勻變速直線運動與汽車安全行駛+高一上學期物理粵教版（2019）必修第一冊

第二章勻變速直線運動

第五節(jié)勻變速直線運動與汽車安全行駛根據(jù)我國道路交通管理的相關(guān)規(guī)定，同一車道行駛的機動車，后車必須根據(jù)行駛速度、天氣和路面情況，與前車保持必要的安全距離，如下圖所示的安全距離示意圖標出了一般情況下汽車在不同行駛速度下所對應(yīng)的大致安全距離。

在通常情況下，駕駛者的反應(yīng)時間(從司機意識到應(yīng)該停車至操作剎車的時間)與其注意力集中程度、駕駛經(jīng)驗和體力狀態(tài)有關(guān)，平均為0.4~1.5s，駕駛員酒后的反應(yīng)時間則可能會大大增加。下圖中的數(shù)據(jù)是怎樣得出的呢？我們可以從下面的例子中得到啟示。汽車行駛的安全距離示意圖例題1：一輛汽車在高速公路上行駛的速度為108km/h。當駕駛員發(fā)現(xiàn)前方80m處發(fā)生了交通事故時，馬上緊急剎車，并以7.5m/s2的恒定加速度減速行駛。該汽車行駛是否會出現(xiàn)安全問題?為了突出主要因素，研究時我們將汽車運動作了近似的處理。分析：駕駛員采取剎車措施后，汽車做勻減速直線運動。判斷汽車是否會出現(xiàn)安全問題，就是要把從剎車到完全停下來(即vt=0m/s)所通過的位移s與題中“前方80m處”進行比較。若s<80m就沒有安全問題，否則就會有安全問題，在已知初、末速度求位移的情況下，可以選用公式vt2-v02=2as

來處理。解：剎車后汽車做勻減速直線運動。設(shè)其加速度為a，從剎車到停止運動通過的位移為s。運動過程如圖所示，選定汽車行駛的初速度方向為正方向。依題意，汽車的初速度為108km/h，即v0=30m/s，末速度vt=0m/s，a=-7.5m/s2。駕駛員剎車后，汽車的運動示意圖根據(jù)vt2-v02=2as

，汽車由剎車到停車所經(jīng)過的位移為由于前方距離有80m，汽車經(jīng)過60m就已停下來，所以不會出現(xiàn)安全問題。例題1沒有考慮到駕駛員的反應(yīng)時間，但在現(xiàn)實生活中，反應(yīng)時間是行車安全中不可忽略的一個因素。例題2：在例題1中，如果駕駛員看到交通事故時的反應(yīng)時間是0.5s，該汽車行駛是否會出現(xiàn)安全問題?分析：該汽車的實際運動可分為兩部分：當駕駛員看到交通事故時，在反應(yīng)時間內(nèi)，汽車做勻速直線運動；當駕駛員剎車后，汽車以原行駛速度為初速度做勻減速直線運動。汽車的總位移為這兩部分運動位移之和，我們解決問題時，要分別對不同的運動情況進行求解。解：在駕駛員剎車前，汽車做勻速直線運動，剎車后汽車做勻減速直線運動，其運動情況如圖所示。選定汽車行駛的初速度方向為正方向駕駛員發(fā)現(xiàn)交通事故后，汽車的運動示意圖汽車做勻速直線運動的位移為s1=v0t

=30×0.5m=15m.汽車做勻減速直線運動的位移解法同例題1，s2=60m.汽車停下的實際位移為s=s1+s2=(15+60)m=75m.由于前方距離有80m，所以不會出現(xiàn)安全問題。例題3：一般人的剎車反應(yīng)時間為t0=0.5s，但飲酒會引起反應(yīng)時間延長。在某次試驗中，一名志愿者少量飲酒后駕車以v0=72km/h的速度在試驗場的水平路面上勻速行駛。從發(fā)現(xiàn)緊急情況到汽車停下，行駛距離為L=39m。減速過程中汽車位移s=25m，此過程可以視為勻變速直線運動。求:減速過程中汽車加速度的大小和所用時間。(2)飲酒使志愿者的反應(yīng)時間延長了多少?分析：當志愿者發(fā)現(xiàn)緊急情況后，在反應(yīng)時間內(nèi)，汽車仍以原來的速度做勻速直線運動；剎車后，汽車勻減速滑行。所以，剎車過程中汽車先后經(jīng)歷了兩種不同的運動，行駛的安全距離應(yīng)等于兩部分位移之和，其運動情況如圖所示。志愿者發(fā)現(xiàn)緊急情況后，汽車的運動示意圖解：(1)依題意，汽車初速度v0=72km/h=20m/s，末速度vt=0.設(shè)減速過程中加速度的大小為a，所用時間為t，通過的位移為s，選定汽車行駛的初速度方向為正方向，有vt2-v02=2(-a)s

，①vt=v0-at②

討論與交流若例題2中的駕駛員是酒后駕駛，是否會出現(xiàn)安全問題?反應(yīng)時間：反應(yīng)距離：停車距離：會發(fā)生交通事故。由于飲酒會引起反應(yīng)時間延長，而在反應(yīng)時間內(nèi)，汽車仍以原