2021-2022学年新版物理必修第一册学案 练习：第二章 第五节 匀变速直线运动与汽车安全行驶

第五节匀变速直线运动与汽车安全行驶口爭令普秒一釈井”很城星础家虫谡！7妙富知识-基础练、概念判断1 不同的司机在不同的状态下反应时间是不同的。(7 )2 汽车的刹车距离是固定的。(x )提示：刹车距离与刹车速度和路面情况等因素有关，是不确定的。3 汽车的速度越大，刹车距离越大。(x )4行车途中要与前车保持一定安全距离。(7 )5安全距离就是刹车距离(x )提示：安全距离为反应距离与刹车距离之和。二、选择题1 汽车在平直公路上以20 m/s的速度匀速行驶。前方突遇险情，司机紧急刹车，汽车做匀减速运动，加速度大小为8 m/s,从开始刹车到汽车停止，汽车运动的距离为()A . 10 mB . 20 mC . 25 mD . 50 m【解析】选Co由题意知，车速v二20 m/s ,刹车的加速度大小为8 m/s2 ,最后末速度减为0 , 由推导公式V2 = 2as可得：s = 25 m,故C正确，A、B、D错误。2在交警处理某次交通事故时，通过监控仪器扫描输入计算机，处理后得到该汽车在水平 路面上刹车过程中的位移随时间变化的规律为s = 20t- 2t2(s的单位是m , t的单位是s)o则 该汽车在路面上留下的刹车痕迹长度为()A . 18 m B . 32 m C . 48 m D . 50 m【解析】选D。根据s二20t - 2t2可知，初速度V0二20 m/s，加速度 a 二-4 m/s2o 刹车后做- v2- 202匀减速运动的位移为刹车痕迹长度：s = 亠二m二50 m,故A、B、C错误，D正2a- 2x4确。3 小汽车在嘉峪关至山丹高速公路上行驶，限速120 km/h，冬天大雾天气的时候高速公路 经常封路，以免发生严重的交通事故。如果某人大雾天开车在此段高速公路上行驶时，能见 度（观察者与能看见的最远目标间的距离）为50 m，此人的反应时间为0.5 s，汽车刹车时能 产生的最大加速度的大小为5 m/s?，为了安全行驶，汽车行驶的最大速度是（）A .10 m/s B . 15 m/s C . 10叮 3 m/s D . 20 m/s【解析】选Do设汽车行驶的最大速度是v ,发现危险目标时，在反应时间内通过的位移：S二vt二0.5v ,刹车过程中，由：v末-v初二2as代入数据得：0 - V2二2x（ - 5）xs2，解得:s2 v2v2-10，为安全行驶：S + S2 二 50 ,即：0.5v +10 二 50 ,解得：v 二 20 m/s ,故选 D。4.公路上行驶的汽车，司机从发现前方异常情况到紧急刹车，汽车仍将前进一段距离才能 停下来。为了安全，这段距离内不能有车辆和行人，因此把它称为安全距离。通常情况下， 人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1 s（这段时间汽车仍保持原速），刹车时汽车的 加速度为a二5 m/s2。若汽车以108 km/h的速度行驶时，则其安全距离为（）A. 120 m B. 108 m C. 105 m D. 90 m【解析】选Ao 108 km/h二30 m/s，反应时间内，汽车做匀速运动的位移：s * t二30x1 m 1m=30 m ,减速过程的位移为：s2二£二90 m ,则汽车行驶过程中必要的安全距离为:s = s1+ s2 二 30 m + 90 m 二 120 m,故 A 正确，B、C、D 错误。三、非选择题5 一辆摩托车能达到最大速度为30 m/s，要想在3 min内由静止起沿一条平直公路追上前 面1 000 m处正以20 m/s的速度匀速行驶的汽车，则摩托车必须以多大的加速度起动？（保留两位有效数字)【解析】假设摩托车在t二180 s内一直做匀加速直线运动，设追上汽车时，摩托车的速度为 V。由v汽t+ 1 000-2 t ,解得,v = 51.1 m/s>30 m/s ,超过了摩托车所能达到的最大速度30 m/s , 所以摩托车先做加速运动，速度达到最大值后做匀速运动。