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相遇和追及问题是指两物体能否在同一时刻到达空间的同一位置,此问题有两个关键点:一是同时;二是同一位置.解决此类问题时,首先对两物体的运动情况分别进行研究,然后列出两物体的位移方程;再利用时间关系、位移关系、速度关系来建立两物体的运动关系的桥梁,最终找出相遇和追及问题的条件或特点,所以解决此类问题的关键在于寻找两物体运动的时间、位移和速度关系.
1.2 问题模型的构建及分析
【模1】 涉及相遇时的物理量分析:
分析思路:①根据题目条件画出物体运动的轨迹,利用轨迹图找出物体运动的位移关系和时间关系.②分析物体运动的规律,选择适当的运动公式利用位移关系和时间关系求解,可先求时间后求其它物理量.
【模2】 涉及相距最近(远)的物理量分析:
处理方法:函数法、图象法、结论法.
分析思路:
①利用两物体末速度相等求两物体运动的时间.
②求出在运动时间内两物体运动的位移.
③根据条件画出两物体运动的轨迹,利用轨迹图找出两物体的最近(远)距离关系.
【模3】 涉及恰好不相撞问题的物理量分析:
问题特征:恰好不相撞问题应同时满足以下关系:(1)末时刻两物体相遇,应存在位移关系和时间关系;(2)末时刻两物体速度相等.
分析思路:
①利用末速度相等求出两物体运动的时间.
②求出在运动时间内两物体运动的位移.
③根据条件画出两物体运动的轨迹,利用轨迹图求出临界状态下的待求量.
【模4】 涉及前物做不可逆匀减速直线运动的物理量分析:
问题特征:后物在与前物相遇前可能存在前物已处于静止.
分析思路:
①假设前物做匀减速的末速度为零,求出前物减速至零所需的时间.
②求出前物减速至零时,两物体运动的位移.
③根据位移画出两物体运动的轨迹,根据轨迹图判断前物减速零时,后物是否已和前物相遇.
【模5】 涉及物体运动最大速度的物理量分析:
问题特征:两物体在相遇前,物体的速度可能已达到最大值.
分析思路:
①假设两物体在相遇前,物体一直做匀加速直线运动.
②分析题目条件画出物体运动的轨迹,利用轨迹图寻找两物体运动的位移关系和时间关系.
③分析物体运动的规律,选择适当的运动学公式利用位移关系和时间关系求解,判断物体的末度是否超越最大值.
2 模型应用及分析
例1 同向运动的甲、乙两质点在某时刻恰好同时通过同一个路标,以此时为计时零点,此后甲质点的速度随时间的变化关系为v=4t 12,乙质点位移随时间的变化关系为x=2t 4t2,以上各式均使用国际单位.(1)甲质点的位置-时间表达式;(2)两质点何时再次相遇;(3)两质点相遇之前何时相距最远.
解析 本题由题目条件可知应为同向运动的同地同时模型,相遇轨迹如图6所示:
通过对以上不同类型的相遇和追及问题的题目分析,采用模型化构建的探究模式优点在于:
(1)五类轨迹模型的构建抓住了相遇和追及问题的轨迹特点,使得在分析不同表象的题目时,都能有一个清晰的轨迹模型,从而简化了题目的解题思路,提高了解题的效率,实现了化繁为简的目的.
(2)问题模型的构建挖掘了模型中可能存在隐含知识,抓住了问题的本质和相应的分析思路,提高了解题的应变能力.
(3)轨迹模型和问题模型的构建完善了相遇和追及问题的知识体系,通过对两种模型合理组合,活化的知识结构,触发了联想性思维的有效迁移.
1.2 问题模型的构建及分析
【模1】 涉及相遇时的物理量分析:
分析思路:①根据题目条件画出物体运动的轨迹,利用轨迹图找出物体运动的位移关系和时间关系.②分析物体运动的规律,选择适当的运动公式利用位移关系和时间关系求解,可先求时间后求其它物理量.
【模2】 涉及相距最近(远)的物理量分析:
处理方法:函数法、图象法、结论法.
分析思路:
①利用两物体末速度相等求两物体运动的时间.
②求出在运动时间内两物体运动的位移.
③根据条件画出两物体运动的轨迹,利用轨迹图找出两物体的最近(远)距离关系.
【模3】 涉及恰好不相撞问题的物理量分析:
问题特征:恰好不相撞问题应同时满足以下关系:(1)末时刻两物体相遇,应存在位移关系和时间关系;(2)末时刻两物体速度相等.
分析思路:
①利用末速度相等求出两物体运动的时间.
②求出在运动时间内两物体运动的位移.
③根据条件画出两物体运动的轨迹,利用轨迹图求出临界状态下的待求量.
【模4】 涉及前物做不可逆匀减速直线运动的物理量分析:
问题特征:后物在与前物相遇前可能存在前物已处于静止.
分析思路:
①假设前物做匀减速的末速度为零,求出前物减速至零所需的时间.
②求出前物减速至零时,两物体运动的位移.
③根据位移画出两物体运动的轨迹,根据轨迹图判断前物减速零时,后物是否已和前物相遇.
【模5】 涉及物体运动最大速度的物理量分析:
问题特征:两物体在相遇前,物体的速度可能已达到最大值.
分析思路:
①假设两物体在相遇前,物体一直做匀加速直线运动.
②分析题目条件画出物体运动的轨迹,利用轨迹图寻找两物体运动的位移关系和时间关系.
③分析物体运动的规律,选择适当的运动学公式利用位移关系和时间关系求解,判断物体的末度是否超越最大值.
2 模型应用及分析
例1 同向运动的甲、乙两质点在某时刻恰好同时通过同一个路标,以此时为计时零点,此后甲质点的速度随时间的变化关系为v=4t 12,乙质点位移随时间的变化关系为x=2t 4t2,以上各式均使用国际单位.(1)甲质点的位置-时间表达式;(2)两质点何时再次相遇;(3)两质点相遇之前何时相距最远.
解析 本题由题目条件可知应为同向运动的同地同时模型,相遇轨迹如图6所示:
通过对以上不同类型的相遇和追及问题的题目分析,采用模型化构建的探究模式优点在于:
(1)五类轨迹模型的构建抓住了相遇和追及问题的轨迹特点,使得在分析不同表象的题目时,都能有一个清晰的轨迹模型,从而简化了题目的解题思路,提高了解题的效率,实现了化繁为简的目的.
(2)问题模型的构建挖掘了模型中可能存在隐含知识,抓住了问题的本质和相应的分析思路,提高了解题的应变能力.
(3)轨迹模型和问题模型的构建完善了相遇和追及问题的知识体系,通过对两种模型合理组合,活化的知识结构,触发了联想性思维的有效迁移.