速度（两棒均在 不同的导轨上）.参考答案难点展台21.1.6X 10 m2.提示：该题为一 “追及”的问题，有两种可能解，第一次为物追光点，在相同时间内,汽车与光点扫描的位移相等，Li=d (tan45 -tan30 )，则vi=Ll =1.7 m/s,第二次为(光)Av点追物，时间相同，空间位移相同，L2=d (tan60 -tan45 ),可得V2=-L =2.9 m/s.23.( 1)S码At13(2) VA= V0； VB=VC= _ V048歼灭难点训练41.ABC 2.2 s3.Wmin=2.8X 10 J4.小球从进入轨道，到上升到h高度时为过程第一阶段，这一阶段类似完全非弹性的碰撞，动能损失转化为重力势能(而不是热能)据此可列方程： mv=