把握運動本質 巧借相對運動
——高中物理相對運動問題解法分析

王艷紅

(江蘇省鹽城市北京師范大學鹽城附屬學校 224005)

高中階段的運動一般比較簡單，常常是以地面為參照物的直線運動、曲線運動.然而，當涉及到兩個或兩個以上的物體相對運動的時候，常規的運動學公式或是牛頓運動定律對物體運動進行分解或合成就非常復雜，因此，教師可以讓學生選擇其中一個運動的物體作為參照物，從而簡化問題，高效解題.

一、同一方向上的相對運動問題

同一方向上的相對運動問題一般可以設某個運動速度小的物體為參照物，將兩個物體的相對運動化簡為一個物體的直線運動，從而運用運動學公式進行求解.

例題1已知一艘輪船以速度20m/s平直的行使在湖面上，這時輪船觀察員突然發現前方湖面上有一艘小貨船以10m/s的速度同向前行，輪船馬上關閉動力系統并制動，輪船開始做勻減速運動，加速度大小為-10m/s2，假設兩船不相碰，那么輪船和貨船之間的距離最短為多少？

分析本題如果選地面為參照物的話，比較繁瑣，需要計算輪船和貨船的各自運動，因此，可以設運動速度較小的貨船為參照物，取貨船的運動方向為正，則輪船的相對速度為v相=v輪-v貨=10m/s，輪船的相對加速度為-10m/s2，這樣相對運動問題就簡化為輪船的減速運動問題，當輪船相對運動速度為0的時候，既二者不相碰的最短距離.

解析以貨船為參照物，取貨船的運動方向為正，

則輪船的相對速度為v相=v輪-v貨=10m/s，相對加速度為-10m/s2

二、不同方向上的相對運動問題

在選擇參照物的時候，既可以選擇同一方向上運動的物體，同時也可以選擇不同方向上運動的物體，對于在不同方向上相對運動的問題，選擇正確的參照物，往往可以化解復雜的物理運算過程，巧妙解決物理問題.

例題2在一條流速恒定的河流中，甲船從岸邊的某一點以10m/s的速度順著河流運動方向做勻速直線運動，同時乙船從同一點以10m/s的速度垂直河流運動方向做勻速直線運動，已知甲、乙兩船通過一條長為200m的輕繩相連，不計一切阻力，求輕繩被拉直時的時間t.

分析甲、乙兩船做不同方向的運動，其中還有河流的流速，因此對兩船進行分別計算的話，運算量非常大，這時，可以取甲船為參照物，將甲、乙兩船的運動通過合成法化為一個物體的運動，從而有效解決問題.

三、來回折返的相對運動問題

折返運動問題一直都是比較復雜的問題，尤其是融合了其它運動的綜合性問題，常常讓學生找不到頭緒，而通過等量轉化，可以找出折返運動的關鍵因素，從而有效解決問題.

例題3A、B兩位自行車手分別從相距50千米的甲、乙兩地同時開始做相向運動，已知A的運動速度為10 km/h，B的運動速度為15 km/h，在甲、乙開始運動的時候，有一輛觀察車從甲地出發，以25km/h的速度向乙地運動，當觀察車與B相遇之后便反向以同樣的速度向甲地運動，遇到A后反向，這樣觀察車一直在A、B之間折返運動，直到A、B相遇，那么觀察車運動的總路程是多少？

解析由于觀察車一直在A、B之間折返運動，按照常規的運動計算，需要對三者的運動進行分別的計算，從而陷入無限循環的運動中.其實，通過對問題的觀察，不難發現，觀察車運動的總時間就是A、B兩位車手相遇的時間，這樣通過時間和速度解決觀察車路程的問題，既簡單，又高效.

總而言之，在進行高中物理相對問題解決的時候，要注意對問題進行觀察，選取正確的參照物，將兩個或兩個以上的物體運動轉化為單一的物體運動，將不同方向的物體運動轉化為同一方向的物體運動，然后再運用運動學相關公式進行問題的分析和解決，既能夠避免多個物體運動之間的復雜計算，也能夠掌握運動的本質規律，提高學生的解題效率.