设摩托车加速时间为t1 ,加速度为a , t - 180 s则可列at - v+ V(180 -11)二 180v2 + 1 000代入数据： - 301 叫 + 30(180 - 11) - 180x20 + 1 000解得 a 二 0.56 m/s2o答案：0.56 m/s2 6酒后驾车严重威胁公众交通安全。若将驾驶员从视觉感知前方危险到汽车开始制动的时 间称为反应时间，将反应时间和制动时间内汽车行驶的总距离称为感知制动距离。科学研究 发现，反应时间和感知制动距离在驾驶员饮酒前后会发生明显变化。一驾驶员正常驾车和酒 后驾车时，感知前方危险后汽车运动的v-t图像分别如图甲、乙所示。求:(1) 正常驾驶时的感知制动距离s ；酒后驾驶时的感知制动距离比正常驾驶时增加的距离As【解析】设驾驶员饮酒前、后的反应时间分别为t t2，由图像可得q -0.5 s,t2-1.5 s ,汽车初速度v0二30 m/s,正常驾驶时的减速时间为t3二4.0 s ,由图像可得，正常驾驶时的感知 制动距离s二voti + 宇 t3二75 m,同理，可求出酒后驾驶时的感知制动距离s上105 m ,所 以 As 二 s' - s 二 105 m - 75 m 二 30 m。答案：（1）75 m （2）30 m廿吨苗小蛛三十分+K空融谍世-愛啦点！ /关健能力综合练一、选择题1 （多选）在平直公路上，汽车以10 m/s的速度匀速驶向路口，当行驶至距路口停车线20 m 处时，还有3 s绿灯就要熄灭。而该汽车在绿灯熄灭时刚好停在停车线处，则汽车运动的速 度-时间图像可能是图中的（）【解析】选B、C。由图形面积表示位移知sa二（耳0 x3） m二15 m,故A错误；由图形面 10 + 0积可知sB>15 m ,故B可能正确；由图形面积表示位移知sC二（10x1 + 2 x2） m二20 m ,故C可能正确；sD二（10x0.5 +卩严x2.5） m二17.5 m ,故D错误。2 汽车以5 m/s的速度在水平路面上匀速前进，紧急制动后以加速度大小为2 m/s2的加速度在粗糙水平面上滑行，则在制动后，4 s内汽车通过的路程为（）A . 4 m B . 36 m C . 6.25 m D . 10 m0 - v 0-5s二2.5 s<4 S ,则4 s内的路程【解析】选C。汽车速度减为零所需的时间2十 匚与2.5 s内的路程相等，则x二2a-25-4m 二 6.25 m , 故C正确，A、B、D错误。3 某驾驶员手册规定具有良好刹车性能的汽车在以25 m/s的速率行驶时，可以在55 m的 距离内被刹住，以15 m/s的速率行驶时，可以在24 m的距离内被刹住，假设对于这两种速 率，驾驶员所允许的反应时间（在反应时间内驾驶员来不及使用刹车，车速不变及刹车的加 速度大小都相同，则驾驶员反应时间约为（）A . 0.5 s B . 0.7 s C . 1.5 s D . 2 s【解析】选B。设驾驶员的反应时间为t ,则汽车的位移为：vot + Va二x ,对两种情况，分0 2a别代入数据，有：25225t + £ -5515t + 12a -24由两式，解得：t-0.7 s。4.P、Q两车在平行的平直公路上行驶，其v-t图像如图所示。在t1到t2这段时间内（）A.Q车加速度始终大于P车加速度B . t2时刻，Q车一定在P车前面C 若q时刻P车在Q车前，则两车距离一定减小D .若q时刻P车在Q车前，则Q车可能会超过P车【解析】选D。v-t图像曲线上某点切线斜率大小表示此时加速度大小，根据斜率变化可知， 在t1到t2这段时间内Q车加速度先大于P车加速度，后小于P车加速度，故A错误；虽然 t1到t2这段时间Q车位移大于P车位移，但P、Q两车在q时刻的位置关系未知，因此无法 判断t2时刻P、Q两车的位置关系，故B错误；在t1到t2这段时间内，P车速度始终小于Q 车速度，若时刻P车在Q车前，则两车间距离可能一直减小，也可能先减小后增大，故C错误，D正确。