题目
长为l的高速列车在平直轨道上正常行驶,速率为v0,要通过前方一长为L的隧道,当列车的任一部分处于隧道内时,列车速率都不允许超过v(v<v0)。已知列车加速和减速时加速度的大小分别为a和2a,则列车从减速开始至回到正常行驶速率v0所用时间至少为( )A. (({v_0)-v})/((2a))+((L+l))/(v)B. (({v_0)-v})/(a)+((L+2l))/(v)C. ((3({{v_0)-v})})/((2a))+((L+l))/(v)D. ((3({{v_0)-v})})/(a)+((L+2l))/(v)
长为l的高速列车在平直轨道上正常行驶,速率为v0,要通过前方一长为L的隧道,当列车的任一部分处于隧道内时,列车速率都不允许超过v(v<v0)。已知列车加速和减速时加速度的大小分别为a和2a,则列车从减速开始至回到正常行驶速率v0所用时间至少为( )
A. $\frac{{{v_0}-v}}{{2a}}$+$\frac{{L+l}}{v}$
B. $\frac{{{v_0}-v}}{a}$+$\frac{{L+2l}}{v}$
C. $\frac{{3({{v_0}-v})}}{{2a}}$+$\frac{{L+l}}{v}$
D. $\frac{{3({{v_0}-v})}}{a}$+$\frac{{L+2l}}{v}$
题目解答
答案
C. $\frac{{3({{v_0}-v})}}{{2a}}$+$\frac{{L+l}}{v}$
解析
考查要点:本题主要考查匀变速直线运动的运动学公式应用,以及对复杂运动过程的分段分析能力。关键在于将列车的运动分解为减速、匀速、加速三个阶段,并分别计算各阶段的时间。
解题核心思路:
- 减速阶段:列车以最大加速度$2a$减速至速度$v$,计算对应时间。
- 匀速阶段:列车以速度$v$通过隧道及自身长度,总路程为$L + l$,计算行驶时间。
- 加速阶段:列车以最大加速度$a$加速恢复至$v_0$,计算对应时间。
- 总时间:将三阶段时间相加,得到最终结果。
破题关键点:
- 明确各阶段运动性质:减速、匀速、加速分别对应不同的公式。
- 正确计算匀速阶段路程:需保证列车完全通过隧道,路程为隧道长度$L$加上列车自身长度$l$。
1. 减速阶段
列车初速度为$v_0$,末速度为$v$,加速度为$-2a$(减速)。根据速度公式:
$v = v_0 - 2a \cdot t_1 \implies t_1 = \frac{v_0 - v}{2a}$
2. 匀速阶段
列车以速度$v$行驶的总路程为隧道长度$L$加上列车自身长度$l$,时间为:
$t_2 = \frac{L + l}{v}$
3. 加速阶段
列车从速度$v$加速至$v_0$,加速度为$a$。根据速度公式:
$v_0 = v + a \cdot t_3 \implies t_3 = \frac{v_0 - v}{a}$
4. 总时间
将三阶段时间相加:
$t_{\text{总}} = t_1 + t_2 + t_3 = \frac{v_0 - v}{2a} + \frac{L + l}{v} + \frac{v_0 - v}{a}$
合并前两项:
$t_{\text{总}} = \frac{3(v_0 - v)}{2a} + \frac{L + l}{v}$