Question

運動會上4×100m接力賽是最為激烈的比賽項目，有甲乙兩運動員在訓練交接棒的過程中發現，甲短距離加速后能保持9m/s的速度跑完全程．為了確定乙起跑的時機，甲在接力區前s₀處作了標記，當甲跑到此標記時向乙發出起跑口令，乙在接力區的前端聽到口令時立即起跑（忽略聲音傳播的時間及人的反應時間），先做勻加速運動，速度達到最大后，保持這個速度跑完全程．已知接力區的長度為L=20m，試求：
（1）若s₀=13.5m，且乙恰好在速度達到與甲相同時被甲追上，完成交接棒，則在完成交接棒時乙離接力區末端的距離為多大？
（2）若s₀=16m，乙的最大速度為8m/s，要使甲乙能在接力區內完成交接棒，且比賽成績最好，則乙在加速階段的加速度應為多少？

Answer 1

解：（1）設經過時間t，甲追上乙，
根據題意有：vt-=s₀，
將v=9m/s，s₀=13.5m代入得：t=3s，
此時乙離接力區末端的距離為△s=L-=20-=6.5m
（2）因為甲、乙的最大速度：v_甲＞v_乙，所以在完成交接棒時甲走過的距離越長，成績越好．因此應當在接力區的末端完成交接，且乙達到最大速度v_乙．
設乙的加速度為a，加速的時間，在接力區的運動時間t=，
∴L=at₁²+v_乙（t-t₁），解得：a=m/s²=2.67 m/s²
答：（1）完成交接棒時乙離接力區末端的距離為6.5m．
（2）乙在加速階段的加速度應為2.67 m/s²．
分析：（1）甲追上乙時，位移之差等于s₀，根據勻變速直線運動的平均速度公式，抓住位移關系求出追及的時間，從而求出在完成交接棒時乙離接力區末端的距離．
（2）甲、乙的最大速度：v_甲＞v_乙，所以在完成交接棒時甲走過的距離越長，成績越好．因此應當在接力區的末端完成交接，且乙達到最大速度．通過乙先做勻加速直線運動，再做勻速直線運動，通過加速的時間和勻速的時間，求出勻加速直線運動的加速度．
點評：解決本題的關鍵理清運動過程，運用運動學公式靈活求解．