小明和小王两人同时从甲地出发前往乙地,小明沿A路线以80千米/小时的速度匀速行驶,小王沿B路线以v_0千米/小时的速度出发,先匀加速至行程的一半,此时速度达到80千米/小时,然后匀减速到达乙地,此时速度恰好为0。若A路线的长度比B路线长(2)/(3),且两人同时到达乙地,则v_0的值为:A 40B 48C 60D 68
小明和小王两人同时从甲地出发前往乙地,小明沿A路线以80千米/小时的速度匀速行驶,小王沿B路线以$v_0$千米/小时的速度出发,先匀加速至行程的一半,此时速度达到80千米/小时,然后匀减速到达乙地,此时速度恰好为0。若A路线的长度比B路线长$\frac{2}{3}$,且两人同时到达乙地,则$v_0$的值为: A 40 B 48 C 60 D 68
题目解答
答案
我们来一步一步分析并解答这道题。
题目已知条件:
- 小明和小王同时从甲地出发,同时到达乙地。
- 小明走的是A路线,以80 km/h的速度匀速行驶。
- 小王走的是B路线,先匀加速到一半路程,速度从 $ v_0 $ 加到 80 km/h,然后匀减速到终点,速度减到 0。
- A路线比B路线长 $ \frac{2}{3} $,即:
$L_A = L_B + \frac{2}{3}L_B = \frac{5}{3}L_B$
或者说:$ L_A = \frac{5}{3}L_B $ - 两人同时出发,同时到达,所以他们所用时间相等。
我们的目标是求:小王的初速度 $ v_0 $。
第一步:设B路线的长度为 $ L $
则A路线的长度为:
$L_A = \frac{5}{3}L$
小明以80 km/h匀速走完A路线,所用时间为:
$t_{\text{小明}} = \frac{L_A}{80} = \frac{5L}{3 \times 80} = \frac{5L}{240} = \frac{L}{48}$
小王走B路线,总长为 $ L $,分为两段:
- 前半段:匀加速,从 $ v_0 $ 加速到 80 km/h,路程为 $ \frac{L}{2} $
- 后半段:匀减速,从 80 km/h 减速到 0,路程为 $ \frac{L}{2} $
注意:加速度和减速度不一定相同,但题目只说了“匀加速”和“匀减速”,没有说加速度大小相同,但我们可以根据运动学公式来分析。
第二步:分析小王的运动时间
前半段:匀加速运动
初速度:$ v_0 $,末速度:80 km/h,路程:$ \frac{L}{2} $
匀加速直线运动中,平均速度为:
$\bar{v}_1 = \frac{v_0 + 80}{2}$
所以所用时间:
$t_1 = \frac{\text{路程}}{\text{平均速度}} = \frac{L/2}{(v_0 + 80)/2} = \frac{L}{v_0 + 80}$
后半段:匀减速运动
初速度:80 km/h,末速度:0,路程:$ \frac{L}{2} $
平均速度:
$\bar{v}_2 = \frac{80 + 0}{2} = 40 \text{ km/h}$
时间:
$t_2 = \frac{L/2}{40} = \frac{L}{80}$
小王总时间:
$t_{\text{小王}} = t_1 + t_2 = \frac{L}{v_0 + 80} + \frac{L}{80}$
第三步:两人时间相等
$t_{\text{小明}} = t_{\text{小王}}$
即:
$\frac{L}{48} = \frac{L}{v_0 + 80} + \frac{L}{80}$
两边同时除以 $ L $($ L \neq 0 $):
$\frac{1}{48} = \frac{1}{v_0 + 80} + \frac{1}{80}$
第四步:解方程
我们来解这个方程:
$\frac{1}{48} = \frac{1}{v_0 + 80} + \frac{1}{80}$
移项:
$\frac{1}{v_0 + 80} = \frac{1}{48} - \frac{1}{80}$
计算右边:
找最小公倍数:48 和 80 的最小公倍数是 240
$\frac{1}{48} = \frac{5}{240},\quad \frac{1}{80} = \frac{3}{240}$
$\frac{1}{48} - \frac{1}{80} = \frac{5 - 3}{240} = \frac{2}{240} = \frac{1}{120}$
所以:
$\frac{1}{v_0 + 80} = \frac{1}{120}
\Rightarrow v_0 + 80 = 120
\Rightarrow v_0 = 40$
第五步:验证答案
得到 $ v_0 = 40 $ km/h。
我们来验证一下是否合理。
- 小王前半段:从 40 km/h 匀加速到 80 km/h,平均速度 $ (40+80)/2 = 60 $ km/h,路程 $ L/2 $,时间 $ = \frac{L/2}{60} = \frac{L}{120} $
- 后半段:从 80 减到 0,平均速度 40 km/h,时间 $ = \frac{L/2}{40} = \frac{L}{80} $
- 总时间:$ \frac{L}{120} + \frac{L}{80} = L \left( \frac{1}{120} + \frac{1}{80} \right) $
通分:120 和 80 的最小公倍数是 240
$\frac{1}{120} = \frac{2}{240},\quad \frac{1}{80} = \frac{3}{240} \Rightarrow \text{和} = \frac{5}{240} = \frac{1}{48}$
所以小王总时间:$ \frac{L}{48} $
小明走 $ \frac{5}{3}L $,速度 80,时间:$ \frac{5L}{3 \times 80} = \frac{5L}{240} = \frac{L}{48} $
时间相等,验证正确!
最终答案:
$\boxed{A\ 40}$