图象法巧解两类追击问题

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  摘要:在高中物理教学中,追击问题既是生活中常见的一种物理情境问题,又是学生普遍感觉比较困难的一种题型,高考中时而考到。本文通过例举两类追击问题,探讨了运用图象法来解决的效用。
  关键词:高中物理;图象法;追击问题
  中图分类号:G427 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2013)19-095-1
  追击问题按物体的运动轨迹不同可以分为两类,一类是直线,另一类是圆周。追击问题的难点在于涉及两个物体的运动,又涉及到多个物理量之间的关系(直线运动涉及时间、速度、加速度、位移、位置等;圆周运动涉及时间、线速度、角速度、角位移等),这些都非常容易对学生的思维产生干扰。
  其实追击问题的本质都是能否在某一时刻满足空间位置要求,解决这类问题的方法很多,如基本公式法、图象法、相对运动法、数学方法等等。其中图象法是利用数形结合的思想分析物体的运动,具有简单、直观的特点,可以巧妙地解决这一难题。解题时只要根据题目提供的物理情境,在同一坐标系中画出物体运动的vt图象或ωt图象,找到横、纵坐标所代表的物理量之间的函数关系,把物理过程“翻译”成图象,把截距、斜率、面积等所代表的物理意义作为解题的突破口。
  案例1:甲乙两车在公路上沿同一方向做直线运动,它们的vt图象如图所示。两图象在t=t1时相交于P点,P在横轴上的投影为Q,△OPQ的面积为S。在t=0时刻,乙车在甲车前面,相距为d。已知此后两车相遇两次,且第一次相遇的时刻为t′,则下面四组t′和d的组合可能是()
  【解析】 由题目所给信息可知本题属于匀速直线运动追同方向初速度为0的匀加速直线运动的类型。已知,乙车在前,甲车在后,设当t=t′时甲乙第一次相遇,此后,甲车在前,乙车在后,乙车速度继续增大,注意:此时v甲>v乙,二者间距在不断增大,直到甲乙速度相等,此时t=t1,二车相距最远;此后,v乙>v甲,二者间距不断减少,再次相遇,故可知A不可能,当t=t1/2,由图象可知乙车在第一次相遇前位移为S/4,所以甲乙相距d=3S/4。
  点评:仔细审题,抓住题目中的关键词,追击问题就是一个条件——两物体速度满足的临界条件。两个关系——时间关系和位移关系。通过对各自运动的分析,可以找出它们之间的关联(速度、位移等),再结合图象和实际情况即可解决。
  案例2:圆周运动中的追及问题
  上面所涉及的追及问题,物体都是在一条直线上运动的,其实在曲线运动中也存在着物体之间的追及现象。
  例题2.某行星和地球绕太阳公转的轨道均可视为圆,每过N年,该行星会运行到日地连线的延长线上,如图所示。该行星与地球的公转半径比为
  【解析】 在ωt图象中,图象与时间轴围成的面积表示位移,两者N年以后再次运行日地连线的延长线时,两者面积之差为2π,即图中阴影部分的面积。
  点评:直线运动中的追击问题学生相对比较熟悉,但对于曲线运动中的追击问题,我们可以应用圆周运动的规律求解。虽然表面上看物理量不同,其实思维方法是一样的。
  以上是利用图象法巧解直线运动和圆周运动中的追击问题,两类问题均是是以图象来分析物理题目,图象中能看出来的物理信息较多,在做追击问题时可按这样的思路:分析物理含义→画出图象→通过图象分析求解,这样经常对学生进行物理情境和图象的结合,更加有助于锻炼学生的思维和创新能力。
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