5(多选)一辆值勤的警车停在公路边，当警员发现从他旁边以10 m/s 的速度匀速行驶的货 车严重超载时，决定前去追赶，经过6 s后警车发动起来，并以2.5 m/s2的加速度做匀加速运动，但警车的行驶速度必须控制在25 m/s以内，则()A 警车在追赶货车的过程中，两车间的最大距离为80 mB 警车在追赶货车的过程中，两车间的最大距离为20 mC 警车发动后12 s才能追上货车37d 警车发动后37 s才能追上货车【解析】选A、D。当两车速度相等时两车间的距离最大，设警车在发动后t时刻与货车速-2 at2- 10x10 m -度相等，即at二V货，得t二货二25 s -4 S,此时两车间的距离为s二X货-X警二V货(t + 6)x2.5x42 m- 80 m ,故A正确，B错误；设从发现货车到追上经过t' 时间则v货t'-2 a(f - 6)2代入数据得10t' - 2 x2.5x(t' - 6)2可得t' - 18 s而按要求at'<Vm , 即2.5t'<25 m/s,解得t'<10 s，即运动10 s后警车以25 m/s的速度匀速运动直到追上货车，设警车的速度达到25 m/s后再经过时间t追上货车，则v货(6 + 10 +1)-矛x10 + vmt，解 得t-3 s,因此，警车发动后t总-t' + t-¥ s才能追上货车，故C错误，D正确。 二、非选择题6随着机动车数量的增加,交通安全问题日益凸显。分析交通违法事例,将警示我们遵守交通法规珍爱生命。某路段机动车限速为15 m/s ,一货车严重超载后的总质量为5.0x104 kg , 以 15 m/s 的速度匀速行驶,发现红灯时司机刹车,货车立即做匀减速直线运动,加速度大 小为5 m/s?。已知货车正常装载时的刹车加速度大小为10 m/s?。(1) 求此货车在超载及正常装载情况下的刹车时间之比。(2) 此货车在超载及正常装载情况下的刹车距离分别是多大？(3) 若此货车不仅超载而且以20 m/s的速度超速行驶，则刹车距离又是多少？设此情形下刹车加速度仍为 5 m/s2。【解析】(1)此货车在超载及正常装载情况下刹车时间之比t : t二 ：Vo二生二2:1。1 2 a1 a2a1v2v2根据运动学公式，刹车距离的表达式为x二盂，超载时X二筍二22.5 m，正常装载时V2x2 二玄二 11.25 m。V2(3)货车在超载情况下又超速行驶，则刹车距离为x3二胃 二40 m。答案：(1)2: 1(2)22.5 m 11.25 m (3)40 m7(金榜创新题)驾驶机动车时有拨打接听手持电话、观看电视等妨碍安全驾驶的行为，处警告或者20 - 200元罚款。英国一家交通研究所最近公布的测试结果表明开车时使用手机， 大脑的反应速度比酒后驾车时慢30%，年轻人驾驶车辆接打电话相当于70岁老人驾驶车辆， 开车打电话发生车祸的风险比正常驾驶时高4倍以上，有70%的致命事故是司机注意力不 集中造成的。还有研究表明，开车打电话导致司机注意力下降 20%，如果通话内容重要， 注意力甚至下降 37%。同时，拨打电话的驾驶员行车速度比正常状态慢9%，刹车的反应速 度也要慢 19%。一辆小轿车以108 km/h的速度在高速公路上行驶时，前方100 m处道路塌方，该司机因用 手机微信抢红包盲开60 m后才发现危险司机的反应时间为0.5 s杀炸的最大加速度为12.5 m/s2，试通过计算说明汽车是否会发生交通事故？【解析】汽车的速度v二108 km/h二30 m/s反应时间内车仍在做匀速运动，刹车才开始做减速运动，司机看手机时，汽车发生的位移X二 60 m反应时间内发生的位移x2 二 vAU 30x0.5 m 二 15 m根据 0 - V2 = 2( - a)x3解得刹车后汽车发生的位移x3二36 m汽车停车距离x 二 X + x2 + x3 二 60 m + 15 m + 36 m二 111 m> 100 m会发生交通事故答案：是 计算过程见解析