Question

20．在公交車行駛中，司機(jī)能從車旁邊的后視鏡內(nèi)看清離車頭L=20米范圍內(nèi)的物體，若該客車由靜止開始以a=1.0m/s²的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，在距車頭S=32米遠(yuǎn)的地方有一乘客正以v勻速追趕該客車．乘客在后視鏡內(nèi)的像保留時(shí)間不少于2.0s時(shí)，司機(jī)才能從后視鏡內(nèi)看清該乘客，并迅速制動(dòng)，停車讓乘客上車．則
（1）該乘客追趕客車的最小速度應(yīng)為多少？
（2）若以第（1）問中的速度追趕客車，追趕客車的過程中經(jīng)過多長時(shí)間乘客距離客車最近？最近距離是多少？

Answer 1

分析 （1）設(shè)乘客經(jīng)過t時(shí)間與客車車頭的位移為s₀，通過位移關(guān)系求出運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，時(shí)間有兩個(gè)值，在這兩個(gè)時(shí)間之間，乘客與客車車頭的位移小于s₀，則兩個(gè)時(shí)間之差要保證大于等于t₀，根據(jù)該關(guān)系求出乘客速度的最小值．
（2）

解答 解：（1）從客車由靜止開始運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)，經(jīng)過時(shí)間t，客車前進(jìn)的位移為：${s}_{1}=\frac{1}{2}a{t}^{2}$，
乘客前進(jìn)的位移為：s₂=vt
由題意有：s₁+s-s₂=s₀
△t=t₂-t₁≥t₀
得：$\frac{1}{2}a{t}^{2}+s-vt-{s}_{0}$=0，
即t=$\frac{v±\sqrt{{v}^{2}-2a（s-{s}_{0}）}}{a}$，
所以有：△t=t₂-t₁=$\frac{v+\sqrt{{v}^{2}-2a（s-{s}_{0}）}}{a}-\frac{v-\sqrt{{v}^{2}-2a（s-{s}_{0}）}}{a}$=$\frac{2\sqrt{{v}^{2}-2a（s-{s}_{0}）}}{a}$≥t₀，
得v$≥\sqrt{2a（s-{s}_{0}）+\frac{（a{t}_{0}）^{2}}{4}}$
代入數(shù)據(jù)求得：v≥5m/s．
（2）在司機(jī)恰好能停車的情況下，追趕客車的過程中開始時(shí)人的速度大于車的速度，然后車的速度大于人的速度，所以當(dāng)車與人的速度相等時(shí)，人與車之間的距離最�。畡t：v=at
所以：t=$\frac{v}{a}=\frac{5}{1}s=5$s
該過程中人的位移：x₁=vt=5×5=25m
車的位移：${x}_{2}=\frac{1}{2}a{t}^{2}=\frac{1}{2}×1×{5}^{2}=12.5$m
人與車之間的距離：L′=S+x₂-x₁=32+12.5-25=19.5m
答：（1）該乘客追趕公交車的最小速度應(yīng)為5m/s；
（2）經(jīng)過5s時(shí)間乘客距離客車最近，最近距離是19.5m．

點(diǎn)評(píng) 該題屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)中的較難題，關(guān)鍵抓住乘客經(jīng)過時(shí)間t與客車車頭的位移為s₀，還要注意乘客與客車車頭位移在s₀之內(nèi)的時(shí)間差大于等于t₀．