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学霸的隐藏公式:相遇追击问题,90%学生输在“这个”临界点!

更新时间:作者:小小条


高中物理中一个让无数英雄好汉“折腰”的专题——相遇追击问题。

学霸的隐藏公式:相遇追击问题,90%学生输在“这个”临界点!

你是不是经常遇到这种题:A车追B车,问能不能追上?什么时候追上?会不会相撞?一顿操作猛如虎,一看答案二百五……其实,不是你公式记不住,而是没抓住那个决定成败的“命门”!

一、 核心思想:追不追得上,不看平均速度,看“速度关系”!

咱们先把复杂的场景简化。所有的相遇追击,归根结底就是两种:

追击问题: 后面快的追前面慢的。相遇问题: 两物体相向而行。

记住万能解题第一步:画图!画运动过程图! 在图上标出初位置、初速度、加速度,这是你理清思路的生命线。

二、 灵魂关键点:速度相等!

这才是今天文章的核心! 为什么“速度相等”如此重要?

想象一下,你在追一个前面跑的人:

当你的速度小于他时,你们距离会拉大。当你的速度大于他时,你们距离会缩小。那么,当你从比他慢变得比他快,在“速度相等”的那个瞬间,你们之间的距离发生了什么?

答案:距离达到了整个追击过程中的最大值或最小值!

对于追击问题(两者都向前运动),速度相等时,两者之间有最小距离。

如果能追上: 那么在速度相等之后,距离会从最小值开始逐渐缩小,直到追上。如果追不上: 那么这个最小距离就是你们之间能保持的“最近而又不碰”的安全距离。

这就引出了解决追击问题的“胜负手”——临界条件分析法。

三、 实战三步法,秒杀追击题

第一步:判断能否追上
假设经过时间 t 后追上,列出位移关系方程:S追 = S被追 + ΔS初。

关键:检查这个关于 t 的方程是否有正数实数解。更聪明的方法:直接比较速度相等时的位移差。

第二步:分析临界状态(必考!)
计算当两者速度相等时的时间 t0,并求出此时它们之间的距离变化量ΔS。

如果 ΔS > 0,说明此时还没追上,且这是最小距离。如果 ΔS = 0,说明此时恰好追上,且仅此一次(之后可能反超)。如果 ΔS < 0,说明在速度相等之前就已经追上了。

第三步:分类讨论结果
根据第二步的分析,你就能清晰地回答:

恰好不相撞/恰好追上: 对应 速度相等时,ΔS = 0。有最小距离: 对应 速度相等时,ΔS > 0。能相遇两次: 比如A追上B,然后又超过了B,之后B再次追上A(在变速运动中可能出现)。

四、 经典模型速记(收藏备用)

匀加速追匀速: 一定能追上,且通常只相遇一次。关键点是速度相等时有最小距离。匀速追匀减速: 一定能追上。注意刹车先停下的情况。匀加速追匀加速: 看初速度和加速度的综合比拼,分析速度相等点是最可靠的。

模型概述

追及相遇问题中物体数量增加到两个,需要考虑二者各自的运动性质,分析其速度及位移变化情况。同时还要特别注意二者之间的时间、位移关系,根据追上、相遇的条件“同一时刻处于同一位置”转化为相应的数学关系式,或者通过二者的速度图像求解相遇时间、相遇时的速度、位移,相遇的次数等问题。

模型要点

1.两个关系

(1)时间关系:若二者同时出发,则二者运动时间相等;若二者不同时出发,需注意二者先后运动的时间差。如:A运动Δt后B才开始运动,则:Δt=tA-tB

(2)位移关系:当后者追上前者时,后者与前者的位移差等于两者初始时刻的距离差。即:x0=xA-xB

2.一个临界条件:速度相等(共速)是两物体间能否追上及距离达到最远或最近的临界条件。

(1)共速时距离最远(慢追快)

以匀加速追匀速为例:A的速度没有超过B的速度之前,二者距离逐渐增大,当二者速度相等时,二者距离最远,之后二者距离开始减小。此结论适用于初速度小追初速度大的情况。

(2)共速时距离最近(快追慢)

