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13.2012年6月9日,受沿线焚烧秸秆产生烟雾影响,宁洛高速公路安徽省蒙城段发生多起车辆追尾事故.假设高速公路上,甲、乙两车在同一车道上同向行驶,甲车在前,乙车在后.当两车距离为s0=100m时,速度均为v0=30m/s,t=0时刻甲车遇紧急情况后,甲、乙两车的加速度随时间变化如图所示.取运动方向为正方向.则:
(1)说出0-9s内,甲、乙两车分别做什么性质的运动.
(2)请通过公式计算判断在0-9s内两车是否会相撞.
①若两车会相撞,求出两车相撞的时间;
②若两车不会相撞,求出两车的最小距离.

分析 (1)加速度与速度同方向时加速,加速度与速度反方向时是减速;a-t图象与时间轴包围的面积表示速度的变化量;
(2)因为甲车在前,乙车在后,当乙车速度减到和甲车相等的时候两车没有相撞则以后就不会相撞,根据速度时间公式求出速度相等经历的时间,通过位移关系判断是否相撞.

解答 解:(1)甲车:0-3s内做匀减速速直线运动,3s-9s做匀加速直线运动;乙车:0-3s内做匀速速直线运动,3s-9s做匀减速直线运动;
(2)由图象知,甲车在0-3s内做匀减速直线运动,初速度为:v0=108km/h=30m/s,
则3s末,甲车的速度为:v=v0-at=30-10×3m/s=0m/s;
此时甲车的位移为:${x_1}=\frac{0-v_0^2}{2a}=\frac{0-900}{-20}m=45m$;
乙车作匀速直线运动,位移为:x2=v0t=30×3m=90m;
则两车相距的距离为:△x=x1+x0-x2=55m,甲车还在乙车的前方.
3s后,甲做初速度为零的匀加速直线运动,乙做匀减速直线运动,两车在3s时相距55m.此后前面的甲车从静止开始做匀加速直线运动,后面的乙车以30m/s做匀减速直线运动;
当两车速度相等时,有:a甲t′=v0+a乙t′;
代入数据解得:t′=3s;
此时前面甲的位移为:${x_甲}=\frac{1}{2}{a_甲}t{′^2}=\frac{1}{2}×5×9m=22.5m$;
后面乙的位移为:${x_乙}={v_0}t′+\frac{1}{2}{a_乙}t{′^2}=30×3-\frac{1}{2}×5×9m=67.5m$;
因为 x甲+△x=77.5>x乙,故知两车不会相撞;
最小距离为:x甲+△x-x乙=10m;
答:(1)0-9s内,甲车先做匀减速直线运动,后做匀加速直线运动;乙车先做匀速直线运动,后坐匀减速直线运动;
(2)在0-9s内两车不会相撞,两车的最小距离为10m.

点评 解决本题的关键能正确的读懂图象,并能根据图象所反映的物体运动规律进行求解.抓住两车相距最近时的临界条件是两车速度相等.

练习册系列答案
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18.某同学在科普读物上看到:“劲度系数为k的弹簧从伸长量为x到恢复原长过程中,弹力做的功W=$\frac{1}{2}$kx2”.他设计了如下的实验来验证这个结论.

A.将一弹簧的下端固定在地面上,在弹簧附近竖直地固定一刻度尺,当弹簧在竖直方向静止不动时其上端在刻度尺上对应的示数为x1,如图甲所示.
B.用弹簧测力计拉着弹簧上端竖直向上缓慢移动,当弹簧测力计的示数为F时,弹簧上端在刻度尺上对应的示数为x2,如图乙所示.则此弹簧的劲度系数k=$\frac{F}{{x}_{2}-{x}_{1}}$.
C.把实验桌放到弹簧附近,将一端带有定滑轮、两端装有光电门的长木板放在桌面上,使滑轮正好在弹簧的正上方,用垫块垫起长木板不带滑轮的一端,如图丙所示.
D.用天平测得小车(带有遮光条)的质量为M,用游标卡尺测遮光条宽度d的结果如图丁所示,则d=3.5mm.
E.打开光电门的开关,让小车从光电门的上方以一定的初速度沿木板向下运动,测得小车通过光电门A和B时的遮光时间分别为△t1和△t2.改变垫块的位置,重复实验,直到△t1=△t2时保持木板和垫块的位置不变.
F.用细绳通过滑轮将弹簧和小车相连,将小车拉到光电门B的上方某处,此时弹簧上端在刻度尺上对应的示数为x3,已知(x3-x1)小于光电门A、B之间的距离,如图丙所示.由静止释放小车,测得小车通过光电门A和B时的遮光时间分别为△t1′和△t2′.
在实验误差允许的范围内,若$\frac{1}{2}$k(x3-x1)2=$\frac{1}{2}$M($\frac{d}{△{t}_{1}′}$)2(用实验中测量的符号表示),就验证了W=$\frac{1}{2}$kx2的结论.

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