Question

今年國慶大假期間，國家取消了7座及其以下的小車的收費公路的過路費，給自駕游帶來了很大的實惠，但車輛的增多也給交通道路的暢通增加了很大的壓力，因此國家規(guī)定了免費車輛在通過收費站時在專用道上可以不停車拿或交卡而直接減速通過．假設收費站的前、后都是平直大道，大假期間過站的車速要求不超過v_t=6m/s，事先小汽車未減速的車速均為v₀=30m/s，制動后小汽車的加速度的大小為a₁=4m/s²．試問：
（1）大假期間，駕駛員應在距收費站至少多遠處開始制動？
（2）假設車過站后駕駛員立即使車以a₂=6m/s²的加速度加速至原來的速度，則從減速開始到最終恢復到原來速度的過程中，汽車運動的時間至少是多少？
（3）在（1）（2）問題中，車因減速和加速過站而耽誤的時間至少為多少？

Answer 1

分析：1、根據勻減速直線運動位移速度公式即可求解．
2、減速到6m/s的時間，加上勻速運動的時間，加上加速到30m/s的時間，還要加上勻速運動的時間．上述時間的差值即為節(jié)約的時間．

解答：解：（1）小汽車進入站臺前做勻減速直線運動，設據收費站x₁處開始制動，則：
vt2-v02=2a1x1                          
解得：x₁=108m                                  
（2）小汽車通過收費站經歷勻減速和勻加速兩個階段，前后兩段的位移分別為x₁和x₂，時間分別為t₁和t₂則：
減速階段：v_t=v₀-a₁t₁
t₁=

vt-v0

-a1

=6s                  
加速階段：v₀=v_t+a₂t₂
t₂=

v0-vt

a2

=4s                  
則加速和減速的總時間 t=t₁+t₂=10s     
（3）在加速階段：v02-vt2=2a2x2
解得：x₂=72m                        
則總位移x=x₁+x₂=180m               
若不減速所需時間t′=

x1+x2

v0

=6s      
車因減速和加速過站而耽誤的時間△t=t-t′=4 s     
答：（1）大假期間，駕駛員應在距收費站至少180m遠處開始制動；
（2）假設車過站后駕駛員立即使車以a₂=6m/s²的加速度加速至原來的速度，則從減速開始到最終恢復到原來速度的過程中，汽車運動的時間至少是10s；
（3）在（1）（2）問題中，車因減速和加速過站而耽誤的時間至少為4s．

點評：此題運動的過程復雜，轎車經歷減速、加速，加速度、位移、時間等都不一樣．分析這樣的問題時，要能在草稿子上畫一畫運動的過程圖，找出空間關系，有助于解題．此題有一定的難度，是一道好題．