高三物理—相对运动专题习题

相对运动专题习题

1、甲、乙两辆汽车以相同的恒定速度直线前进，甲车在前，乙车在后，甲车上的人A和乙车上的人B各用石子瞄准对方，以相对自身为v0的初速度 同时水平射击对方，若不考虑石子的竖直下落，则 A．A先被击中； B．B先被击中；

C．两同时被击中； D．可以击中B而不能击中A；

2、在地面上某一高度处将A球以初速度v1水平抛出，同时在A球正下方地面处将B球以初速度v2斜向上抛出，结果两球在空中相遇，不计空气阻力，则两球从抛出到v1 A 相遇过程中

A．A和B初速度的大小关系为 v1＜ v2

B．A和B加速度的大小关系为 aA＞ aB

v2 C．A作匀变速运动，B作变加速运动

B D．A和B的速度变化相同

3、火车正以速率v1向前行驶, 司机突然发现正前方同一轨道上距离为s处有另一火车, 正以较小的速率 v2沿同方向做匀速运动, 于是司机立刻使火车做匀减速运动, 要使两列火车不相撞, 加速度a的大小至少应是多少?

4、如图所示，在光滑的水平地面上长为Ｌ的木板Ｂ的右端放一小物体Ａ，开始时Ａ、Ｂ静止。同时给予Ａ、Ｂ相同的速率ｖ０，使Ａ向左运动，Ｂ向右运动，已知Ａ、Ｂ相对运动的过程中，Ａ的加速度向右，大小为ａ１，Ｂ的加速度向左，大小为ａ２，ａ２<ａ１，要使Ａ滑到Ｂ的左端时恰好不滑下，ｖ０为多少？

V0 a1 A

V0 a 2B

5、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？

6、质量为m的物体A，以速度v0从平台上滑到与平台等高、质量为M的静止小车B上，如图所示.小车B放在光滑的水平面上，物体A与B之间的滑动摩擦因数为μ，将A视为质点，要使A不致从小车上滑出，小车B的长度L至少应为多少?

7、高为h的电梯正以加速度a匀加速上升，忽然天花板上一颗螺钉脱落．螺钉落到电梯底板上所用的时间是多少？

8、火车以速度Vl匀速行驶，司机发现前方同轨道上相距S处有另一火车沿同方向以速度V2（对地、且V1＞V2）做匀速运动．司机立即以加速度a紧急刹车．要使两车不相撞，a应满足什么条件？

9、如图2-2-1所示，在同一铅垂面上向图示的两个方向以vA?10m/s、vB?20m/s的初速度抛出A、B两个质点，问1s后A、B相距多远？

10、A、B两车站每间隔相同时间相向发出一辆汽车，汽车保持相同的速度不变。在A、B之间有一骑自行车者，发现每隔12min有一辆汽车从后面追上来，每隔4min有一辆汽车从迎面开来。问A、B两站每隔几分钟发一趟车？

18．如图17-1所示，Ａ、Ｂ是静止在水平地面上完全相同的两块长木板．Ａ的左端和Ｂ的右端相接触．两板的质量皆为M＝2．0ｋｇ，

长度皆为L＝1．0ｍ．Ｃ是质量为ｍ＝1．0ｋｇ的小物块．现给它一初速度ｖ0＝2．0ｍ／ｓ，使它从板Ｂ的左端向右滑动．已知地面是光滑的，而Ｃ与板Ａ、Ｂ之间的动摩擦因数皆为μ＝0．10．求最后Ａ、Ｂ、Ｃ各以多大的速度做匀速运动．取重力加速度ｇ＝10ｍ／ｓ．

