猎狗能以最大速度v1=16m/s持续奔跑,野兔只能以最大速度v2=12m/s持续奔跑,一野兔在离洞窟s1=200m 的A处,被位于B处的猎狗发现,猎狗随即以a1=8m/s2的加速度追赶兔子,同时兔子也发现了猎狗,此时它与猎狗相距s2=72m,兔子立刻掉头向洞窟跑回,设猎狗、野兔、洞窟在同一直线上,求野兔加速度至少为多少才能保证安全回到洞窟?

问题描述:

猎狗能以最大速度v1=16m/s持续奔跑,野兔只能以最大速度v2=12m/s持续奔跑,一野兔在离洞窟s1=200m 的A处,被位于B处的猎狗发现,猎狗随即以a1=8m/s2的加速度追赶兔子,同时兔子也发现了猎狗,此时它与猎狗相距s2=72m,兔子立刻掉头向洞窟跑回,设猎狗、野兔、洞窟在同一直线上,求野兔加速度至少为多少才能保证安全回到洞窟?

猎狗先做匀加速直线运动后匀速直线运动,设加速阶段的时间为t1,有:
 t1

v1
a1
16
8
s=2s①
此时间内的位移为:s1
v
2
1
2a1
162
2×8
m=16m

此后猎狗匀速直线运动,匀速运动到洞口时间为:
t2
272−s1
v1
272−16
16
s=16s

故兔子运动200m答总时间为16s,兔子先加速后匀速,兔子跑得最慢的临界情况是跑到洞口时刚好被追上,
设野兔的加速度至少为a,加速时间为t0,根据运动学公式有:答
v2=a2t0
此段时间内的位移为:s2
1
2
a2t
2
0

匀速运动的位移为;s3=200-s2
由运动学公式可得:s3=v2(16-t0)⑦
联立③④⑤⑥⑦可得,a2=4.5 m/s2
答:野兔加速度至少为4.5 m/s2才能保证安全回到洞窟.
答案解析:猎狗选做匀速直线运动,兔子先加速后匀速;猎狗26秒跑到洞口,就是说兔子最多花26秒时间到洞口.根据运动学公式列式求解即可.
考试点:匀变速直线运动的位移与时间的关系;匀变速直线运动的速度与时间的关系.
知识点:本题关键找出兔子跑的最慢的临界情况,然后根据速度位移公式和速度时间公式以及几何关系列式求解.