以匀减速追匀速为例:A的速度没有低于B的速度之前,二者距离逐渐减小,当二者速度相等时,二者距离最近,之后二者距离开始增大。此结论适用于初速度大追初速度小的情况。

3.八种基本类型

(1)初速度小者追初速度大者(A慢追B快):开始时两物体相距x0,t0时速度大小相等。

图4:匀加速追匀速 图5:匀速追匀减速

图6:匀加速追匀减速 图7:匀加速追匀加速

重要结论:设Δx为共速前速度快者比速度慢者多走的位移

①t=t0以前,后面物体与前面物体间距离增大;

②t=t0时,两物体相距最远,最远距离为x0+Δx;

③t=t0以后,后面物体与前面物体间距离逐渐减小;

④一定能追上且只能相遇一次(被追赶物体做匀减速运动时,要注意判断被追上前该物体是否已经停下)

(2)初速度大者追初速度小者(A快追B慢):开始时两物体相距x0,t0时速度大小相等。

图8:匀加速追匀速 图9:匀速追匀减速

图10:匀加速追匀减速 图11:匀加速追匀加速

重要结论:设Δx为共速前速度快者比速度慢者多走的位移

①若Δx=x0,则恰能追上, 两物体只能相遇一次, 这也是避免相撞的临界条件;

②若Δx<x0,则不能追上,此时两物体间距离最近,最近距离为x0-Δx;

③若Δx>x0,则共速前后共相遇两次,第一次是A追上B,第二次是B再次反超A,且两次相遇时刻关于共速时刻对称,设t1时刻两物体第一次相遇,则t2=2t0-t1时刻两物体第二次相遇。

4.函数法求解相遇时间及相遇次数问题

以匀减速追匀速为例:设相遇时间为t

(1)A的位移:

(2)B的位移:

(3)相遇条件:

讨论:

①若Δ>0,有两个解,说明可以相遇两次;

②若Δ=0,有一解,说明刚好能追上或相遇一次;

③若Δ<0,无解,说明追不上或不能相遇。

5.追及相遇图像问题

(1)x-t图中的追及相遇问题

x­-t图像的信息:

①x-t图表示物体位移(位置)随时间的变化情况,不表示运动轨迹;

②x-­t图像某点切线的斜率表示物体在该时刻的速度;

③纵坐标之差表示该段时间内的位移;

④两x-­t图线的交点表示两物体在该位置、该时刻相遇。

⑤若曲线为抛物线,则求出抛物线解析式,根据

即可确定匀变速直线运动的初速度、加速度。

⑥若为一般曲线,某时刻瞬时速度大小为该时刻图像在对应点处的切线的斜率大小。图中P点所对应瞬时速度大小:

⑦割线OP的斜率表示0~t1时间内的平均速度大小:

图像示例:

(2)v-t图中的追及相遇问题

v­-t图像的信息:

①v-t图像表示物体瞬时速度随时间的变化情况,不表示运动轨迹;

②v­-t图像某点切线的斜率表示物体在该时刻的加速度;

③v-t图像t轴上方的图线表示v>0(正方向运动),t轴下方的图线表示v<0(负方向运动);

④两v-­t图线的交点表示两物体在该位置、该时刻速度相同,不代表相遇;

⑤v-t图像与坐标轴所围面积代表对应时间内位移的大小。判断两物体是否相遇,需要通过面积计算二者位移,再看是否满足两物体位移差等于开始时距离差,若Δx=x0,则相遇;若Δx≠x0,则不相遇,前后关系由Δx与x0的大小关系判断;

⑥v-t图为曲线时:表示物体做变加速运动;

⑦某时刻瞬时加速度大小为该时刻图像在对应点处的切线的斜率大小。图中P点所对应瞬时加速度:

⑧图像与坐标轴所围面积大小仍然表示该时间内物体的位移大小:S=x。

图像示例:

给同学们的终极建议:

“速度相等”是钥匙: 遇到追击问题,先找这个临界点。图像是你的神助攻: 养成画V-t图的*惯,事半功倍。理清思路再动笔: 严格按照“定性->画图->计算”的步骤,告别混乱。

掌握了这个“三步法”,相遇追击问题就从噩梦变成了你的送分题!下次做题时,记得用起来。

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