解： 先假设小物块Ｃ在木板Ｂ上移动ｘ距离后，停在Ｂ上．这时Ａ、Ｂ、Ｃ三者的速度相等，设为ｖ，由动量守恒得

ｍｖ0＝（ｍ＋2Ｍ）ｖ， ①

在此过程中，木板Ｂ的位移为ｓ，小物块Ｃ的位移为ｓ＋ｘ．由功能关系得

－μｍｇ（ｓ＋ｘ）＝（1/2）ｍｖ－（1/2）ｍｖ0， μｍｇｓ＝2Ｍｖ／2，

则 －μｍｇｘ＝（1/2）（ｍ＋2Ｍ）ｖ－（1/2）ｍｖ0，② 由①、②式，得

ｘ＝［ｍｖ0／（2Ｍ＋ｍ）μｇ］， ③ 代入数值得 ｘ＝1．6ｍ． ④

ｘ比Ｂ板的长度大．这说明小物块Ｃ不会停在Ｂ板上，而要滑到Ａ板上．设Ｃ刚滑到Ａ板上的速度为ｖ1，此时Ａ、Ｂ板的速度为ｖ2，则由动量守恒得

ｍｖ0＝ｍｖ1＋2Ｍｖ2， ⑤

由功能关系，得（1/2）ｍｖ0－（1/2）ｍｖ1－2×（1/2）ｍｖ2＝μｍｇＬ， 以题给数据代入，得

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图17-1

由ｖ1必是正值，故合理的解是

当滑到Ａ之后，Ｂ即以ｖ2＝0．155ｍ／ｓ做匀速运动，而Ｃ是以ｖ1＝1．38ｍ／ｓ的初速在Ａ上向右运动．设在Ａ上移动了ｙ距离后停止在Ａ上，此时Ｃ和Ａ的速度为ｖ3，由动量守恒得

Ｍｖ2＋ｍｖ1＝（ｍ＋Ｍ）ｖ3， 解得 ｖ3＝0．563ｍ／ｓ． 由功能关系得

1/2）ｍｖ1＋（1/2）ｍｖ2－（1/2）（ｍ＋Ｍ）ｖ3＝μｍｇｙ， 解得 ｙ＝0．50ｍ．

ｙ比Ａ板的长度小，所以小物块Ｃ确实是停在Ａ板上．最后Ａ、Ｂ、Ｃ的速度分别为ｖＡ＝ｖ3＝0．563ｍ／ｓ，ｖＢ＝ｖ2＝0．155ｍ／ｓ，ｖＣ＝ｖＡ＝0．563ｍ／ｓ．

评分标准 本题的题型是常见的碰撞类型，考查的知识点涉及动量守恒定律与动能关系或动力学和运动学等重点知识的综合，能较好地考查学生对这些重点知识的掌握和灵活运动的熟练程度．题给数据的设置不够合理，使运算较复杂，影响了学生的得分．从评分标准中可以看出，论证占的分值超过本题分值的50%，足见对论证的重视．而大部分学生在解题时恰恰不注重这一点，平时解题时不规范，运算能力差等，都是本题失分的主要原因．

解法探析 本题参考答案中的解法较复杂，特别是论证部分，①、②两式之间的两个方程可以省略．下面给出两种较为简捷的论证和解题方法．

解法一 从动量守恒与功能关系直接论证求解．设Ｃ刚滑到Ａ板上的速度为ｖ1，此时Ａ、Ｂ板的速度为ｖ2，则由动量守恒，得?

ｍｖ０＝ｍｖ1＋2Ｍｖ2， 以系统为对象，由功能关系，得

1/2）ｍｖ0－（1/2）ｍｖ1－2×（1/2）ｍｖ2＝μｍｇＬ， 由于ｖ1只能取正值，以题给数据代入得到合理的解为

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由于小物块Ｃ的速度ｖ1大于Ａ、Ｂ板的速度ｖ2，这说明小物块Ｃ不会停在Ｂ板上．

以上过程既是解题的必要部分，又作了论证，比参考答案中的解法简捷．后面部分与参考答案相同，不再缀述．

解法二 从相对运动论证，用动量守恒与功能关系求解．

以地面为参照系，小物块Ｃ在Ａ、Ｂ上运动的加速度为ａＣ＝μｇ＝1ｍ／ｓ，Ａ、Ｂ整体的加速度为ａＡＢ＝μｍｇ／2Ｍ＝0．25ｍ／ｓ，Ｃ相对Ａ、Ｂ的加速度ａ＝ａＣ＋ａＡＢ＝1．25ｍ／ｓ．假设Ａ、Ｂ一体运动，以Ａ、Ｂ整体为参照物，当Ｃ滑至与整体相对静止时，根据运动学公式，有

ｖ0＝2ａｓ，

解得 ｓ＝ｖ0／2ａ＝1．6ｍ＞Ｌ． 说明小物块Ｃ不会停在Ｂ板上．

上述可以看出，从相对运动的角度论证较为简捷，运算也较为简单．论证后的解法与参考答案相同．

试题拓展

1．若长木板个数不变，当小物块的初速度满足什么条件时，Ａ、Ｂ、Ｃ三物体最终的速度相同?

2．若长木板个数不变，当小物块的初速度满足什么条件时，小物块能从两长木板上滑过去? 3．若小物块的初速度不变，将相同的长木板数增加到三个，最终小物块停在木板上的什么位置，各物体的运动速度分别为多少?

4．若其它条件不变，长木板与地面间的动摩擦因数为μ′，并且满足μ′(M＋ｍ)ｇ＜μｍｇ＜μ′（2Ｍ＋ｍ）ｇ，试分析有怎样的情况发生?

5．分析子弹打击在光滑水平面上的两相同木块问题，找出它与本题的异同，归纳解法．

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