分析生活中追及相遇问题以提高学生综合思维能力

发表时间:2021/1/12   来源:《中国教师》2020年第27期   作者:李兴未
[导读] 追及、相遇问题是高中物理动力学中一个难点,

        李兴未
        (贵州师范大学附属中学 贵州 贵阳 550001)
        摘要:追及、相遇问题是高中物理动力学中一个难点,高三复习到这个点时往往给许多师生留下的印象是教师难教、学生难学。但是,如我们在审题时抓住题目中的关键字眼,充分挖掘题目中的隐含条件,利用好速度相等这个临界条件,画出过程示意图,找准关系式,也能迎刃而解。
        关键词:追及相遇;临界条件;示意图;关系式;思维能力
        追及、相遇是生活中常遇到的现象,也是高中物理动力学的一个难点问题,如我们在审题时抓住题目中的关键字眼,充分挖掘题目中的隐含条件,利用好速度相等这个临界条件,画出过程示意图,找准关系式,也就迎刃而解了。解决这个问题,就等于抢占了高三物理备考的第一制高点,为以后过程复杂问题的解决奠定了基础。
        一、例题精讲
        例1.目前我国动车组在广泛使用,给人们的出行带来了极大的方便,我国动车组列车常使用自动闭塞方式行车。自动闭塞是通过信号机将行车区间划分为若干个闭塞分区,每个闭塞分区的首端设有信号灯,当闭塞分区有车辆占用或钢轨折断时信号灯显示红色(停车),间隔一个闭塞分区时显示黄色(制动减速),间隔两个及两个以上闭塞分区时显示绿色(正常运行)。假设动车制动时所受阻力为重力的倍,动车司机可视距离为。()
        如果从动车司机发现信号到采取制动的反应时间为,当有车停在路轨而信号系统有故障(不显示或错误显示绿色)时,要使动车不生追尾,则动车运行速度不得超过多少?
        解答:设紧急制动时加速度大小,由牛顿第二定律得表达式与第(1)问①式相同。如果信号故障,要使动车不发生追尾,则动车制动距离不得大于可视距离与反应时间内行驶距离之差,即……⑹
        由题意及运动学公式得……⑺
        ……⑻
        由①⑥⑦⑧联立解得动车运行速度不得超过
        例2.汽车是重要的交通工具与运载工具,汽车的运行涉及加速、匀速、减速等运动过程,涵盖交通安全、相对运动、做功及能量等课题,是考查动力学问题的重要载体。
        为了确保出行的安全,高速公路都有限速要求,且行驶的汽车必须保持一定的距离。一辆汽车在某高速公路上以最高限速的车速匀速行驶,假设前方车辆因故突然停止运动,该车司机从发现这一突发情况,经操纵刹车装置,到汽车停下的过程如图所示,此过程中的总运动距离为。若汽车刹车时所受阻力为车重的倍,求司机的反应时间。

(、结果保留2住有效数字)
        解答:设司机反应时间为,则匀速直线运动距离……⑴
        其中……⑵
        设汽车质量为,刹车过程中加速度大小为,
        由牛顿第二定律得……⑶
        此过程汽车运动的距离为……⑷
        从发现突发情况到汽车停车,汽车的位移为……⑸
        由⑴⑵⑶⑷⑸联立解得。
        二、实战演练
        1.如图所示,一辆电动平板车在平直路面上以速度匀速行驶。某时刻把一货箱(可视为质点)无初速度地放置于平板车厢上,此时货箱离车厢后端的距离。若在货箱放入车厢的同时,平板车开始制动,做匀减速直线运动。已知货箱与车厢底板的动摩擦因数,货箱与车厢底板的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,。为使货箱不从平板车上掉下来,平板车的加速度大小应满足什么条件?(答案:)
        
        2.如图所示,一辆汽车的平板车厢总长,货箱(可视为质点)停放在车厢靠近驾驶室位置处,货箱与车厢底板之间的动摩擦因数,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,。若汽车由静止开始匀加速启动,加速度,为了防止货箱从车厢左端滑出,在车厢左端处安装一只长度可忽略的轻质弹簧,此时弹簧处于压缩状态并被锁定。当货箱滑至左端与弹簧发生碰撞时,弹簧将自动解锁,并以碰前瞬间货箱速率(相对于车)的2倍速率(相对于车)将货箱弹出,同时又将弹簧压缩并重新锁定。如此反复,通过多次碰撞最终使货箱静止于车厢内。求货箱第一次碰撞弹簧时的速率,及第一次被弹簧反弹后离车厢末端的最远距离。(答案:)
        
        三、规律总结:
        分析动车组列车的自动闭塞方式行车、高速路行车、新型半拖挂式化学品运罐车行车等实际生活中的追及和相遇问题,难度确实增大了,但如老师组织和引导得当,学生积极配合,那是可将难题化解的,这样对提高学生综合分析思维能力是很有意义的。
        参考文献
        [1]江四喜.高中物理经典名题精讲精析[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2018:027-053.
        [2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社。2018.
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