2.5 匀变速直线运动与汽车安全行驶课件 2023-2024学年高一物理粤教版必修第一册(17张ppt)

(共17张PPT)
第二章 匀变速直线运动
第五节 匀变速直线运动与汽车安全行驶
根据我国道路交通管理的相关规定，同一车道行驶的机动车，后车必须根据行驶速度、天气和路面情况，与前车保持必要的安全距离，如下图所示的安全距离示意图标出了一般情况下汽车在不同行驶速度下所对应的大致安全距离。 在通常情况下，驾驶者的反应时间 (从司机意识到应该停车至操作刹车的时间) 与其注意力集中程度、驾驶经验和体力状态有关，平均为0.4~1.5 s，驾驶员酒后的反应时间则可能会大大增加。下图中的数据是怎样得出的呢？我们可以从下面的例子中得到启示。
汽车行驶的安全距离示意图
例题1：一辆汽车在高速公路上行驶的速度为 108 km/h。 当驾驶员发现前方80 m处发生了交通事故时，马上紧急刹车，并以 7.5 m/s 的恒定加速度减速行驶。该汽车行驶是否会出现安全问题
为了突出主要因素，研究时我们将汽车运动作了近似的处理。
分析：驾驶员采取刹车措施后，汽车做匀减速直线运动。判断汽车是否会出现安全问题，就是要把从刹车到完全停下来 (即vt=0m/s) 所通过的位移s与题中“前方80 m处”进行比较。若s<80 m就没有安全问题，否则就会有安全问题，在已知初、末速度求位移的情况下，可以选用公式vt2-v02=2as 来处理。
解：刹车后汽车做匀减速直线运动。设其加速度为a，从刹车到停止运动通过的位移为 s。运动过程如图所示，选定汽车行驶的初速度方向为正方向。依题意，汽车的初速度为 108 km/h，即v0=30 m/s，末速度vt =0 m/s，a=-7.5 m/s2。
驾驶员刹车后，汽车的运动示意图
根据vt2-v02=2as ，
汽车由刹车到停车所经过的位移为
由于前方距离有 80 m，汽车经过60 m 就已停下来，所以不会出现安全问题。
例题1 没有考虑到驾驶员的反应时间，但在现实生活中，反应时间是行车安全中不可忽略的一个因素。
例题2：在例题 1 中，如果驾驶员看到交通事故时的反应时间是 0.5 s，该汽车行驶是否会出现安全问题
分析：该汽车的实际运动可分为两部分：当驾驶员看到交通事故时，在反应时间内，汽车做匀速直线运动；当驾驶员刹车后，汽车以原行驶速度为初速度做匀减速直线运动。汽车的总位移为这两部分运动位移之和，我们解决问题时，要分别对不同的运动情况进行求解。
解：在驾驶员刹车前，汽车做匀速直线运动，刹车后汽车做匀减速直线运动，其运动情况如图所示。选定汽车行驶的初速度方向为正方向
驾驶员发现交通事故后，汽车的运动示意图
汽车做匀速直线运动的位移为
s1=v0t =30×0.5 m =15 m.
汽车做匀减速直线运动的位移解法同例题 1，s2=60 m.
汽车停下的实际位移为
s=s1+s2=(15+60)m =75 m.
由于前方距离有 80 m，所以不会出现安全问题。
例题3：一般人的刹车反应时间为t0=0.5 s，但饮酒会引起反应时间延长。在某次试验中，一名志愿者少量饮酒后驾车以v0=72 km/h 的速度在试验场的水平路面上匀速行驶。从发现紧急情况到汽车停下，行驶距离为 L=39 m。减速过程中汽车位移 s=25 m，此过程可以视为匀变速直线运动。求:
减速过程中汽车加速度的大小和所用时间。
(2)饮酒使志愿者的反应时间延长了多少
分析：当志愿者发现紧急情况后，在反应时间内，汽车仍以原来的速度做匀速直线运动；刹车后，汽车匀减速滑行。所以，刹车过程中汽车先后经历了两种不同的运动，行驶的安全距离应等于两部分位移之和，其运动情况如图所示。
志愿者发现紧急情况后，汽车的运动示意图
解：(1) 依题意，汽车初速度v0 =72 km/h =20 m/s，末速度vt =0. 设减速过程中加速度的大小为a，所用时间为 t，通过的位移为 s，选定汽车行驶的初速度方向为正方向，有
vt2-v02=2(-a)s ， ①
vt = v0-at ②
将v0 =20 m/s， vt = 0，s=25 m代入①式，求得a=8 m/s .
将a=8 m/s 代人②式，求得t=2.5 s.
(2) 设志愿者的反应时间为 t'，反应时间的延长值为 t ，则L= v0t' +s.
将L=39 m，v0=20 m/s，s=25 m 代入，求得t'=0.7 s.
反应时间的延长值t =t'-t0 = (0.7-0.5) s=0.2 s.
讨论与交流
若例题 2 中的驾驶员是酒后驾驶，是否会出现安全问题
反应时间：
反应距离：
停车距离：
会发生交通事故。
由于饮酒会引起反应时间延长，而在反应时间内，汽车仍以原来的速度做匀速直线运动，所以司机的反应迟缓，会导致汽车滑行的距离增长，增加了交通安全隐患。因此《中华人民共和国道路交通安全法》 明确规定：严禁酒后开车!
完成课后相关练习
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